一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法技术

本发明专利技术涉及一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法，所述方法包括以下步骤：(1)启动；(2)获取工艺参数；(3)估算当前泄漏的溶剂质量和燃烧池表面积；(4)计算燃料燃烧产生的第x种烟气质量；(5)计算烟气经过过滤器过滤与管道沉降，第x种烟气的剩余质量；(6)计算烟气经过过滤器过滤与管道沉降，第x种烟气已释放的活度及所有种烟气的总释放活度；(7)剩余氧气含量估算，返回步骤(4)重新估算；(8)如果燃料燃尽，计算结束。所述方法通过分析乏燃料后处理设施中脉冲萃取柱所处环境特点及可用状态参数，基于脉冲萃取柱有机相(磷酸三丁脂‑煤油混合溶液)的着火规律，提出合理的估算方法，为应急响应和应急决策提供输入条件。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法
本专利技术属于核与辐射应急
，具体涉及一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法。
技术介绍
核燃料在反应堆中使用时，由于易裂变核素的消耗、裂变产物及重核素的生成，引起燃料反应性的变化，最终使反应堆不再能维持临界，因此核燃料使用到一定程度必须更换。经反应堆辐射后卸下的燃料也称为乏燃料或辐照过的燃料。由于乏核燃料中包含有大量的放射性核素，因此具有很强的放射性，因此必须妥善处理。乏燃料的处理主要包括:储存、运输、后处理、深地质处置等过程。乏燃料后处理是实现核燃料的回收利用和妥善处置的重要环节。普雷克斯流程(Purex)是用磷酸三丁酯萃取法从辐照核燃料中回收铀、钚的一种化工过程，是现今最有效、最成功的后处理流程。在乏燃料后处理设施中溶剂萃取系统、溶剂净化系统及设备室含有大量的有机溶剂，均有潜在的有机相溶剂着火事故隐患。在铀、钚共去污系统中，裂变产物放射性活度浓度最高处为脉冲萃取柱，该设备中溶剂泄漏着火时从燃烧的溶剂中释放出的放射性核素量最大，其主要燃烧物质为磷酸三丁脂-煤油的混合溶液。核应急工况时，需要对该事故进行源项估算，以为应急响应和应急决策提供输入条件。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法，通过分析乏燃料后处理设施中脉冲萃取柱所处环境特点及可用状态参数，基于脉冲萃取柱有机相(磷酸三丁脂-煤油混合溶液)的着火规律，提出合理的估算方法，为应急响应和应急决策提供输入条件。为达到以上目的，本专利技术采用的一种技术方案是：一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法，所述方法包括以下步骤：(1)判断脉冲萃取柱是否发生着火事故，如果发生着火事故，则启动计算；(2)获取工艺参数；(3)根据脉冲萃取柱质量在线监测装置和集水坑液位报警装置数据估算当前泄漏的溶剂质量Mf,0和燃烧池表面积Spool；(4)计算当前时间步燃料燃烧产生的第x种烟气质量mx,a,t；(5)计算第x种烟气经过排风管道的过滤器过滤与管道沉降，当前时间步第x种烟气的剩余质量mx,a,t,J；(6)计算烟气经过排风管道的过滤器过滤与管道沉降，当前时间步第x种烟气已释放的活度Ax,t及当前时间步所有种烟气的总释放活度At；(7)判断燃料是否燃尽，如果未燃尽，则计算当前时间步设备室内剩余可用氧气质量及初始可用氧气质量返回步骤(4)重新计算；(8)如果燃料燃尽，则计算所有时间步有机相着火释放的总活度A，计算结束。进一步的，所述步骤(1)中的一个实施例为手动启动计算。进一步的，所述步骤(1)中的另一个实施例为通过工艺过程监测仪表的漂移行为及设备室气溶胶放射性升高现象探测到脉冲萃取柱发生燃烧而自动启动计算。进一步的，所述步骤(2)中工艺参数包括固定工艺参数、实时工艺参数和实时监测参数。