氢气催化复合器对核电厂严重事故的缓解效果

氢气催化复合器对核电厂严重事故的缓解效果

中图分类号：TM623文献标识：A文章编号：1674-1145（2018）8-398-01摘要发生核电厂严重事故时，氢气燃烧或爆炸会对安全壳的完整性产生严重影响，需要采取有效措施降低氢气风险。本文首先对核电厂严重事故的控制管理要求进行简单分析，进而探讨氢气催化复合器在核电厂严重事故控制中的应用以及对氢气风险的缓解效果。主要采用模型分析方法，通过构建氢气复合器模型并对其进行计算，得出具体的缓解效果。
关键词氢气催化复合器核电厂严重事故缓解效果
核?厂的严重事故伴随着安全壳内氢气的快速累积，进而容易发生燃烧或爆炸。产生的高温和高压会讨安全壳造成破坏，影响设备可用性。对氢气风险进行控制直接关系着电厂的安全防御等级和严重事故环节能力。在进行设计和运行的过程中，通过采用氢气催化复合器，可以持续、稳定的消除安全壳内的氢气，加快氢气释放，从而能够降低氢气风险。
一、核电厂严重事故控制管理要求
出于生产安全的要求，在核电厂运行过程中，需要做好氢气控制管理。通过采取有效的措施，降低安全壳内的氢气，在发生严重事故时，将氢气浓度控制在安全限值以内，从而避免发生氢气爆炸。对于大型的干式安全壳而言，采用氢气催化复合器是缓解严重事故氢气风险的主要途径。其主要原理在催化剂的作用下，让氢气与氧气在低于可燃阈值的浓度条件下发生化合反应，产生的热量可以在催化剂表面产生自然对流，确保反应的持续进行。因此，氢气催化复合器是一种自启动装置，可以依靠反应产生的热量保持气流流动，不需要增加额外的电源和设备。通过采用催氢气催化复合器，能够满足核电厂严重事故控制管理要求，长期消除氢气，促进安全壳内的气体混合，但复合器安装布置会受到安全壳结构以及运维管理的限制。
二、氢气催化复合器对核电厂严重事故缓解效果的模拟分析
（一）系统乖荆以
对氢气催化复合器的具体事故环节效果进行分析，需要采用系统性事故分析计算工具，模拟事故进程中的特征现象，构建核电厂系统模型，对其进行研究。系统模型和模拟设备主要包括堆芯活性区域（径向×轴向=7×10），一回路系统（包括压力容器及构件）、核电厂专设安全设施、安全壳（包含24个控制溶剂、58个连接流道和100导热构件）。
（二）事故假设
氢气燃烧对安全壳完整性的影响主要与严重事故进程以及安全壳自身结构设计有关，需要综合考虑氢气的释放特性，包括产生速率和释放量等，并结合典型严重事故序列，对其进行具体分析。本次研究选取小破口失水事故作为基准事故，假定发生该事故时，应急堆芯冷却剂系统失效，但不包括非能动安注箱。假设当坡口直径为0.025m时，坡口位置发生在稳定器回路主泵隔间内。同时，为了获取最大氢气产生量及催化复合器效果，人为抑制氢气燃烧模型。
（三）分析计算
在对氢气催化复合器进行模拟分析时，采用的是阳S氢气复合器，氢氧复合原理为：其中△HiO=-238kJ/mol。从实验测试结果来看，复合器消氢速率满足经验关系式，主要与氢气体积浓度、压力、温度等参数有关。
（四）主要结论
从模拟分析结果来看，氢气浓度分布曲线显示，破口区域氢气浓度增长速度快，峰值可以达到12.5%，之后由于容器内的氢气产量下降，氢气浓度逐渐下降，最后保持在4.6%左右。事故后期，破口区域氢气浓度保持缓慢增加趋势，最终达到8.6%左右。通过对氢气复合器效果进行演剧发现，安全壳内氢气超过2%浓度界限后，复合器自动启动运行，分别在安全壳内不同位置安装氢气催化复合器，与不安装氢气复合器的情况比较。从绘制的图形中可以看出，在氢气浓度快速升高期，及时安装了3个复合器也只能将峰值降低0.4%。但在后期氢气缓慢增长阶段，复合器具有明显的持续消除氢气效果，安装I个复合器能够将浓度峰值从8.6%降低至4.6%，安装3个复合器时能降低至2.4%。
从对温度和压力的影响效果来看。在氢氧符合过程中，会释故大量热量，促进复合器内氢气的自然循环，有利于加快复合效率，但会导致隔间内气体温度升高，可以导致氢气被点燃，从而产生强大的热冲击。在模型分析过程中，隔间温度会升高至700K，但并不会导致氢气燃烧。因此，在复合器的设计和应用过程中，应充分号虑复合温度效应，避免引发爆炸文献。从模拟分析结果来看，消氢反应对安全壳压力没有明显增加作用，复合反应会使安全壳压力增加约24kPa。总体而言，安装氢气催化复合器是种有效的严重事故氢气风险缓解措施。
三、结语
综上所述，基于核电厂严重事故的控制和管理要求，通过安装氢气催化复合器，利用氢氧符合原理，可以有效抑制氢气产生速度，达到氢气缓解的效果。但在设计过程中，需要充分考虑氢氧复合反应对安全壳的温度和压力增加作用，合理设计安全壳结构。在此情况下，能够充分发挥氢气催化复合器的作用，提升核电厂安全储备。
参考文献：
[1]贾存真.秦山三期严重事故下安全壳内消氢系统的研究[D].上海交通大学，2013.
[2]邓坚.大型干式安全壳严重事故条件下氢拟空制研究[D].上海交通大学，2017.