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      鈉水反應(yīng)事故擴(kuò)展研究

      2016-10-20 01:39:44裴志勇許業(yè)強(qiáng)武志廣
      科技傳播 2016年18期
      關(guān)鍵詞:氫離子探測(cè)系統(tǒng)讀數(shù)

      裴志勇,許業(yè)強(qiáng) ,武志廣

      中國(guó)原子能科學(xué)研究院,北京 102413

      鈉水反應(yīng)事故擴(kuò)展研究

      裴志勇,許業(yè)強(qiáng) ,武志廣

      中國(guó)原子能科學(xué)研究院,北京 102413

      鈉水反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程,在鈉水蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)中引起的壓力、溫度等變化難以用數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確的計(jì)算,國(guó)際上通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行鈉水反應(yīng)的研究。本文通過(guò)設(shè)計(jì)鈉水反應(yīng)事故氫離擴(kuò)散及濃度分布確定試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行鈉水反應(yīng)事故擴(kuò)展試驗(yàn)研究。氫離子擴(kuò)散輸運(yùn)過(guò)程直接關(guān)系到氫探測(cè)器的布置方式,對(duì)氫計(jì)能否及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)出鈉泄漏警報(bào)有著重要的意義。

      鈉水;反應(yīng)事故;擴(kuò)展

      1 試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)及組成

      1.1氫探測(cè)器

      探測(cè)裝置氫探測(cè)器采用新研制的一體化技術(shù),取樣支路、鎳管傳感器、加熱器和電磁泵采用集成的方式組合成一個(gè)一體化的模塊,直接焊接到鈉回路上。鎳管傳感器后接高真空系統(tǒng),真空系統(tǒng)及控制系統(tǒng)仍采用原擴(kuò)散型氫計(jì)的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。

      1.2注氫設(shè)備

      注氫是由模型蒸汽發(fā)生器頂部插入的注氫毛細(xì)管在蒸汽發(fā)生器的上部注入口注入的,由毛細(xì)管前小型球閥控制的,注入量是由質(zhì)量流量控制器設(shè)定和控制的。

      1.3鈉回路

      鈉回路主要由主回路、凈化回路、氬氣回路和注射裝置組成。主回路上有模型蒸汽發(fā)生器、膨脹罐、電磁泵、電加熱器等,氫氣由其頂部通過(guò)一注氫裝置注入蒸汽發(fā)生器的中部或底部,試驗(yàn)裝置流程原理圖見(jiàn)圖1。

      圖1 試驗(yàn)裝置流程原理圖

      在試驗(yàn)開(kāi)始前要對(duì)試驗(yàn)回路進(jìn)行預(yù)熱、充鈉、鈉凈化等工作。在由儲(chǔ)鈉罐向主回路充鈉前,整個(gè)回路、儲(chǔ)鈉罐和電磁泵先進(jìn)行預(yù)熱。在鈉回路灌鈉后,系統(tǒng)開(kāi)始加熱,并同時(shí)啟動(dòng)冷阱對(duì)鈉進(jìn)行凈化。在一定的冷阱底部溫度(此處為冷阱鈉流出冷阱的地方,氫濃度也最低)下的鈉溫及經(jīng)過(guò)一體化氫計(jì)的鈉溫穩(wěn)定后,凈化鈉至氫計(jì)讀數(shù)在半小時(shí)內(nèi)不再變化的條件下,記錄各個(gè)讀數(shù),此時(shí)鈉中氫含量即鈉流本底氫含量,即為相應(yīng)冷阱底部溫度下的飽和氫濃度。相應(yīng)的探測(cè)系統(tǒng)讀數(shù)則是該已知鈉氫濃度下的氫計(jì)讀數(shù)。在鈉流經(jīng)氫計(jì)時(shí),同時(shí)記錄鈉回路參數(shù)和氫計(jì)探測(cè)系統(tǒng)讀數(shù)。