进一步的，所述固定工艺参数包括设备室高度、设备室容积，所述实时工艺参数包括磷酸三丁酯的体积分数、当前工艺流程脉冲萃取柱有机溶剂的初始质量，所述实时监测参数包括设备室入口风流量、出口风流量。进一步的，所述步骤(3)中当前泄漏的溶剂质量Mf,0和燃烧池表面积Spool的计算方法为：Mf,0＝Mo-Ml其中，M0为当前工艺流程脉冲萃取柱有机溶剂的初始质量,M1为脉冲萃取柱当前剩余有机溶剂质量，ρf为有机溶剂的密度，Hpool为燃烧池高度。进一步的，所述步骤(4)的具体步骤包括：(41)计算燃料质量损失速率m"t其中，t为当前时间步，hc为燃烧对流热流密度，hf为燃烧辐射热流密度，hr为表面辐射热流密度，hl为燃料蒸发潜热，Tt为当前时间步溶液温度，cf(Tt)为燃料热容，Tb为燃料沸点，T∞为无限空间温度，为硝酸盐溶液质量占比；(42)计算当前时间步燃料燃烧质量mt与燃料燃烧所消耗的氧气质量mt＝m"t·Δt·Spool其中，Δt为当前时间步时长，为单位质量燃料燃烧所消耗的氧气质量；(43)计算燃烧产生的总热量Qt和下一时间步溶液温度Tt+1Qt＝amtht其中，a为释热效率，ht为燃料燃烧热，Mroom为设备室所有设备质量(含地面、墙面等铁质)，cs(Tt)为钢铁热容；(44)计算当前时间步燃料燃烧的质量分数ωt其中，Mf,t为当前时间步初始剩余燃料质量，如果当前时间步燃料燃烧所消耗的氧气质量大于当前剩余可用氧气质量则令当前时间步燃料燃烧所消耗的氧气质量等于当前剩余可用氧气质量即(45)计算当前时间步产生的第x种烟气质量mx,a,t，mx,a,t＝Mx,t·ωt·γx其中，Mx,t为当前时间步第x种放射性核素的剩余质量，γx为第x种放射性核素的烟气产生率。进一步的，所述步骤(5)的具体步骤包括：(51)计算烟气在经过第j个过滤器前剩余的烟气质量其中，mx,a,t,j-1为第x种烟气经过第j-1个过滤器后剩余的烟气质量，ζx,j为第x种烟气在第j段管道中单位路径沉积率，lj为第j个过滤器前的管道长度；(52)计算第j个过滤器过滤的第x种烟气质量Δmx,a,t,j其中，为第j个过滤器对第x种烟气的过滤效率；(53)计算经过第j个过滤器后剩余的烟气质量mx,a,t,j其中，ωx为第x种放射性核素在其氧化物烟气中质量分数；(54)计算对于第j个过滤器剩余的有效过滤质量mp,t,j其中，mp,t-1,j为对于第j个过滤器前一个时间步剩余的有效过滤质量，为第j个过滤器过滤的所有烟气质量；若过滤器剩余的有效过滤质量mp,t,j小于等于过滤的烟气质量，则将过滤的烟气质量置为过滤器剩余的有效过滤质量mp,t,j，且该过滤器失效；(55)经过总共J个过滤器过滤与管道沉降，当前时间步第x种烟气的剩余质量为mx,a,t,J。进一步的，所述步骤(6)中当前时间步第x种烟气已释放的活度Ax,t及当前时间步所有种烟气的总释放活度At的计算方法为：Ax,t＝axmx,a,t,J其中，ax为第x种放射性核素的放射性比活度，1≤x≤X。进一步的，所述步骤(7)中当前时间步设备室内剩余可用氧气质量及初始可用氧气质量的计算方法为：对于有机溶剂，当空气中氧气含量达到η时便无法燃烧，故假设排出的空气氧气含量均为η，其中，为前一个时间步设备室内剩余可用氧气质量，Vin为入口风流量，ρin为进气密度，Vroom为设备室空气体积。进一步的，所述步骤(8)中有机相着火释放的总活度A的计算方法为：其中，0＜t≤tt,tt为有机相着火燃烧总时间。本专利技术的有益效果在于：本方法通过分析乏燃料后处理设施中脉冲萃取柱所处环境特点及可用状态参数，基于脉冲萃取柱有机相(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)判断脉冲萃取柱是否发生着火事故，如果发生着火事故，则启动计算；/n(2)获取工艺参数；/n(3)根据脉冲萃取柱质量在线监测装置和集水坑液位报警装置数据估算当前泄漏的溶剂质量M

