用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及核电站安全领域，特别设及一种用于估算核电站严重事故后氧气浓度 的快速计算方法。
【背景技术】
[0002] 核电站发生严重事故后，堆巧燃料包壳的金属错会和高温的水蒸气发生错水反应 产生大量氨气。压力容器失效之后，堆巧烙融物和安全壳底板发生堆巧烙融物-混凝± (MCCI)反应，也会持续的释放出氨气。氨气在安全壳内的积聚到一定程度，有可能发生燃 烧、爆炸，氨气爆炸带来的冲击波会威胁安全壳内的完整性。为了防止由于氨气爆炸导致的 安全壳失效，核电站普遍设置了氨气控制系统和氨气监测系统，分别来消除安全壳内的氨 气和监测氨气浓度，为严重事故管理提供依据。
[0003]随着氨气控制系统的工作，安全壳内的氧气也会随着不断消耗，氧气浓度不断降 低。虽然氨气不断产生，在没有氧气的情况下，仍不会产生氨气爆炸风险。因此，估算严重 事故后安全壳内的氧气浓度对严重事故后氨气风险的判断有一定意义。但由于核电站发生 严重事故后，安全壳内放射性水平较高，无法将安全壳内的气体取样测量其氧气含量，因此 给严重事故管理带来了盲区。
[0004] 目前国内二代、二代加核电站（如岭澳核电站、秦山二期核电站）和S代核电站 (如EPR、ACP1000)普遍采用非能动氨气复合器（详见"一种无须外部提供能源的氨与氧复 合装置"，专利号；200620116543. 0)来控制安全壳内的氨气浓度，使安全壳内的氨气浓度维 持在10 % W下，防止发生氨气爆炸。非能动氨气复合器是一种非能动的装置，采用催化复合 的方法来使氨气和氧气发生反应，从而达到消除氨气的目的。氨气复合器的外形结构见附 图1，防护壳2设在底座5上，底座5上设有进风孔4,在防护壳2的上端侧壁上设有出风口 1，防护壳外壁设有固定架3,催化床为无底的抽屉式结构，抽屉6内设有催化剂金属网板8， 抽屉6外壁固定有把手7。氨气复合器的消氨速率与安全壳内的温度、压力、氨气氧气浓度 有关。
[0005] 为了监测严重事故后安全壳内的氨气浓度，通常采用氨气监测装置来测量氨气浓 度。其中一种氨气监测装置采用氨气催化复合的方法（详见"一种测量核电厂安全壳内氨 气浓度的方法"，发明申请号201210400679. 4)，其原理与非能动氨气复合器一致，通过使氨 气氧气发生催化复合反应，测量核电厂环境温度T1和化合反应温度T2,根据温升计算氨气 浓度。该方法流程见图2。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在与针对目前严重事故下安全壳内氧气浓度监测手段的不足，提供 了一种用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，该方法基于目前压水堆核电站普遍 采用的非能动氨气复合器系统和氨气浓度监测系统，采用简化的计算方法，用来估算严重 事故后安全壳内的氧气浓度，为核电站发生严重事故后的氨气风险评价和严重事故管理提 供依据。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供了一种用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方 法，包括W下步骤：
[000引 （S101)根据安全壳体积、正常运行压力、温度计算氧气初始总摩尔数咕2。；
[0009] (S102)根据氨气测量系统测量得到的氨气浓度Xh2推算由于非能动氨气复合器的 复合反应导致的氧气消耗速率N'。2;
[0010] (S103)根据氧气消耗速率N'。2计算安全壳剩余氧气摩尔数Ne2;
[0011] (S104)根据安全壳内温度T、压力P和安全壳剩余氧气摩尔数吨2计算氧气浓度 X〇2。
[0012] 进一步，如上所述的用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，步骤（S101) 中，在计算氧气初始总摩尔数咕2。时，按照安全壳大气100 %湿度和理想气体模型计算。
[0013] 进一步，如上所述的用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，每隔一段时间 重复步骤（S102)~步骤（S104)，对氧气浓度进行一次计算，第n次计算与第n-1次计算的 时间差为时间步长DT(n)。
[0014] 进一步，如上所述的用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，第n次计算时 氧气消耗速率根据氨气测量系统测量得到的氨气浓度XH2(n)乘W系数A确定，即N'w(n)= A X X监(n)，
[0015] 其中，系数A根据安全壳内非能动氨气复合器的数目和消氨能力计算得到。若核 电厂有氨气复合器台数为k，在氨气浓度为X。时，每台氨气复合器的消氨速率为M,则系数 A = 0. 5XkXM/X〇。
[0016] 进一步，如上所述的用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，第n次计算时 安全壳剩余氧气摩尔数通过W下公式计算：
[0017]
[0018] 进一步，如上所述的用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，在计算第n步 氧气浓度Xw(n)时，通过W下公式计算：
[0019]
[0020] 其中，P(n)为第n步计算时安全壳压力，T(n)为第n步计算时安全壳温度，P(n)、 T(n)分别由安全壳压力、温度监测仪表得到，V为安全壳体积，R为气体常量。
[0021] 本发明的有益效果如下：通过本发明所提供的计算方法，在核电站发生严重事故 后，在无法获得安全壳内氧气浓度的情况下，可W方便的估算出核电站严重事故后安全壳 内的氧气浓度，从而能够判断出安全壳内有无氨气燃烧、爆炸风险，为严重事故管理、氨气 风险的判断提供依据。
【附图说明】
[0022] 图1为目前国内外普遍采用的非能动氨气复合器结构图；
[0023] 图2为目前国内采用的氨气测量装置原理流程图；
[0024] 图3为本发明实施例中严重事故后氧气浓度估算的简易计算方法流程图；
[002引图4为本发明实施例中计算氧气初始总摩尔数Nd2滿程图。
