一种燃料厂房氢气控制实验台架及燃料厂房氢气控制方法技术

本发明专利技术提供了燃料厂房氢气控制实验台架及燃料厂房氢气控制方法，其中，该燃料厂房氢气控制实验台架包括燃料厂房模拟体、燃料组件模拟体、注气系统、注水系统、喷淋系统、冷却回路和测量控制系统，燃料厂房模拟体具有上部房体和乏燃料池，上部房体中模拟分布有氦气、蒸汽及空气，注气系统具有供氦部件和蒸汽发生器。本发明专利技术提供的燃料厂房氢气控制实验台架和燃料厂房氢气控制方法，其利用小比例实验平台，对部分失水和全部失水的核电站严重事故工况下燃料厂房内氢气分布特性进行实验研究，获取关键实验数据，更好地实现控制氢气风险。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料厂房氢气控制实验台架及燃料厂房氢气控制方法
本专利技术属于核电站燃料厂房氢气控制技术的领域，更具体地说，是涉及一种燃料厂房氢气控制实验台架及燃料厂房氢气控制方法。
技术介绍
2011年3月日本福岛核电厂发生长期全厂断电严重事故。在事故过程中，应急堆芯冷却、余热排出系统等能动安全设施停止工作；堆芯隔离冷却、高压安注系统等非能动安全设施在设计工作时限内断断续续工作，堆芯冷却效果不明显。非能动安全设施停止工作后6～7个小时内，电厂人员没有采取任何措施冷却堆芯。此后电厂人员恢复一回路注水功能，但为时已晚，错过了事故管理和预防严重事故的良机。严重事故发生后，锆燃料包壳升温，与水反应产生大量氢气；氢气燃爆破坏了安全壳和燃料厂房，大量放射性物质泄漏到电厂周围环境，对社会、环境产生巨大破坏。日本福岛核电厂事故发展及处理过程中暴露了出东京电力公司在核电厂严重事故下氢气风险控制方面存在缺陷，缺乏消除氢气风险的硬件设施，导致氢气多次燃爆破坏了安全壳以及燃料厂房，威胁了放射性释放屏障的完整性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃料厂房氢气控制实验台架，旨在解决现有核电厂严重事故下在氢气风险控制方面存在缺陷的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种燃料厂房氢气控制实验台架，包括：燃料厂房模拟体，具有上部房体和连通于所述上部房体下侧的乏燃料池，所述上部房体中模拟分布有氦气、蒸汽及空气；燃料组件模拟体，设于所述乏燃料池中，用于模拟产生衰变热；注气系统，具有分别与所述乏燃料池连通的供氦部件和蒸汽发生器，所述蒸汽发生器用于朝所述乏燃料池注入蒸汽，所述供氦部件用于产生氦气以模拟替代氢气并朝所述乏燃料池注入氦气；注水系统，与所述乏燃料池连通，用于朝所述乏燃料池注水；喷淋系统，与所述上部房体的顶部连通，用于朝所述燃料组件模拟体喷淋水分，以使所述上部房体产生局部温度梯度和压力梯度，增强所述上部房体中气体的混合和对流，破坏氦气富集层，避免氦气在所述上部房体内积聚到局部较高浓度；冷却回路，用于对所述乏燃料池的池水进行冷却；以及测量控制系统，用于测量所述上部房体内的氦气浓度、气体温度、气体压力和气流速度，测量所述乏燃料池的水温和水池液位，测量所述燃料组件模拟体的表面温度和加热功率，测量所述冷却回路的水温、水流量和管道压力，测量所述喷淋系统的水温、水流量和喷淋压力。本专利技术提供的燃料厂房氢气控制实验台架的有益效果在于：与现有技术相比，由于该燃料厂房氢气控制实验台架采用了燃料厂房模拟体、燃料组件模拟体、注气系统、注水系统、喷淋系统、冷却回路和测量控制系统，其进行实验操作时，首先，使注水系统朝乏燃料池注水；使燃料组件模拟体模拟产生衰变热；使蒸汽发生器朝乏燃料池注入蒸汽，使供氦部件产生氦气以模拟替代氢气并朝乏燃料池注入氦气；使上部房体中模拟分布有氦气、蒸汽及空气；使冷却回路对乏燃料池的池水进行冷却；其次，通过测量控制系统测量和记录以下物理参数：测量和记录上部房体内的氦气浓度、气体温度、气体压力和气流速度，测量和记录乏燃料池的水温和水池液位，测量和记录燃料组件模拟体的表面温度和加热功率，测量和记录冷却回路的水温、水流量和管道压力，测量和记录喷淋系统的水温、水流量和喷淋压力；接着，结合上述物理参数的调整，再使喷淋系统朝燃料组件模拟体喷淋水分，以使上部房体产生局部温度梯度和压力梯度，增强上部房体中气体的混合和对流，破坏氦气富集层，避免氦气在上部房体内积聚到局部较高浓度，从而达到在核电厂严重事故下对氢气的风险进行控制。然后，进行数据处理，多次进行台架试验，获得多组试验数据，以确定试验数据有效性，进行数据保存。最后，进行误差分析与消除，查找误差所在，并对误差进行消除、补偿或修正，以确保更加准确地控制核电厂严重事故下氢气风险，从而避免由于氢气多次燃爆而破坏了安全壳及燃料厂房、威胁放射性释放屏障的情况发生。