【技术特征摘要】
1.一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)判断脉冲萃取柱是否发生着火事故，如果发生着火事故，则启动计算；
(2)获取工艺参数；
(3)根据脉冲萃取柱质量在线监测装置和集水坑液位报警装置数据估算当前泄漏的溶剂质量Mf,0和燃烧池表面积Spool；
(4)计算当前时间步燃料燃烧产生的第x种烟气质量mx,a,t；
(5)计算第x种烟气经过排风管道的过滤器过滤与管道沉降，当前时间步第x种烟气的剩余质量mx,a,t,J；
(6)计算烟气经过排风管道的过滤器过滤与管道沉降，当前时间步第x种烟气已释放的活度Ax,t及当前时间步所有种烟气的总释放活度At；
(7)判断燃料是否燃尽，如果未燃尽，则计算当前时间步设备室内剩余可用氧气质量及初始可用氧气质量返回步骤(4)重新计算；
(8)如果燃料燃尽，则计算所有时间步有机相着火释放的总活度A，计算结束。


2.根据权利要求1所述的一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法，其特征在于，所述步骤(1)中的启动方式包括手动启动方式和通过工艺过程监测仪表的漂移行为及设备室气溶胶放射性升高现象探测到脉冲萃取柱发生燃烧而自动启动的自动启动方式。


3.根据权利要求1所述的一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法，其特征在于，所述步骤(2)中工艺参数包括固定工艺参数、实时工艺参数和实时监测参数。


4.根据权利要求3所述的一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法，其特征在于，所述固定工艺参数包括设备室高度、设备室容积，所述实时工艺参数包括脉冲萃取柱内磷酸三丁酯的体积分数、当前工艺流程脉冲萃取柱有机溶剂的初始质量，所述实时监测参数包括设备室入口风流量、出口风流量。


5.根据权利要求1所述的一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法，其特征在于，所述步骤(3)中当前泄漏的溶剂质量Mf,0和燃烧池表面积Spool的计算方法为：
Mf,0＝Mo-Ml



其中，M0为当前工艺流程脉冲萃取柱有机溶剂的初始质量,M1为脉冲萃取柱当前剩余有机溶剂质量，ρf为有机溶剂的密度，Hpool为燃烧池高度。


6.根据权利要求1所述的一种脉冲萃取柱有机相着火事故源项估算方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体步骤包括：
(41)计算燃料质量损失速率m"t



其中，t为当前时间步，hc为燃烧对流热流密度，hf为燃烧辐射热流密度，hr为表面辐射热流密度，hl为燃料蒸发潜热，Tt为当前时间步溶液温度，cf(Tt)为燃料热容，Tb为燃料沸点，T∞为无限空间温度，为硝酸盐溶液质量占比；
(42)计算当前时间步燃料燃烧质量mt与燃料燃烧所消耗的氧气质量
mt＝m″t·Δt·Spool



其中，Δt为当前时间步时长，为单位质量燃料燃烧所消耗的氧气质量；
(43)计算燃烧产生的总热量Qt和下一时间步溶液温度Tt+1
Qt＝amtht



其中，a为释...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁博宁，张建岗，杨亚鹏，王任泽，冯宗洋，贾林胜，王宁，刘一宁，闫峰，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西;14