一种核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法技术

本发明专利技术涉及一种核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，包括：(1)分析核电厂核岛厂房的含氢系统，按房间范围确定氢气爆炸性气体环境危险区域；(2)确定所述危险区域内氢气的释放源和释放等级；(3)进行氢气爆炸性气体环境危险区域的预划分；(4)进行通风条件分析，在所述预划分的基础上调整氢气爆炸性气体环境危险区域的划分结果；(5)根据爆炸性气体环境的持续时间，对氢气爆炸性气体环境危险区域的分区进行修正。本发明专利技术综合考虑了氢气释放源的释放速率、通风条件和持续时间等条件对氢气爆炸性气体环境分区的影响情况，简单科学，可操作性强。

A method of division of hydrogen explosive gas environment in nuclear power plant

【技术实现步骤摘要】
一种核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法
本专利技术属于爆炸性气体环境分析技术，具体涉及一种核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法。
技术介绍
“安全”是保障核电发展的生命线，核电的发展必须建立在安全的基础上，国内外核电站几十年来的运行经验表明：核电厂内部爆炸对核电站安全具有重大的潜在威胁，且爆炸发生的可能性贯穿于核电站的整个生命周期。据美国电力研究所(ElectricPowerResearchInstitute)统计，1991年至2008年期间，核电站内部火灾和爆炸发生的频率为0.14次/(堆年)，相对高发频度已不容忽视。并且，严重的内部爆炸事件可能引发核事故，历史上发生的许多重大的核事故都和内部可燃物爆炸密切相关。因此，内部爆炸已经成为核电站安全最直接的威胁之一。在此背景下，一些先进的核能大国相继开展了对核电厂内部可燃物泄漏导致的爆炸及其复杂成因、可能造成的严重后果的研究。氢气系统作为核电厂气体系统的重要组成部分，对核电厂安全稳定运行起着至关重要的作用。同时，核电厂氢气系统在正常运行时散逸出来的氢气也是引发核电厂内部火灾和爆炸的主要原因之一，氢气的爆燃和爆炸可对核安全造成严重的威胁。2011年3月日本福岛核电站由于地震和海啸引发氢气爆炸导致核泄漏发生，造成了非常严重的后果。这一事故加强了核工业界对核电站中氢气安全和控制的重要性的认识。2012年国家能源局全面启动在运在建核电站应对超设计基准事故安全技术研发项目，开展对包括核电厂氢气的分布及控制等方面的研究，以促进提高核电安全性。然而，我国关于核电厂氢气火灾和爆炸的研究起步较晚，现阶段仅针对严重事故下安全壳氢气浓度控制系统的分析评估形成相对完整的分析原则和方法，还没有针对国内核电站开展关于氢气的爆炸性气体环境分区和相关设备防爆方面的系统性研究。其他工业领域(如石油、化工、火电等)已有一些相应的爆炸性气体环境分析的方法，国标《爆炸性环境第14部分：场所分类爆炸性气体环境》(GB3836.14-2014)也有关于爆炸性气体环境分区的相关概念，但是由于核电厂的环境特殊，需要考虑的现场条件更加复杂，且国标GB3836.14-2014中并没有给出可直接依照执行的氢气爆炸性气体环境分区的方法步骤，所以无法直接应用于核电氢气防爆领域，需要研究者进一步的完善相关氢气爆炸性气体环境分区方法并根据核电厂实际加以优化改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对核电厂氢气爆炸性气体环境进行分区的分析方法，该方法综合考虑氢气释放源的释放速率、通风条件和持续时间等条件对氢气爆炸性气体环境分区的影响情况，简单科学，可操作性强。本专利技术的技术方案如下：一种核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，包括如下步骤：(1)分析核电厂核岛厂房的含氢系统，按房间范围确定氢气爆炸性气体环境危险区域；(2)确定所述氢气爆炸性气体环境危险区域内氢气的释放源和释放等级；(3)进行氢气爆炸性气体环境危险区域的预划分；(4)进行通风条件分析，根据分析结果，在所述预划分的基础上调整氢气爆炸性气体环境危险区域的划分结果；(5)根据爆炸性气体环境的持续时间，对氢气爆炸性气体环境危险区域的分区进行修正。进一步，如上所述的核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，步骤(1)中，通过梳理核岛厂房内氢气的用途及排疏路径，来确定氢气爆炸性气体环境危险区域。进一步，如上所述的核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，步骤(2)中所述的释放源指可释放出能形成爆炸性混合物的物质所在的部位或地点，核电厂中氢气的释放源包括含氢气设备、法兰、阀门、接头；释放源按可燃物质的释放频繁程度和持续时间长短分为连续释放源、一级释放源、二级释放源，其中，连续级释放源为连续释放或预计长期释放的释放源；一级释放源为在正常运行时，预计可能周期性或偶尔释放的释放源；二级释放源为在正常运行时，预计不可能释放，当出现释放时，仅是偶尔和短期释放的释放源。进一步，如上所述的核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，步骤(3)中所述的预划分是根据氢气释放源的等级，将存在连续级释放源的区域预划分为0区，存在一级释放源的区域预划分为1区，存在二级释放源的区域预划分为2区。进一步，如上所述的核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，步骤(4)中通风条件的分析从通风等级的评定和通风的有效性划分两方面加以考虑，通风等级的评定准则如下：当假设体积VZ小于0.1m3或小于实际体积V0的1％时，为高级通风，认为危险区域的体积等于VZ；如果假设体积VZ大于实际体积V0，为低级通风；假设体积VZ位于上述两者之间的，为中级通风；所述假设体积VZ的计算公式如下：式中：C--单位时间内新鲜空气置换(充入)的次数(s-1)；dV0/dt--通过考虑中的体积的新鲜空气总的流速；f--通风质量系数，取值范围从f＝1(理想状态)到5(空气流动受阻碍)之间；V0--考虑在释放附近由实际通风提供的总体积(由工厂控制)，本专利技术根据工程实际考虑为释放源所在房间的体积；(dV/dt)min--新鲜空气的最小体积流速(单位时间体积，m3/s)；(dG/dt)max--释放源的最大释放速率(单位时间质量，kg/s)，氢气的最大释放速率(dG/dt)max按正常运行时氢气释放速率dG/dt的三倍计算，不包括由于灾难性事故引起破裂时的释放量；LELm--爆炸下限(单位体积质量，kg/m3)，氢气的爆炸下限为4％的体积分数，也即0.0034kg/m3；k--适用于爆炸下限的安全系数，其典型值为：k＝0.25(连续级和1级释放)；k＝0.5(2级释放)；T--环境温度(K)。进一步，通风的有效性划分为以下三个等级：良好：通风连续存在；一般：在正常运行时，预计通风存在，允许发生短时、不经常的不连续通风；差：不能满足“良好”或“一般”标准的通风，但预计不会出现长时间的不连续通风。进一步，如上所述的核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，步骤(5)中，释放源停止释放后,要求平均浓度从初始值X0下降到k倍LELm的持续时间t的计算公式如下：式中：C--单位时间内新鲜空气置换(充入)的次数(s-1)；f--通风质量系数，取值范围从f＝1(理想状态)到5(空气流动受阻碍)之间；LELm--爆炸下限(单位体积质量，kg/m3)，氢气的爆炸下限为4％的体积分数，也即0.0034kg/m3；k--适用于爆炸下限的安全系数，其典型值为：k＝0.25(连续级和1级释放)；k＝0.5(2级释放)；X0--可燃性物质的初始浓度，在本专利技术中，认为泄漏的气体为纯氢气，X0取100％；对于上述计算得出的房间存在爆炸性气体环境的持续时间t为数个小时的情况，不能降级为非爆炸性气体危险环境，维持原有区域划分；对于持续时间t较短(一般不超过1小时)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，包括如下步骤：/n(1)分析核电厂核岛厂房的含氢系统，按房间范围确定氢气爆炸性气体环境危险区域；/n(2)确定所述氢气爆炸性气体环境危险区域内氢气的释放源和释放等级；/n(3)进行氢气爆炸性气体环境危险区域的预划分；/n(4)进行通风条件分析，根据分析结果，在所述预划分的基础上调整氢气爆炸性气体环境危险区域的划分结果；/n(5)根据爆炸性气体环境的持续时间，对氢气爆炸性气体环境危险区域的分区进行修正。/n