      2 鈉水反應(yīng)事故擴(kuò)展過(guò)程試驗(yàn)方案

      鈉水反應(yīng)是一個(gè)快速劇烈的化學(xué)反應(yīng),且與系統(tǒng)工況有著密切的聯(lián)系,即根據(jù)鈉溫、壓力、流量和泄漏率等參數(shù)的不同,鈉水反應(yīng)事故發(fā)展也不同。根據(jù)目前的工程經(jīng)驗(yàn),探測(cè)鈉水反應(yīng)事故必須采用探測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物氫離子作為事故報(bào)警手段,因此,必須研究事故擴(kuò)展過(guò)程中氫離子的擴(kuò)散及傳輸路線,以及氫離子濃度的空間分布,從而有目的的進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和探測(cè)裝置的布置,保證探測(cè)系統(tǒng)的靈敏度、響應(yīng)時(shí)間和有效性。完成SG事故保護(hù)系統(tǒng)鈉水反應(yīng)事故擴(kuò)展過(guò)程研究,需要開(kāi)展以下試驗(yàn)。

      2.1氫離子擴(kuò)散軌跡及其傳輸路線測(cè)量試驗(yàn)

      系統(tǒng)預(yù)熱結(jié)束后,在關(guān)閉冷阱的條件下,對(duì)系統(tǒng)回路進(jìn)行注氫。此時(shí),回路中的鈉在冷阱凈化效應(yīng)下,氫濃度最低。

      注氫通過(guò)前述質(zhì)量流量控制器進(jìn)行,先設(shè)定注氫流量,基本設(shè)定在0.1SL/min~0.3SL/min,注氫前先用高純氬吹掃,確保注氫毛細(xì)管通暢;注氫時(shí),打開(kāi)質(zhì)量流量控制器流量控制閥,當(dāng)瞬時(shí)流量顯示有流量時(shí),打開(kāi)注氫毛細(xì)管入口球閥,向模型蒸汽發(fā)生器注入氫,直至質(zhì)量流量計(jì)顯示累積流量達(dá)到設(shè)置值,關(guān)閉質(zhì)量流量器流量控制閥,結(jié)束注氫;然后再用氬氣吹掃,將注氫管路中的剩余氫吹掃進(jìn)模型蒸汽發(fā)生器。與注氫球閥開(kāi)啟同時(shí),開(kāi)始計(jì)時(shí),記錄氫計(jì)在隨后十幾分鐘的輸出。

      通過(guò)氫離子探測(cè)設(shè)備在不同位置測(cè)量鈉水反應(yīng)時(shí)氫離子的傳輸過(guò)程,確定鈉水反應(yīng)位置與監(jiān)測(cè)點(diǎn)氫濃度關(guān)系。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果調(diào)整測(cè)點(diǎn)位置,得出最佳測(cè)點(diǎn)布置方案。

      2.2氫離子濃度的空間分布測(cè)量試驗(yàn)

      重復(fù)上述注氫操作,改變注氫量,通過(guò)不同位置的探測(cè)裝置監(jiān)測(cè)氫離子濃度,同時(shí)記錄鈉溫及鈉流量參數(shù),確定該工況下的氫離子濃度的空間分布。

      根據(jù)注氫量的不同重復(fù)該試驗(yàn),確定不同工況下的氫離子濃度的空間分布,兼顧氫離子擴(kuò)散傳輸路線,優(yōu)化探測(cè)裝置布置方式,分析試驗(yàn)結(jié)果,從而得出蒸汽發(fā)生器事故保護(hù)系統(tǒng)鈉水反應(yīng)探測(cè)可靠性的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定不同工況下金屬鈉中的氫飽和濃度,最終設(shè)定合理的報(bào)警閾值。

      3 鈉水反應(yīng)探測(cè)穩(wěn)定性試驗(yàn)

      3.1探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定性影響因素及其敏感性確定試驗(yàn)

      根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)不同工況下的小泄漏鈉水反應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,大致確定其測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定性影響因素;再次通過(guò)小泄漏模擬試驗(yàn),對(duì)鈉水反應(yīng)探測(cè)系統(tǒng)影響因素的敏感性進(jìn)行確認(rèn),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別對(duì)探測(cè)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、儀表測(cè)量系統(tǒng)、信息采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)各影響因素進(jìn)行權(quán)重分析,得到相應(yīng)影響因素的修正數(shù)學(xué)模型,改變影響因素參數(shù)通過(guò)小泄漏實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,以削弱或消除不穩(wěn)定性影響。

