核反应堆断电模拟系统及其方法技术方案

一种核工业技术领域的核反应堆断电模拟系统及其方法，该系统包括：提供系统热量的热源、提供系统压力的稳压容器、用于系统冷却的冷源、提供系统介质循环动力的驱动装置、用于控制热源功率变化的加热功率控制模块、用于系统数据采集和控制的数据控制器、用于控制驱动装置频率变化以调节管路流量的频率控制模块、第一电动调节阀和第二电动调节阀。本发明专利技术模拟核反应堆堆芯停堆后一定时间内持续释放衰变热的现象以及核主泵失去外来电源后一定时间内发生惰转的现象。从而为研究核反应堆全厂断电事故提供可行的实验工况，为核反应堆自主化设计与建设提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种核工业
的装置及方法，具体是一种用于在实验回路中模拟核电厂全厂断电工况下加热功率与流量变化情况的。
技术介绍
随着人类社会的不断发展，对能源的需求越来越大。由于传统的化石燃料带来了巨大的环境污染问题，近年来对能源清洁性的要求越来越高。由于核能的温室气体排放几乎为零，并具有能量密度高、能量输出稳定、技术日益成熟且已得到大规模应用等优点。因此，核能成为了除传统化石能源外的重要能源来源选择之一。在核能利用中，由于其特殊性，安全问题是首先予以考虑的。其中核电厂全场断电事故对核反应堆的安全性有重大威胁。核电厂在发生全场断电事故后，主泵失去动力，开始在转子飞轮的惯性驱动下惰转，反应堆停堆，随后汽轮机脱扣，主给水关闭。虽然短时间稳压器压力会快速下降，但是主给水关闭后，若辅助给水同时失效，主系统热量无法有效导出，一回路压力会迅速上升。因安注系统无法启动，压力容器水位下降导致堆芯裸露并熔化；压力容器下封头因熔融物的加热发生蠕变失效，引起安全壳内的压力和温度大幅上升并最终导致安全壳失效，造成大规模放射性物质泄漏，危害公众的安全。因此，研究核电厂在发生全场断电事故初期反应堆主系统内热工水力现象有着重要的意义，该工况下反应堆主系统最主要的特点有两点，一是堆芯衰变热作为系统的热源在不断衰减，但仍对系统有显著的加热效果；二是主泵作为系统内流体流动的动力源，虽然失去了直接动力，但在一定时间内发生惰转现象，可以继续提供一定的流量。因此，合理的模拟全场断电事故初期主系统内的加热功率和流量的联动变化情况是研究该工况下反应堆热工水利特性的基础。 目前，许多研究者利用软件程序模拟堆芯衰变和主泵惰转的现象，取得了一定的成果，但是因程序自身编程与计算上的缺陷，无法真实反映核反应堆中真正的热工水力变化情况；国内外建立了一些大型试验装置，模拟核反应堆主系统，但主要用来模拟破口事故中或自然循环工况下反应堆的热工水力特性，缺少对全厂断电事故的研究。经过对现有技术的检索发现，“原子能科学技术”2011年10月第45卷第10期公开了“AP1000主回路系统热工水力瞬态计算程序RETAC的开发”，该技术计算了全部屏蔽泵同时失电惰转并触发停堆后反应堆中热工水力参数的变化情况。研究发现在无控制系统、非能动安全系统和启动给水系统投入的情况下，燃料中心最高温度和MDNBR未超过规定限值，满足安全准则要求。但该方案缺乏实验数据。另外，“NuclearEngineering and Design，，215 期(2OO2 年)中公开了“Restartof natural circulation in a PffR-PKL test results and S_RELAP5calculations，，,该技术利用PKL实验装置研究小破口事故后的热工水力现象,并最终成功建立自然循环；但该实验装置并未模拟核电厂全场断电事故下核反应堆热工水力现象，无法揭示反应堆在事故初期的主系统状态。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种，模拟核反应堆堆芯停堆后一定时间内持续释放衰变热的现象以及核主泵失去外来电源后一定时间内发生惰转的现象。从而为研究核反应堆全厂断电事故提供可行的实验工况，为核反应堆自主化设计与建设提供技术支持。本专利技术是通过以下技术方案实现的:本专利技术涉及一种，包括:提供系统热量的热源、提供系统压力的稳压容器、用于系统冷却的冷源、提供系统介质循环动力的驱动装置、用于控制热源功率变化的加热功率控制模块、用于系统数据采集和控制的数据控制器、用于控制驱动装置频率变化以调节管路流量的频率控制模块、用于调节主回路流量的第一电动调节阀和用于保护驱动装置的第二电动调节阀，其中:稳压容器分别与热源的第一端口、冷源的第一端口相连形成主回路热段；第一电动调节阀的两端分别与热源的第二端口和驱动装置的输出端相连，冷源的第二端口与驱动装置的输入端相连，第二电动调节阀的两端分别与驱动装置的输入端、输出端相连，形成主回路旁路，这是由于驱动装置不能在很低的流量参数下运行，但是主回路主路的需求在逐渐减少至0，设置旁路分担驱动装置提供的流量，避免驱动装置流量过低。