本专利技术还提供了一种燃料厂房氢气控制方法，其包括以下步骤：搭建燃料厂房氢气控制实验台架：设置燃料厂房模拟体、燃料组件模拟体、注气系统、注水系统、喷淋系统、冷却回路及测量控制系统，其中，使所述燃料厂房模拟体具有上部房体和连通于所述上部房体下侧的乏燃料池；使所述燃料组件模拟体设于所述乏燃料池中；使所述注气系统具有分别与所述乏燃料池连通的供氦部件和蒸汽发生器；使所述注水系统与所述乏燃料池连通；使所述喷淋系统与所述上部房体的顶部连通；台架试验：使所述注水系统朝所述乏燃料池注水；使所述燃料组件模拟体模拟产生衰变热；使所述蒸汽发生器朝所述乏燃料池注入蒸汽，使所述供氦部件产生氦气以模拟替代氢气并朝所述乏燃料池注入氦气；使所述上部房体中模拟分布有氦气、蒸汽及空气；使所述冷却回路对所述乏燃料池的池水进行冷却；使所述喷淋系统朝所述燃料组件模拟体喷淋水分，以使所述上部房体产生局部温度梯度和压力梯度，增强所述上部房体中气体的混合和对流，破坏氦气富集层，避免氦气在所述上部房体内积聚到局部较高浓度；数据采集：通过所述测量控制系统测量和记录以下物理参数：测量和记录所述上部房体内的氦气浓度、气体温度、气体压力和气流速度，测量和记录所述乏燃料池的水温和水池液位，测量和记录所述燃料组件模拟体的表面温度和加热功率，测量和记录所述冷却回路的水温、水流量和管道压力，测量和记录所述喷淋系统的水温、水流量和喷淋压力；数据处理：多次进行所述台架试验，获得多组试验数据，以确定试验数据有效性，进行数据保存；误差分析与消除：查找误差所在，并对误差进行消除、补偿或修正。本专利技术提供的燃料厂房氢气控制方法的有益效果：本实施例提供的燃料厂房氢气控制方法其是基于燃料厂房氢气控制实验台架上进行的，具体地，进行实验操作时，首先，使注水系统朝乏燃料池注水；使燃料组件模拟体模拟产生衰变热；使蒸汽发生器朝乏燃料池注入蒸汽，使供氦部件产生氦气以模拟替代氢气并朝乏燃料池注入氦气；使上部房体中模拟分布有氦气、蒸汽及空气；使冷却回路对乏燃料池的池水进行冷却；其次，通过测量控制系统测量和记录以下物理参数：测量和记录上部房体内的氦气浓度、气体温度、气体压力和气流速度，测量和记录乏燃料池的水温和水池液位，测量和记录燃料组件模拟体的表面温度和加热功率，测量和记录冷却回路的水温、水流量和管道压力，测量和记录喷淋系统的水温、水流量和喷淋压力；接着，结合上述物理参数的调整，再使喷淋系统朝燃料组件模拟体喷淋水分，以使上部房体产生局部温度梯度和压力梯度，增强上部房体中气体的混合和对流，破坏氦气富集层，避免氦气在上部房体内积聚到局部较高浓度，从而达到在核电厂严重事故下对氢气的风险进行控制。然后，进行数据处理，多次进行台架试验，获得多组试验数据，以确定试验数据有效性，进行数据保存。最后，进行误差分析与消除，查找误差所在，并对误差进行消除、补偿或修正，以确保更加准确地控制核电厂严重事故下氢气风险，从而避免由于氢气多次燃爆而破坏了安全壳及燃料厂房、威胁放射性释放屏障的情况发生。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，包括：燃料厂房模拟体，具有上部房体和连通于所述上部房体下侧的乏燃料池，所述上部房体中模拟分布有氦气、蒸汽及空气；燃料组件模拟体，设于所述乏燃料池中，用于模拟产生衰变热；注气系统，具有分别与所述乏燃料池连通的供氦部件和蒸汽发生器，所述蒸汽发生器用于朝所述乏燃料池注入蒸汽，所述供氦部件用于产生氦气以模拟替代氢气并朝所述乏燃料池注入氦气；注水系统，与所述乏燃料池连通，用于朝所述乏燃料池注水；喷淋系统，与所述上部房体的顶部连通，用于朝所述燃料组件模拟体喷淋水分，以使所述上部房体产生局部温度梯度和压力梯度，增强所述上部房体中气体的混合和对流，破坏氦气富集层，避免氦气在所述上部房体内积聚到局部较高浓度；冷却回路，用于对所述乏燃料池的池水进行冷却；以及测量控制系统，用于测量所述上部房体内的氦气浓度、气体温度、气体压力和气流速度，测量所述乏燃料池的水温和水池液位，测量所述燃料组件模拟体的表面温度和加热功率，测量所述冷却回路的水温、水流量和管道压力，测量所述喷淋系统的水温、水流量和喷淋压力。

【技术特征摘要】
