反應(yīng)堆嚴(yán)重事故壓力容器下封頭內(nèi)熔池結(jié)構(gòu)計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核電廠嚴(yán)重事故緩解措施，具體地，涉及一種在反應(yīng)堆嚴(yán)重事故狀態(tài)下壓力容器下封頭內(nèi)熔池結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的一些核電廠在設(shè)計(jì)上采用了壓力容器下封頭熔融物堆內(nèi)滯留技術(shù)以緩解嚴(yán)重事故，由于在堆芯熔融物形成的熔池出現(xiàn)分層的情況下，金屬層的熱聚焦效應(yīng)可能造成壓力容器下封頭失效，因此對(duì)于熔融物堆內(nèi)滯留技術(shù)而言，分析、判斷出壓力容器下封頭內(nèi)熔融物形成的熔池結(jié)構(gòu)對(duì)該技術(shù)的有效性影響很大。
[0003]熔池內(nèi)所含的熔融物主要為金屬和氧化物，根據(jù)現(xiàn)有的分析計(jì)算方法，熔池結(jié)構(gòu)大致分為兩種:均勻模型和分層模型。在分層模型中公認(rèn)的方法是分兩層，上層為金屬相層，下層為氧化物層。分層過程簡(jiǎn)化處理為成分的混合，即金屬相和氧化相獨(dú)立存在。
[0004]現(xiàn)有的分析計(jì)算方法存在的主要問題是將分層看成是成分之間的混合，過于簡(jiǎn)單，沒有充分考慮熔融物之間的相互反應(yīng)，也沒有結(jié)合熔融物在壓力容器中的迀移方式。由于熔池結(jié)構(gòu)的計(jì)算涉及到嚴(yán)重事故下核反應(yīng)壓力容器下封頭內(nèi)熔融物滯留技術(shù)的有效性判斷，如不能準(zhǔn)確計(jì)算熔池結(jié)構(gòu)，則可能會(huì)造成嚴(yán)重事故緩解技術(shù)的實(shí)效，進(jìn)而影響反應(yīng)堆安全。
[0005]為正確評(píng)估嚴(yán)重事故下核反應(yīng)堆壓力容器下封頭內(nèi)熔融物滯留技術(shù)的有效性，熔池的結(jié)構(gòu)計(jì)算是一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種反應(yīng)堆嚴(yán)重事故壓力容器下封頭內(nèi)熔池結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，利用熔融物系統(tǒng)相圖，在熔池結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中引入了熔融物在壓力容器內(nèi)的不同迀移方式以及熔融物之間的相互反應(yīng)的因素，更為準(zhǔn)確地判斷熔池結(jié)構(gòu)，從而更為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)嚴(yán)重事故情況下熔融物堆內(nèi)滯留措施的有效性。
[0007]本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)過程如下:
反應(yīng)堆嚴(yán)重事故壓力容器下封頭內(nèi)熔池結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，包括如下步驟:計(jì)算下封頭堆芯熔融物各組分質(zhì)量，將計(jì)算結(jié)果與成分系統(tǒng)相圖中的可混溶范圍比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷熔融物是否分層，如果熔融物出現(xiàn)分層，則比較各層中熔融物的密度得出熔融物的分層結(jié)果。
[0008]進(jìn)一步的，當(dāng)熔融物以側(cè)面迀移方式向下封頭迀移時(shí)，包括以下步驟:
步驟一:當(dāng)熔融物上表面與堆芯下支撐板下表面接觸時(shí)，計(jì)算出壓力容器下封頭內(nèi)熔融物各成分UO2、ZrO2、Zr和Fe的質(zhì)量，進(jìn)入步驟二:
步驟二:根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷熔融物成分是否在U-Zr-O-Fe系統(tǒng)相圖中可混溶范圍之內(nèi)，如果在可混溶范圍內(nèi)，則熔融物均勻分布，如果不在，則出現(xiàn)分層:
如均勻分布，進(jìn)入步驟三； 如分層分布，將各層中熔融物密度進(jìn)行比較:
如果金屬層密度小，熔融物分為兩層:金屬層在上，氧化層在下，進(jìn)入步驟四；
如果金屬層密度大，熔融物分為兩層:金屬層在下，氧化層在上，進(jìn)入步驟五；