所述的数据控制器接收外接计算机的指令并同时控制加热功率控制模块和频率控制模块，或者数据控制器控制加热功率控制模块，同时根据设定的目标开度值与时间的对应关系，控制第一电动调节阀的开度，从而实现热量衰减与流量衰减的联动控制。所述的第一电动调节阀的输入端设置第一压力变送器以记录调节前压力读书P1,设置第一流量计以记录流量数据q，输出端设置第二压力变送器以记录调节后压力读数P2。所述的数据控制器收集驱动装置的输入端流量数据，与驱动装置最小运行流量进行比较，通过流量反馈控制第二 电动调节阀的开度，避免驱动装置流量过低。所述的驱动装置的输入端设置第二流量计以记录该端口流量数据。所述的加热功率控制模块包括:功率PLC控制模块和可控硅组件，其中:功率PLC控制模块与数据控制器相连并发送变电压信号至可控硅组件，可控硅组件调整热源的电压以实现对功率的控制。所述的频率控制模块包括:频率PLC控制模块和变频器，其中:频率PLC控制模块与数据控制器相连并发送变频率信号至变频器，变频器调整驱动装置的频率以改变其转速，实现对流量的控制。所述的热源为电压控制的电加热器。所述的稳压容器为一个顶部充有提供回路压力的气体、底部装有系统循环介质的压力容器。所述的驱动装置为屏蔽泵，该屏蔽泵为系统管路给水，根据给定频率调整泵转速，继而实现流量调节。本专利技术涉及一种基于上述系统的模拟方法，包括以下步骤:步骤一、得到初始数据:使用实际核反应堆停堆后热源的功率随时间变化的数据，得到时间点与热源功率值的对应关系表格；使用实际核反应堆主泵失去电源后惰转流量随时间变化的数据，得到各时间点与流量值的对应关系；步骤二、使用步骤一所得的两组对应关系，于外接计算机中形成热量衰减与流量衰减的联动控制模式；步骤三、进行模拟实验:使用步骤二的联动控制模式启动数据控制器，采集功率数据与流量数据绘制衰减曲线，分别得到加热功率曲线和流量曲线；步骤四、数据比对:将步骤三得到的加热功率曲线与步骤一得到的时间点与热源功率值的对应关系表格相比较，对发生偏差的数据点进行调整，得到平滑的加热功率曲线；将步骤三得到的流量曲线与步骤一中的时间点与流量值的对应关系相比较，对发生偏差的数据点进行调整，得到平滑的流量曲线。所述的步骤一中的时间点与热源功率值的对应关系表格、时间点与流量值的对应关系均是使用插值法进行离散处理得到的。所述的联动控制模式的具体设定方法为:将时间点与流量值的对应关系进行归一化处理，从而得到驱动装置所需达到的归一化目标流量与时间的对应关系，再将目标流量换算成对应的频率值，从而得到驱动装置的目标频率与时间点的对应关系表格；然后将上述对应关系表格与时间点与热源功率值的对应关系表格一同输入外接计算机形成联动控制丰吴式;或者，将时间点与流量值的对应关系根据阀门开度的计算公式将流量值换算成对应的阀门开度值，从而得到第一电动调节阀的目标开度与时间点的对应关系表格；然后将上述对应关系表格与时间点与热源功率值的对应关系表格一同输入外接计算机形成联动控制模式。所述的步骤三中的数据控制器同时控制加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核反应堆断电模拟系统，其特征在于，包括：提供系统热量的热源、提供系统压力的稳压容器、用于系统冷却的冷源、提供系统介质循环动力的驱动装置、用于控制热源功率变化的加热功率控制模块、用于系统数据采集和控制的数据控制器、用于控制驱动装置频率变化以调节管路流量的频率控制模块、第一电动调节阀和第二电动调节阀，其中：稳压容器分别与热源的第一端口、冷源的第一端口相连形成主回路热段；第一电动调节阀的两端分别与热源的第二端口和驱动装置的输出端相连，冷源的第二端口与驱动装置的输入端相连，第二电动调节阀的两端分别与驱动装置的输入端、输出端相连，形成主回路旁路；所述的数据控制器接收外接计算机的指令并同时控制加热功率控制模块和频率控制模块，或者数据控制器控制加热功率控制模块，同时根据设定的目标开度值与时间的对应关系，控制第一电动调节阀的开度，从而实现热量衰减与流量衰减的联动控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹学武，佟立丽，陈金波，宫海光，邹杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：