1.一种燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，包括：燃料厂房模拟体，具有上部房体和连通于所述上部房体下侧的乏燃料池，所述上部房体中模拟分布有氦气、蒸汽及空气；燃料组件模拟体，设于所述乏燃料池中，用于模拟产生衰变热；注气系统，具有分别与所述乏燃料池连通的供氦部件和蒸汽发生器，所述蒸汽发生器用于朝所述乏燃料池注入蒸汽，所述供氦部件用于产生氦气以模拟替代氢气并朝所述乏燃料池注入氦气；注水系统，与所述乏燃料池连通，用于朝所述乏燃料池注水；喷淋系统，与所述上部房体的顶部连通，用于朝所述燃料组件模拟体喷淋水分，以使所述上部房体产生局部温度梯度和压力梯度，增强所述上部房体中气体的混合和对流，破坏氦气富集层，避免氦气在所述上部房体内积聚到局部较高浓度；冷却回路，用于对所述乏燃料池的池水进行冷却；以及测量控制系统，用于测量所述上部房体内的氦气浓度、气体温度、气体压力和气流速度，测量所述乏燃料池的水温和水池液位，测量所述燃料组件模拟体的表面温度和加热功率，测量所述冷却回路的水温、水流量和管道压力，测量所述喷淋系统的水温、水流量和喷淋压力。2.如权利要求1所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，还包括储水箱和储水管路，所述储水管路依序连通有过滤器和用于开启或关闭所述储水管路的给水阀，所述喷淋系统和所述注水系统分别与所述给水阀连通。3.如权利要求2所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，所述注水系统包括与所述给水阀连通的注水管路，所述注水管路上依序连通有用于驱动所述注水管路中水流的给水泵和用于开启或关闭所述注水管路的注水阀，所述乏燃料池设有注水口，所述注水阀与所述注水口连通。4.如权利要求2所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，所述乏燃料池的底部设有排水口，所述排水口连通有排水通道。5.如权利要求2～4任一项所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，所述上部房体上设有喷淋接口，所述喷淋系统包括与所述给水阀连通的喷淋管路，所述喷淋管路上依序连通有用于驱使所述喷淋管路中喷水流动的增压泵、用于开启或关闭所述喷淋管路的喷淋阀和贯穿所述喷淋接口而置于所述上部房体内的喷嘴，所述测量控制系统包括设于所述喷淋管路上且用于计量所述喷淋管路中的水流量的喷淋流量计。6.如权利要求5所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，所述喷嘴的数量设为四个，其中两个所述喷嘴之间形成10度～20度的夹角，该两所述喷嘴的喷射液雾所覆盖的范围直径为0.8m～1m；另外两个所述喷嘴之间形成25度～35度的夹角，该两所述喷嘴的喷射液雾所覆盖的范围直径为1.2m～1.4m。7.如权利要求6所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，各所述喷嘴的喷孔直径相同且直径为1.5mm～1.7mm，所述喷嘴在1bar压力下的流量为1.5L/min～1.7L/min。8.如权利要求6所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，所述喷嘴设于所述乏燃料池的上方，且距离厂房地面为2.2m～2.6m，距离所述燃料组件模拟体的表面为3.2m～3.6m。9.如权利要求2～4任一项所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，所述上部房体上开设有可开闭的逃生窗口和方便实验人员进行放置所述燃料组件模拟体及进行测量工作的操作门。10.如权利要求9所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，所述操作门的外表面上覆盖有用于使所述操作门的热阻与所述上部房体的墙体热阻相当的岩棉。11.如权利要求2～4任一项所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，所述燃料组件模拟体包括长期卸料组件和新卸料组件，所述长期卸料组件由4×5根长期加热棒组成，每根所述长期加热棒的功率为0.4～0.5KW，所述新卸料组件由4×1根新加热棒组成，每根所述新加热棒的功率为4～5KW。12.如权利要求2～4任一项所述的燃料厂房氢气控制实验台架，其特征在于，所述乏燃料池设有冷却进水口和冷却出水口，所述冷却回路包括用于朝所述乏燃料池供给冷却水并接收经热交换后的池水的...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳立，陆雨洲，郑超雄，陈军，贠相羽，张会勇，张世顺，
申请(专利权)人：岭东核电有限公司，中广核研究院有限公司，大亚湾核电运营管理有限责任公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44