步驟三:待熔融物將堆芯下支撐板淹沒時(shí)，計(jì)算此時(shí)壓力容器下封頭內(nèi)各成分uo2、ZrO2、Zr和Fe的質(zhì)量:
根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷熔融物成分是否在U-Zr-O-Fe系統(tǒng)相圖中可混溶范圍之內(nèi)，如果在可混溶范圍內(nèi)，則熔融物均勻分布，如果不在，則出現(xiàn)分層:
如均勻分布，則判斷熔池結(jié)構(gòu)為熔融物均勻分布，計(jì)算結(jié)束；
如分層分布，將各層中熔融物密度進(jìn)行比較:
如果金屬層密度大，熔池最終結(jié)構(gòu)為兩層:金屬層在下，氧化層在上，計(jì)算結(jié)束；
如果金屬層密度小，熔池最終結(jié)構(gòu)為兩層:金屬層在上，氧化層在下，計(jì)算結(jié)束；
步驟四:待熔融物將堆芯下支撐板淹沒時(shí)，計(jì)算此時(shí)壓力容器下封頭內(nèi)各成分U02、ZrO2、Zr和Fe的質(zhì)量，判斷其成分是否在U-Zr-O-Fe系統(tǒng)相圖中可混溶范圍之內(nèi)，如果在可混溶范圍內(nèi)，則熔融物均勻分布，如果不在，則出現(xiàn)分層:
如均勻分布，則判斷熔池結(jié)構(gòu)為均勻分布，計(jì)算結(jié)束；
如分層分布，將各層中熔融物密度進(jìn)行比較:
如果金屬層密度大，熔池最終結(jié)構(gòu)為兩層:金屬層在下，氧化層在上，計(jì)算結(jié)束；
如果金屬層密度小，熔池最終結(jié)構(gòu)為兩層:金屬層在上，氧化層在下，計(jì)算結(jié)束；
步驟五:在堆芯熔融物完全迀移到下封頭后，下層金屬層成分保持不變，待上層氧化層與再進(jìn)入熔池內(nèi)的熔融物混合后計(jì)算混合物各組分質(zhì)量，判斷混合物各組分是否在U-Zr-O-Fe系統(tǒng)相圖中可混溶范圍之內(nèi)，如果在可混溶范圍內(nèi)，則混合物均勻分布，如不在，則混合物出現(xiàn)分層如均勻分布，計(jì)算混合物密度，與保持不變的金屬層密度進(jìn)行比較:如果金屬層密度大，熔池最終結(jié)構(gòu)為兩層:金屬層在下，氧化層在上，計(jì)算結(jié)束；
如果金屬層密度小，熔池最終結(jié)構(gòu)為兩層:金屬層在上，氧化層在下，計(jì)算結(jié)束；
如分層分布則進(jìn)入步驟六；
步驟六:根據(jù)混合物各層熔融物成分密度進(jìn)行比較:
如果比較結(jié)果為金屬層密度小，則分層中金屬層在上，氧化層在下，熔池最終結(jié)構(gòu)為三層:從上到下分布為金屬層-氧化層-金屬層，計(jì)算結(jié)束；
如果比較結(jié)果為金屬層密度大，則分層中金屬層在下，氧化層在上，進(jìn)入步驟七；步驟七:氧化層成分保持不變，并計(jì)算其密度，待混合物中金屬層與步驟五中下層金屬層混合后，計(jì)算混合后金屬層密度，并與混合物中氧化層密度進(jìn)行比較:
如果混合后金屬層密度大，熔池最終結(jié)構(gòu)為兩層:金屬層在下，氧化層在上，計(jì)算結(jié)束；
如果混合后金屬層密度小，熔池最終結(jié)構(gòu)為兩層:金屬層在上，氧化層在下，計(jì)算結(jié)束。
[0009]進(jìn)一步的，當(dāng)熔融物以垂直迀移方式向下封頭迀移時(shí)，包括以下步驟:
步驟一:當(dāng)下支撐板坍塌進(jìn)下封頭形成熔池時(shí)，計(jì)算出壓力容器下封頭內(nèi)熔融物各成分UO2、ZrO2、Zr和Fe的質(zhì)量，進(jìn)入步驟二:
步驟二:根據(jù)U-Zr-O-Fe系統(tǒng)相圖判斷恪融物成分是否在U-Zr-O-Fe系統(tǒng)相圖中可混溶范圍之內(nèi)，如果在可混溶范圍內(nèi)，則熔融物均勻分布，如果不在，則出現(xiàn)分層: 如均勻分布，計(jì)算結(jié)束；
如分層分布，進(jìn)入步驟三；
步驟三:將各層中熔融物密度進(jìn)行比較:
如果比較結(jié)果為金屬層密度小，則分層中金屬層在上，氧化層在下，熔池最終結(jié)構(gòu)為上層為金屬層，下層為氧化層，計(jì)算結(jié)束；
如果比較結(jié)果為金屬層密度大，則分層中金屬層在下，氧化層在上，熔池最終結(jié)構(gòu)為上層為氧化層，下層為金屬層，計(jì)算結(jié)束。
[0010]進(jìn)一步的，熔融物為液態(tài)，且下封頭無水。
