用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及核電站安全領域，特別設及一種用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度 的快速計算方法。
【背景技術】
[0002] 核電站發生嚴重事故后，堆巧燃料包殼的金屬錯會和高溫的水蒸氣發生錯水反應 產生大量氨氣。壓力容器失效之后，堆巧烙融物和安全殼底板發生堆巧烙融物-混凝± (MCCI)反應，也會持續的釋放出氨氣。氨氣在安全殼內的積聚到一定程度，有可能發生燃 燒、爆炸，氨氣爆炸帶來的沖擊波會威脅安全殼內的完整性。為了防止由于氨氣爆炸導致的 安全殼失效，核電站普遍設置了氨氣控制系統和氨氣監測系統，分別來消除安全殼內的氨 氣和監測氨氣濃度，為嚴重事故管理提供依據。
[0003]隨著氨氣控制系統的工作，安全殼內的氧氣也會隨著不斷消耗，氧氣濃度不斷降 低。雖然氨氣不斷產生，在沒有氧氣的情況下，仍不會產生氨氣爆炸風險。因此，估算嚴重 事故后安全殼內的氧氣濃度對嚴重事故后氨氣風險的判斷有一定意義。但由于核電站發生 嚴重事故后，安全殼內放射性水平較高，無法將安全殼內的氣體取樣測量其氧氣含量，因此 給嚴重事故管理帶來了盲區。
[0004] 目前國內二代、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)普遍采用非能動氨氣復合器（詳見"一種無須外部提供能源的氨與氧復 合裝置"，專利號；200620116543. 0)來控制安全殼內的氨氣濃度，使安全殼內的氨氣濃度維 持在10 % W下，防止發生氨氣爆炸。非能動氨氣復合器是一種非能動的裝置，采用催化復合 的方法來使氨氣和氧氣發生反應，從而達到消除氨氣的目的。氨氣復合器的外形結構見附 圖1，防護殼2設在底座5上，底座5上設有進風孔4,在防護殼2的上端側壁上設有出風口 1，防護殼外壁設有固定架3,催化床為無底的抽屜式結構，抽屜6內設有催化劑金屬網板8， 抽屜6外壁固定有把手7。氨氣復合器的消氨速率與安全殼內的溫度、壓力、氨氣氧氣濃度 有關。
[0005] 為了監測嚴重事故后安全殼內的氨氣濃度，通常采用氨氣監測裝置來測量氨氣濃 度。其中一種氨氣監測裝置采用氨氣催化復合的方法（詳見"一種測量核電廠安全殼內氨 氣濃度的方法"，發明申請號201210400679. 4)，其原理與非能動氨氣復合器一致，通過使氨 氣氧氣發生催化復合反應，測量核電廠環境溫度T1和化合反應溫度T2,根據溫升計算氨氣 濃度。該方法流程見圖2。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在與針對目前嚴重事故下安全殼內氧氣濃度監測手段的不足，提供 了一種用于估算核電站嚴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 采用的非能動氨氣復合器系統和氨氣濃度監測系統，采用簡化的計算方法，用來估算嚴重 事故后安全殼內的氧氣濃度，為核電站發生嚴重事故后的氨氣風險評價和嚴重事故管理提 供依據。
[0007] 為達到上述目的，本發明提供了一種用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方 法，包括W下步驟：
[000引 （S101)根據安全殼體積、正常運行壓力、溫度計算氧氣初始總摩爾數咕2。；
[0009] (S102)根據氨氣測量系統測量得到的氨氣濃度Xh2推算由于非能動氨氣復合器的 復合反應導致的氧氣消耗速率N'。2;
[0010] (S103)根據氧氣消耗速率N'。2計算安全殼剩余氧氣摩爾數Ne2;
[0011] (S104)根據安全殼內溫度T、壓力P和安全殼剩余氧氣摩爾數噸2計算氧氣濃度 X〇2。
[0012] 進一步，如上所述的用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，步驟（S101) 中，在計算氧氣初始總摩爾數咕2。時，按照安全殼大氣100 %濕度和理想氣體模型計算。