      3.2報(bào)警閾值確定試驗(yàn)

      在一定鈉溫下,凈化鈉至氫計(jì)讀數(shù)在半小時(shí)內(nèi)不再變化的條件下,記錄各個(gè)讀數(shù),此時(shí)鈉中氫含量為鈉流本底氫含量。改變鈉溫模擬二回路工藝系統(tǒng)工況,重新凈化鈉至氫計(jì)讀數(shù)在半小時(shí)內(nèi)不再變化的條件下,記錄各個(gè)讀數(shù),此時(shí)鈉中氫含量為該溫度下鈉流本底氫含量。多次重復(fù)測(cè)量本底氫含量,計(jì)算統(tǒng)計(jì)值及波動(dòng)范圍,確定探測(cè)裝置報(bào)警理論值,結(jié)合注氫/注水試驗(yàn)及影響因素,確定不同工況下的報(bào)警值,根據(jù)鈉水反應(yīng)事故擴(kuò)展過(guò)程試驗(yàn)結(jié)論布置監(jiān)測(cè)裝置,設(shè)定報(bào)警值,通過(guò)注氫/注水試驗(yàn)驗(yàn)證該報(bào)警值的合理性及探測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

      4 預(yù)期技術(shù)指標(biāo)

      通過(guò)小泄漏探測(cè)裝置報(bào)警閾值確定試驗(yàn),給出小泄漏探測(cè)裝置探測(cè)信號(hào)處理結(jié)果誤差及其修正系數(shù),將小泄漏探測(cè)裝置報(bào)警氫濃度閾值,與實(shí)際泄漏發(fā)生時(shí)的最小氫濃度值誤差控制在±20%以內(nèi);通過(guò)探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定性影響因素及其敏感性確定試驗(yàn),使改進(jìn)后的小泄漏探測(cè)裝置,測(cè)量數(shù)據(jù)誤差波動(dòng)控制在±20%以內(nèi),小泄漏探測(cè)裝置無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不低于5 000h,小泄漏探測(cè)裝置,從透氫鎳管到信號(hào)的處理反饋輸出時(shí)間不超過(guò)60s;通過(guò)鈉水反應(yīng)時(shí)氫離子擴(kuò)散軌跡及其運(yùn)輸路線測(cè)量試驗(yàn),和鈉水反應(yīng)時(shí)氫離子濃度的空間分布測(cè)量試驗(yàn),將泄漏探測(cè)裝置可靠度控制在90%以上。

      5 結(jié)論

      本文主要對(duì)鈉水反應(yīng)事故擴(kuò)展研究試驗(yàn)方案進(jìn)行初步分析和設(shè)計(jì),闡述試驗(yàn)驗(yàn)證的必要性,在微小泄漏鈉水反應(yīng)發(fā)生時(shí),氫計(jì)探測(cè)器的可靠性直接關(guān)系到氫計(jì)能否及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)出鈉泄漏警報(bào),對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和聯(lián)動(dòng)事故保護(hù)系統(tǒng)具有很重要的意義。因此,要提高探測(cè)系統(tǒng)的可靠性,避免誤報(bào)的發(fā)生,必須對(duì)探測(cè)裝置進(jìn)行可靠性驗(yàn)證,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行校正改進(jìn)??煽啃灾饕P(guān)注鈉水反應(yīng)探測(cè)的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間兩方面,試驗(yàn)主要通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)回路中氫離子濃度,并與裝置探測(cè)獲得的數(shù)值進(jìn)行比較分析,從而確定探測(cè)裝置探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性以及設(shè)定合理的報(bào)警閾值。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比之前的理論分析,可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更完善的驗(yàn)證,支持總體的設(shè)計(jì)方案。

      O6-3

      A

      1674-6708(2016)171-0158-02

      裴志勇,中國(guó)原子能科學(xué)研究院。許業(yè)強(qiáng),中國(guó)原子能科學(xué)研究院。武志廣,中國(guó)原子能科學(xué)研究院。

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