【技术特征摘要】
1.一种核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，包括如下步骤：
(1)分析核电厂核岛厂房的含氢系统，按房间范围确定氢气爆炸性气体环境危险区域；
(2)确定所述氢气爆炸性气体环境危险区域内氢气的释放源和释放等级；
(3)进行氢气爆炸性气体环境危险区域的预划分；
(4)进行通风条件分析，根据分析结果，在所述预划分的基础上调整氢气爆炸性气体环境危险区域的划分结果；
(5)根据爆炸性气体环境的持续时间，对氢气爆炸性气体环境危险区域的分区进行修正。


2.如权利要求1所述的核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，其特征在于：步骤(1)中，通过梳理核岛厂房内氢气的用途及排疏路径，来确定氢气爆炸性气体环境危险区域。


3.如权利要求1所述的核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，其特征在于：步骤(2)中所述的释放源指可释放出能形成爆炸性混合物的物质所在的部位或地点，核电厂中氢气的释放源包括含氢气设备、法兰、阀门、接头；释放源按可燃物质的释放频繁程度和持续时间长短分为连续释放源、一级释放源、二级释放源，其中，
连续级释放源为连续释放或预计长期释放的释放源；
一级释放源为在正常运行时，预计可能周期性或偶尔释放的释放源；
二级释放源为在正常运行时，预计不可能释放，当出现释放时，仅是偶尔和短期释放的释放源。


4.如权利要求3所述的核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，其特征在于：步骤(3)中所述的预划分是根据氢气释放源的等级，将存在连续级释放源的区域预划分为0区，存在一级释放源的区域预划分为1区，存在二级释放源的区域预划分为2区。


5.如权利要求1所述的核电厂氢气爆炸性气体环境分区方法，其特征在于：步骤(4)中通风条件的分析从通风等级的评定和通风的有效性划分两方面加以考虑，通风等级的评定准则如下：
当假设...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，刘文华，王乐，高鸽，彭洁，张璐，刘政，谢维，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11