用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及核電站安全領(lǐng)域，特別設(shè)及一種用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度 的快速計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 核電站發(fā)生嚴(yán)重事故后，堆巧燃料包殼的金屬錯(cuò)會(huì)和高溫的水蒸氣發(fā)生錯(cuò)水反應(yīng) 產(chǎn)生大量氨氣。壓力容器失效之后，堆巧烙融物和安全殼底板發(fā)生堆巧烙融物-混凝± (MCCI)反應(yīng)，也會(huì)持續(xù)的釋放出氨氣。氨氣在安全殼內(nèi)的積聚到一定程度，有可能發(fā)生燃 燒、爆炸，氨氣爆炸帶來的沖擊波會(huì)威脅安全殼內(nèi)的完整性。為了防止由于氨氣爆炸導(dǎo)致的 安全殼失效，核電站普遍設(shè)置了氨氣控制系統(tǒng)和氨氣監(jiān)測系統(tǒng)，分別來消除安全殼內(nèi)的氨 氣和監(jiān)測氨氣濃度，為嚴(yán)重事故管理提供依據(jù)。
[0003]隨著氨氣控制系統(tǒng)的工作，安全殼內(nèi)的氧氣也會(huì)隨著不斷消耗，氧氣濃度不斷降 低。雖然氨氣不斷產(chǎn)生，在沒有氧氣的情況下，仍不會(huì)產(chǎn)生氨氣爆炸風(fēng)險(xiǎn)。因此，估算嚴(yán)重 事故后安全殼內(nèi)的氧氣濃度對嚴(yán)重事故后氨氣風(fēng)險(xiǎn)的判斷有一定意義。但由于核電站發(fā)生 嚴(yán)重事故后，安全殼內(nèi)放射性水平較高，無法將安全殼內(nèi)的氣體取樣測量其氧氣含量，因此 給嚴(yán)重事故管理帶來了盲區(qū)。
[0004] 目前國內(nèi)二代、二代加核電站（如嶺澳核電站、秦山二期核電站）和S代核電站 (如EPR、ACP1000)普遍采用非能動(dòng)氨氣復(fù)合器（詳見"一種無須外部提供能源的氨與氧復(fù) 合裝置"，專利號(hào)；200620116543. 0)來控制安全殼內(nèi)的氨氣濃度，使安全殼內(nèi)的氨氣濃度維 持在10 % W下，防止發(fā)生氨氣爆炸。非能動(dòng)氨氣復(fù)合器是一種非能動(dòng)的裝置，采用催化復(fù)合 的方法來使氨氣和氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到消除氨氣的目的。氨氣復(fù)合器的外形結(jié)構(gòu)見附 圖1，防護(hù)殼2設(shè)在底座5上，底座5上設(shè)有進(jìn)風(fēng)孔4,在防護(hù)殼2的上端側(cè)壁上設(shè)有出風(fēng)口 1，防護(hù)殼外壁設(shè)有固定架3,催化床為無底的抽屜式結(jié)構(gòu)，抽屜6內(nèi)設(shè)有催化劑金屬網(wǎng)板8， 抽屜6外壁固定有把手7。氨氣復(fù)合器的消氨速率與安全殼內(nèi)的溫度、壓力、氨氣氧氣濃度 有關(guān)。
[0005] 為了監(jiān)測嚴(yán)重事故后安全殼內(nèi)的氨氣濃度，通常采用氨氣監(jiān)測裝置來測量氨氣濃 度。其中一種氨氣監(jiān)測裝置采用氨氣催化復(fù)合的方法（詳見"一種測量核電廠安全殼內(nèi)氨 氣濃度的方法"，發(fā)明申請?zhí)?01210400679. 4)，其原理與非能動(dòng)氨氣復(fù)合器一致，通過使氨 氣氧氣發(fā)生催化復(fù)合反應(yīng)，測量核電廠環(huán)境溫度T1和化合反應(yīng)溫度T2,根據(jù)溫升計(jì)算氨氣 濃度。該方法流程見圖2。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在與針對目前嚴(yán)重事故下安全殼內(nèi)氧氣濃度監(jiān)測手段的不足，提供 了一種用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，該方法基于目前壓水堆核電站普遍 采用的非能動(dòng)氨氣復(fù)合器系統(tǒng)和氨氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)，采用簡化的計(jì)算方法，用來估算嚴(yán)重 事故后安全殼內(nèi)的氧氣濃度，為核電站發(fā)生嚴(yán)重事故后的氨氣風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和嚴(yán)重事故管理提 供依據(jù)。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方 法，包括W下步驟：