【具体实施方式】
[0026] 下面详细描述本发明的实施例。所述实施例的流程图在附图中示出。下面通过参 考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0027] 如图3所示，为本发明示例的严重事故后氧气浓度估算的简易计算方法流程，包 括W下步骤：
[002引步骤（S101)，根据安全壳体积、正常运行压力、温度计算氧气初始总摩尔数咕2。。
[0029] 本发明的实施例中，提出了计算氧气初始总摩尔数的方法，包括W下几个步骤，如 图4所示；
[0030] 步骤悅01)，计算当前温度下的饱和蒸汽压此为公知技术；
[0031] 步骤悅0。，计算当前压力下的空气分压P-P ,te。。，其中P为安全壳正常运 行压力；
[0032]步骤（S203)，计算氧气初始总摩尔i
'其中V为安全壳体积，R 为气体常量。
[0033] 步骤（S102)，根据氨气浓度测量得到的氨气浓度Xh2推算由于非能动氨气复合器 的复合反应导致的氧气消耗速率N'。2;
[0034] 在本发明的一个实施例中，在计算时每隔一段时间对氧气浓度进行一次估算，即 每隔一段时间重复步骤（S102)~步骤（S104)，第n次计算与第n-1次计算的时间差为时间 步长DT (n)。
[0035] 在本发明的一个实施例中，第n次计算时氧气消耗速率根据氨气测量系统测量得 到的氨气浓度XH2(n)乘W系数A确定，即N'a2(n) =AXXH2(n)。其中系数A根据安全壳内 氨气复合器的数目和消氨能力计算得到。假如某核电厂有氨气复合器台数为k，在氨气浓度 为X。时，每台氨气复合器的消氨速率为M，则系数A = 0. 5XkXM/X。。
[0036] 步骤（S103)，根据氧气消耗速率计算安全壳剩余氧气摩尔数吨2;
[0037] 在本发明的一个实施例中，第n次计算时安全壳剩余氧气摩尔数通过W下公式计 算：
[00%]
[0039] 步骤S104,根据安全壳内温度T、压力P和安全壳剩余氧气摩尔数计算结果计算氧 气浓度Xd2。
[0040] 在本发明的一个实施例中，在计算第n步氧气浓度Xa2(n)时，通过W下公式计算：
[0041]
[0042] 其中，P(n)为第n步计算时安全壳压力，T(n)为第n步计算时安全壳温度，P(n)、 T(n)分别由安全壳压力、温度监测仪表得到，V为安全壳体积，R为气体常量。
[0043] 通过本发明，在核电站发生严重事故后，在无法获得安全壳内氧气浓度的情况下， 可W方便的估算出核电站严重事故后安全壳内的氧气浓度，从而能够判断出安全壳内有无 氨气燃烧、爆炸风险，为严重事故管理、氨气风险的判断提供依据。
[0044] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可W 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可W对该些实施例进行多种多样变化、修改、 替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
【主权项】
1. 一种用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤： (5101) 根据安全壳体积、正常运行压力、温度计算氧气初始总摩尔数nQ2Q; (5102) 根据氢气测量系统测量得到的氢气浓度XH2推算由于非能动氢气复合器的复合 反应导致的氧气消耗速率N' 〇2; (5103) 根据氧气消耗速率N' 计算安全壳剩余氧气摩尔数Nh (5104) 根据安全壳内温度T、压力P和安全壳剩余氧气摩尔数队2计算氧气浓度X^2. 如权利要求1所述的用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，其特征在于，步 骤（S101)中，在计算氧气初始总摩尔数N_时，按照安全壳大气100 %湿度和理想气体模型 计算。3. 如权利要求1所述的用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，其特征在于，每 隔一段时间重复步骤（S102)~步骤（S104)，对氧气浓度进行一次计算，第n次计算与第 n-1次计算的时间差为时间步长DT(n)。4. 如权利要求3所述的用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，其特征在于，第n 次计算时氧气消耗速率根据氢气测量系统测量得到的氢气浓度XH2(n)乘以系数A确定，即 N' 02(n) =AXXH2(n)， 其中，系数A根据安全壳内非能动氢气复合器的数目和消氢能力计算得到，若核电厂 有氢气复合器台数为k，在氢气浓度为\时，每台氢气复合器的消氢速率为M，则系数A= 0. 5XkXM/X〇〇5. 如权利要求4所述的用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，其特征在于，第n 次计算时安全壳剩余氧气摩尔数通过以下公式计算：6. 如权利要求5所述的用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法，其特征在于，在 计算第n步氧气浓度X〇2(n)时，通过以下公式计算：其中，P(n)为第n步计算时安全壳压力，T(n)为第n步计算时安全壳温度，P(n)、T(n) 分别由安全壳压力、温度监测仪表得到，V为安全壳体积，R为气体常量。
【专利摘要】本发明涉及核电站安全领域，特别涉及一种用于估算核电站严重事故后氧气浓度的方法。该方法基于目前压水堆核电站普遍采用的非能动氢气复合器系统和氢气浓度监测系统，采用简化的计算方法，用来估算严重事故后安全壳内的氧气浓度，为核电站发生严重事故后的氢气风险评价和严重事故管理提供依据。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN104951648
【申请号】CN201510268862
【发明人】石雪垚, 刘建平, 詹经祥, 陈巧艳, 杨长江, 汪俊, 李文静, 王世民, 韩晓峰, 元一单
【申请人】中国核电工程有限公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月25日