[0013] 進一步，如上所述的用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，每隔一段時間 重復步驟（S102)~步驟（S104)，對氧氣濃度進行一次計算，第n次計算與第n-1次計算的 時間差為時間步長DT(n)。
[0014] 進一步，如上所述的用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，第n次計算時 氧氣消耗速率根據氨氣測量系統測量得到的氨氣濃度XH2(n)乘W系數A確定，即N'w(n)= A X X監(n)，
[0015] 其中，系數A根據安全殼內非能動氨氣復合器的數目和消氨能力計算得到。若核 電廠有氨氣復合器臺數為k，在氨氣濃度為X。時，每臺氨氣復合器的消氨速率為M,則系數 A = 0. 5XkXM/X〇。
[0016] 進一步，如上所述的用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，第n次計算時 安全殼剩余氧氣摩爾數通過W下公式計算：
[0017]
[0018] 進一步，如上所述的用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，在計算第n步 氧氣濃度Xw(n)時，通過W下公式計算：
[0019]
[0020] 其中，P(n)為第n步計算時安全殼壓力，T(n)為第n步計算時安全殼溫度，P(n)、 T(n)分別由安全殼壓力、溫度監測儀表得到，V為安全殼體積，R為氣體常量。
[0021] 本發明的有益效果如下：通過本發明所提供的計算方法，在核電站發生嚴重事故 后，在無法獲得安全殼內氧氣濃度的情況下，可W方便的估算出核電站嚴重事故后安全殼 內的氧氣濃度，從而能夠判斷出安全殼內有無氨氣燃燒、爆炸風險，為嚴重事故管理、氨氣 風險的判斷提供依據。
【附圖說明】
[0022] 圖1為目前國內外普遍采用的非能動氨氣復合器結構圖；
[0023] 圖2為目前國內采用的氨氣測量裝置原理流程圖；
[0024] 圖3為本發明實施例中嚴重事故后氧氣濃度估算的簡易計算方法流程圖；
[002引圖4為本發明實施例中計算氧氣初始總摩爾數Nd2滿程圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面詳細描述本發明的實施例。所述實施例的流程圖在附圖中示出。下面通過參 考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0027] 如圖3所示，為本發明示例的嚴重事故后氧氣濃度估算的簡易計算方法流程，包 括W下步驟：
[002引步驟（S101)，根據安全殼體積、正常運行壓力、溫度計算氧氣初始總摩爾數咕2。。
[0029] 本發明的實施例中，提出了計算氧氣初始總摩爾數的方法，包括W下幾個步驟，如 圖4所示；
[0030] 步驟悅01)，計算當前溫度下的飽和蒸汽壓此為公知技術；
[0031] 步驟悅0。，計算當前壓力下的空氣分壓P-P ,te。。，其中P為安全殼正常運 行壓力；
[0032]步驟（S203)，計算氧氣初始總摩爾i
'其中V為安全殼體積，R 為氣體常量。
[0033] 步驟（S102)，根據氨氣濃度測量得到的氨氣濃度Xh2推算由于非能動氨氣復合器 的復合反應導致的氧氣消耗速率N'。2;
[0034] 在本發明的一個實施例中，在計算時每隔一段時間對氧氣濃度進行一次估算，即 每隔一段時間重復步驟（S102)~步驟（S104)，第n次計算與第n-1次計算的時間差為時間 步長DT (n)。
[0035] 在本發明的一個實施例中，第n次計算時氧氣消耗速率根據氨氣測量系統測量得 到的氨氣濃度XH2(n)乘W系數A確定，即N'a2(n) =AXXH2(n)。其中系數A根據安全殼內 氨氣復合器的數目和消氨能力計算得到。假如某核電廠有氨氣復合器臺數為k，在氨氣濃度 為X。時，每臺氨氣復合器的消氨速率為M，則系數A = 0. 5XkXM/X。。
[0036] 步驟（S103)，根據氧氣消耗速率計算安全殼剩余氧氣摩爾數噸2;
[0037] 在本發明的一個實施例中，第n次計算時安全殼剩余氧氣摩爾數通過W下公式計 算：
[00%]
[0039] 步驟S104,根據安全殼內溫度T、壓力P和安全殼剩余氧氣摩爾數計算結果計算氧 氣濃度Xd2。
[0040] 在本發明的一個實施例中，在計算第n步氧氣濃度Xa2(n)時，通過W下公式計算：
[0041]
[0042] 其中，P(n)為第n步計算時安全殼壓力，T(n)為第n步計算時安全殼溫度，P(n)、 T(n)分別由安全殼壓力、溫度監測儀表得到，V為安全殼體積，R為氣體常量。
[0043] 通過本發明，在核電站發生嚴重事故后，在無法獲得安全殼內氧氣濃度的情況下， 可W方便的估算出核電站嚴重事故后安全殼內的氧氣濃度，從而能夠判斷出安全殼內有無 氨氣燃燒、爆炸風險，為嚴重事故管理、氨氣風險的判斷提供依據。
[0044] 盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可W 理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可W對該些實施例進行多種多樣變化、修改、 替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同限定。
【主權項】
1. 一種用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，包括以下步驟： (5101) 根據安全殼體積、正常運行壓力、溫度計算氧氣初始總摩爾數nQ2Q; (5102) 根據氫氣測量系統測量得到的氫氣濃度XH2推算由于非能動氫氣復合器的復合 反應導致的氧氣消耗速率N' 〇2; (5103) 根據氧氣消耗速率N' 計算安全殼剩余氧氣摩爾數Nh (5104) 根據安全殼內溫度T、壓力P和安全殼剩余氧氣摩爾數隊2計算氧氣濃度X^2. 如權利要求1所述的用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，步 驟（S101)中，在計算氧氣初始總摩爾數N_時，按照安全殼大氣100 %濕度和理想氣體模型 計算。3. 如權利要求1所述的用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，每 隔一段時間重復步驟（S102)~步驟（S104)，對氧氣濃度進行一次計算，第n次計算與第 n-1次計算的時間差為時間步長DT(n)。4. 如權利要求3所述的用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，第n 次計算時氧氣消耗速率根據氫氣測量系統測量得到的氫氣濃度XH2(n)乘以系數A確定，即 N' 02(n) =AXXH2(n)， 其中，系數A根據安全殼內非能動氫氣復合器的數目和消氫能力計算得到，若核電廠 有氫氣復合器臺數為k，在氫氣濃度為\時，每臺氫氣復合器的消氫速率為M，則系數A= 0. 5XkXM/X〇〇5. 如權利要求4所述的用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，第n 次計算時安全殼剩余氧氣摩爾數通過以下公式計算：6. 如權利要求5所述的用于估算核電站嚴重事故后氧氣濃度的方法，其特征在于，在 計算第n步氧氣濃度X〇2(n)時，通過以下公式計算：其中，P(n)為第n步計算時安全殼壓力，T(n)為第n步計算時安全殼溫度，P(n)、T(n) 分別由安全殼壓力、溫度監測儀表得到，V為安全殼體積，R為氣體常量。
【專利摘要】本發明涉及核電站安全領域，特別涉及一種用于估算核電站嚴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氫氣復合器系統和氫氣濃度監測系統，采用簡化的計算方法，用來估算嚴重事故后安全殼內的氧氣濃度，為核電站發生嚴重事故后的氫氣風險評價和嚴重事故管理提供依據。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN104951648
【申請號】CN201510268862
【發明人】石雪垚, 劉建平, 詹經祥, 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