[000引 （S101)根據(jù)安全殼體積、正常運(yùn)行壓力、溫度計(jì)算氧氣初始總摩爾數(shù)咕2。；
[0009] (S102)根據(jù)氨氣測量系統(tǒng)測量得到的氨氣濃度Xh2推算由于非能動(dòng)氨氣復(fù)合器的 復(fù)合反應(yīng)導(dǎo)致的氧氣消耗速率N'。2;
[0010] (S103)根據(jù)氧氣消耗速率N'。2計(jì)算安全殼剩余氧氣摩爾數(shù)Ne2;
[0011] (S104)根據(jù)安全殼內(nèi)溫度T、壓力P和安全殼剩余氧氣摩爾數(shù)噸2計(jì)算氧氣濃度 X〇2。
[0012] 進(jìn)一步，如上所述的用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，步驟（S101) 中，在計(jì)算氧氣初始總摩爾數(shù)咕2。時(shí)，按照安全殼大氣100 %濕度和理想氣體模型計(jì)算。
[0013] 進(jìn)一步，如上所述的用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，每隔一段時(shí)間 重復(fù)步驟（S102)~步驟（S104)，對氧氣濃度進(jìn)行一次計(jì)算，第n次計(jì)算與第n-1次計(jì)算的 時(shí)間差為時(shí)間步長DT(n)。
[0014] 進(jìn)一步，如上所述的用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，第n次計(jì)算時(shí) 氧氣消耗速率根據(jù)氨氣測量系統(tǒng)測量得到的氨氣濃度XH2(n)乘W系數(shù)A確定，即N'w(n)= A X X監(jiān)(n)，
[0015] 其中，系數(shù)A根據(jù)安全殼內(nèi)非能動(dòng)氨氣復(fù)合器的數(shù)目和消氨能力計(jì)算得到。若核 電廠有氨氣復(fù)合器臺(tái)數(shù)為k，在氨氣濃度為X。時(shí)，每臺(tái)氨氣復(fù)合器的消氨速率為M,則系數(shù) A = 0. 5XkXM/X〇。
[0016] 進(jìn)一步，如上所述的用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，第n次計(jì)算時(shí) 安全殼剩余氧氣摩爾數(shù)通過W下公式計(jì)算：
[0017]
[0018] 進(jìn)一步，如上所述的用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，在計(jì)算第n步 氧氣濃度Xw(n)時(shí)，通過W下公式計(jì)算：
[0019]
[0020] 其中，P(n)為第n步計(jì)算時(shí)安全殼壓力，T(n)為第n步計(jì)算時(shí)安全殼溫度，P(n)、 T(n)分別由安全殼壓力、溫度監(jiān)測儀表得到，V為安全殼體積，R為氣體常量。
[0021] 本發(fā)明的有益效果如下：通過本發(fā)明所提供的計(jì)算方法，在核電站發(fā)生嚴(yán)重事故 后，在無法獲得安全殼內(nèi)氧氣濃度的情況下，可W方便的估算出核電站嚴(yán)重事故后安全殼 內(nèi)的氧氣濃度，從而能夠判斷出安全殼內(nèi)有無氨氣燃燒、爆炸風(fēng)險(xiǎn)，為嚴(yán)重事故管理、氨氣 風(fēng)險(xiǎn)的判斷提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0022] 圖1為目前國內(nèi)外普遍采用的非能動(dòng)氨氣復(fù)合器結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖2為目前國內(nèi)采用的氨氣測量裝置原理流程圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中嚴(yán)重事故后氧氣濃度估算的簡易計(jì)算方法流程圖；
[002引圖4為本發(fā)明實(shí)施例中計(jì)算氧氣初始總摩爾數(shù)Nd2滿程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。所述實(shí)施例的流程圖在附圖中示出。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0027] 如圖3所示，為本發(fā)明示例的嚴(yán)重事故后氧氣濃度估算的簡易計(jì)算方法流程，包 括W下步驟：
[002引步驟（S101)，根據(jù)安全殼體積、正常運(yùn)行壓力、溫度計(jì)算氧氣初始總摩爾數(shù)咕2。。
[0029] 本發(fā)明的實(shí)施例中，提出了計(jì)算氧氣初始總摩爾數(shù)的方法，包括W下幾個(gè)步驟，如 圖4所示；
[0030] 步驟悅01)，計(jì)算當(dāng)前溫度下的飽和蒸汽壓此為公知技術(shù)；
[0031] 步驟悅0。，計(jì)算當(dāng)前壓力下的空氣分壓P-P ,te。。，其中P為安全殼正常運(yùn) 行壓力；
[0032]步驟（S203)，計(jì)算氧氣初始總摩爾i
'其中V為安全殼體積，R 為氣體常量。
[0033] 步驟（S102)，根據(jù)氨氣濃度測量得到的氨氣濃度Xh2推算由于非能動(dòng)氨氣復(fù)合器 的復(fù)合反應(yīng)導(dǎo)致的氧氣消耗速率N'。2;
[0034] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在計(jì)算時(shí)每隔一段時(shí)間對氧氣濃度進(jìn)行一次估算，即 每隔一段時(shí)間重復(fù)步驟（S102)~步驟（S104)，第n次計(jì)算與第n-1次計(jì)算的時(shí)間差為時(shí)間 步長DT (n)。
[0035] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第n次計(jì)算時(shí)氧氣消耗速率根據(jù)氨氣測量系統(tǒng)測量得 到的氨氣濃度XH2(n)乘W系數(shù)A確定，即N'a2(n) =AXXH2(n)。其中系數(shù)A根據(jù)安全殼內(nèi) 氨氣復(fù)合器的數(shù)目和消氨能力計(jì)算得到。假如某核電廠有氨氣復(fù)合器臺(tái)數(shù)為k，在氨氣濃度 為X。時(shí)，每臺(tái)氨氣復(fù)合器的消氨速率為M，則系數(shù)A = 0. 5XkXM/X。。
[0036] 步驟（S103)，根據(jù)氧氣消耗速率計(jì)算安全殼剩余氧氣摩爾數(shù)噸2;
[0037] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第n次計(jì)算時(shí)安全殼剩余氧氣摩爾數(shù)通過W下公式計(jì) 算：
[00%]
[0039] 步驟S104,根據(jù)安全殼內(nèi)溫度T、壓力P和安全殼剩余氧氣摩爾數(shù)計(jì)算結(jié)果計(jì)算氧 氣濃度Xd2。
[0040] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在計(jì)算第n步氧氣濃度Xa2(n)時(shí)，通過W下公式計(jì)算：
[0041]
[0042] 其中，P(n)為第n步計(jì)算時(shí)安全殼壓力，T(n)為第n步計(jì)算時(shí)安全殼溫度，P(n)、 T(n)分別由安全殼壓力、溫度監(jiān)測儀表得到，V為安全殼體積，R為氣體常量。
[0043] 通過本發(fā)明，在核電站發(fā)生嚴(yán)重事故后，在無法獲得安全殼內(nèi)氧氣濃度的情況下， 可W方便的估算出核電站嚴(yán)重事故后安全殼內(nèi)的氧氣濃度，從而能夠判斷出安全殼內(nèi)有無 氨氣燃燒、爆炸風(fēng)險(xiǎn)，為嚴(yán)重事故管理、氨氣風(fēng)險(xiǎn)的判斷提供依據(jù)。
[0044] 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可W 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可W對該些實(shí)施例進(jìn)行多種多樣變化、修改、 替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，包括以下步驟： (5101) 根據(jù)安全殼體積、正常運(yùn)行壓力、溫度計(jì)算氧氣初始總摩爾數(shù)nQ2Q; (5102) 根據(jù)氫氣測量系統(tǒng)測量得到的氫氣濃度XH2推算由于非能動(dòng)氫氣復(fù)合器的復(fù)合 反應(yīng)導(dǎo)致的氧氣消耗速率N' 〇2; (5103) 根據(jù)氧氣消耗速率N' 計(jì)算安全殼剩余氧氣摩爾數(shù)Nh (5104) 根據(jù)安全殼內(nèi)溫度T、壓力P和安全殼剩余氧氣摩爾數(shù)隊(duì)2計(jì)算氧氣濃度X^2. 如權(quán)利要求1所述的用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，步 驟（S101)中，在計(jì)算氧氣初始總摩爾數(shù)N_時(shí)，按照安全殼大氣100 %濕度和理想氣體模型 計(jì)算。3. 如權(quán)利要求1所述的用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，每 隔一段時(shí)間重復(fù)步驟（S102)~步驟（S104)，對氧氣濃度進(jìn)行一次計(jì)算，第n次計(jì)算與第 n-1次計(jì)算的時(shí)間差為時(shí)間步長DT(n)。4. 如權(quán)利要求3所述的用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，第n 次計(jì)算時(shí)氧氣消耗速率根據(jù)氫氣測量系統(tǒng)測量得到的氫氣濃度XH2(n)乘以系數(shù)A確定，即 N' 02(n) =AXXH2(n)， 其中，系數(shù)A根據(jù)安全殼內(nèi)非能動(dòng)氫氣復(fù)合器的數(shù)目和消氫能力計(jì)算得到，若核電廠 有氫氣復(fù)合器臺(tái)數(shù)為k，在氫氣濃度為\時(shí)，每臺(tái)氫氣復(fù)合器的消氫速率為M，則系數(shù)A= 0. 5XkXM/X〇〇5. 如權(quán)利要求4所述的用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，第n 次計(jì)算時(shí)安全殼剩余氧氣摩爾數(shù)通過以下公式計(jì)算：6. 如權(quán)利要求5所述的用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，在 計(jì)算第n步氧氣濃度X〇2(n)時(shí)，通過以下公式計(jì)算：其中，P(n)為第n步計(jì)算時(shí)安全殼壓力，T(n)為第n步計(jì)算時(shí)安全殼溫度，P(n)、T(n) 分別由安全殼壓力、溫度監(jiān)測儀表得到，V為安全殼體積，R為氣體常量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及核電站安全領(lǐng)域，特別涉及一種用于估算核電站嚴(yán)重事故后氧氣濃度的方法。該方法基于目前壓水堆核電站普遍采用的非能動(dòng)氫氣復(fù)合器系統(tǒng)和氫氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)，采用簡化的計(jì)算方法，用來估算嚴(yán)重事故后安全殼內(nèi)的氧氣濃度，為核電站發(fā)生嚴(yán)重事故后的氫氣風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和嚴(yán)重事故管理提供依據(jù)。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號(hào)】CN104951648
【申請?zhí)枴緾N201510268862
【發(fā)明人】石雪垚, 劉建平, 詹經(jīng)祥, 陳巧艷, 楊長江, 汪俊, 李文靜, 王世民, 韓曉峰, 元一單
【申請人】中國核電工程有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月25日