[0011]本發(fā)明所提供的方法，與現(xiàn)有的將熔池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單分層的方法相比，區(qū)分了堆芯熔融物在不同的迀移方式下的不同計(jì)算方法，并在計(jì)算過程中充分考慮了成分之間的相互作用，更加準(zhǔn)確地判斷出熔池結(jié)構(gòu)，從而更為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)嚴(yán)重事故情況下熔融物堆內(nèi)滯留措施的有效性。
【附圖說明】
[0012]圖1為U-Zr-O-Fe系統(tǒng)相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
當(dāng)發(fā)生核電站嚴(yán)重事故時(shí)，例如:某百萬千瓦級(jí)核電廠發(fā)生全場(chǎng)斷電事故。
[0014]此時(shí)，由于堆芯受熱熔化，堆芯熔融物在壓力容器內(nèi)迀移，其迀移方式有兩種:一種是熔融物在熔穿堆芯圍板后從堆芯側(cè)面迀移進(jìn)入下封頭并不斷積累，最終將堆芯下支撐板浸沒并將其熔化，即熔融物的側(cè)面迀移；另一種是大部分熔融物垂直向下迀移，在堆芯下支撐板聚集并逐漸將其溶解，最終下支撐板失效，掉入下封頭內(nèi)形成熔池。
[0015]在此過程中，利用嚴(yán)重事故計(jì)算程序，得到熔融物在各個(gè)階段的成分和質(zhì)量。核電站嚴(yán)重事故計(jì)算程序是一種比較成熟的事故計(jì)算程序，常用的有MAAP、MELCOR等計(jì)算程序，在以下的實(shí)施例中均是以使用MAAP程序?yàn)槔?br>[0016]發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，堆芯熔融物主要為U02、ZrO2, Zr和Fe，從相圖手冊(cè)或文獻(xiàn)中查閱得到為U-Zr-O-Fe系統(tǒng)的相圖，針對(duì)反應(yīng)堆堆芯材料的特點(diǎn)，由于U/Zr的比例相比0、Fe而言是固定的，因此選取了如圖1所示的以U/Zr為三角形一角的平面相圖，在以下實(shí)施例中，需要用到該系統(tǒng)相圖進(jìn)行熔融物的分層判斷，具體的判斷方法為:圖1中曲線為可混溶范圍的分界，如果根據(jù)嚴(yán)重事故計(jì)算程序計(jì)算得到的成分值在L+L區(qū)，則判斷熔融物分層，如成分點(diǎn)在曲線右側(cè)的L區(qū)，則判斷熔融物均勻分布。
[0017]在熔融物出現(xiàn)分層時(shí)，根據(jù)相圖中的平衡態(tài)連線，即直線LJPLc,得出各成分的比例，然后根據(jù)密度判斷分層情況。
[0018]實(shí)施例一
在本計(jì)算方法中，假設(shè)堆芯熔融物為液態(tài)，且堆芯無水。
[0019]反應(yīng)堆嚴(yán)重事故壓力容器下封頭內(nèi)熔池結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，當(dāng)熔融物以側(cè)面迀移方式向下封頭迀移時(shí)，包括以下步驟:
步驟一:根據(jù)嚴(yán)重事故計(jì)算程序的計(jì)算生成文件判斷，當(dāng)熔融物上表面與堆芯下支撐板下表面接觸時(shí)，用該程序計(jì)算出壓力容器下封頭內(nèi)熔融物各成分(U02、ZrO2, Zr和Fe)的質(zhì)量，進(jìn)入步驟二:
步驟二:根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷熔融物成分是否在(U-Zr-O-Fe)系統(tǒng)相圖中可混溶范圍之內(nèi)，如果在可混溶范圍內(nèi)，則熔融物均勻分布，如果不在，則出現(xiàn)分層:
如均勻分布，進(jìn)入步驟三；
如分層分布，將各層中熔融物密度進(jìn)行比較:
如果金屬層密度小，熔融物分為兩層:金屬層在上，氧化層在下，進(jìn)入步驟四；
如果金屬層密度大，熔融物分為兩層:金屬層在下，氧化層在上，進(jìn)入步驟五；
步驟三:待熔融物將堆芯下支撐板淹沒時(shí)，用嚴(yán)重事故計(jì)算程序計(jì)算此時(shí)壓力容器下封頭內(nèi)各成分(UO2、ZrO2、Zr和Fe )的質(zhì)量
根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷熔融物成分是否在(U-Zr-O-Fe)系統(tǒng)相圖中可混溶范圍之內(nèi)，如果在可混溶范圍內(nèi)，則熔融物均勻分布，如果不在，則出現(xiàn)分層:
如均勻分布，則判斷熔池結(jié)構(gòu)為熔融物均勻分布，計(jì)算結(jié)束；
如分層分布，將各層中熔融物密度進(jìn)行比較:
如果金屬層密度大，熔池最終結(jié)構(gòu)為兩層: