CN104156613B - 一种评估再循环地坑堵塞风险的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种评估再循环地坑堵塞风险的方法，依次包括以下步骤：（a）检查再循环地坑处的纤维、颗粒碎片以及涂层形成的碎片床，并计算由其引起的第一压头损失ΔH₁；（b）再检查再循环地坑处金属保温层形成的碎片床，并计算第二压头损失ΔH₂；（c）将步骤（a）中所述第一压头损失ΔH₁和步骤（b）中所述第二压头损失ΔH₂之和与再循环地坑泵扬程正吸入压头H进行比较，当ΔH₁+ΔH₂＜H时，再循环地坑未堵塞；当ΔH₁+ΔH₂≥H时，再循环地坑堵塞。通过对再循环地坑处累积的纤维、颗粒碎片、金属保温层以及涂层进行量化，计算出由其引起的压头损失，从而与再循环地坑泵扬程进行对比，快速地判断再循环地坑堵塞的风险，确保核反应堆的安全运行。

Description

一种评估再循环地坑堵塞风险的方法

技术领域

本发明涉及一种地坑堵塞的评估方法，具体涉及一种评估再循环地坑堵塞风险的方法。

背景技术

核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是能维持可控自持链式核裂变反应，装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。反应堆厂房(也称为反应堆安全壳或反应堆保护外壳)是防止核反应堆在运行或发生事故时放射性物质外逸的密闭容器。核电站反应堆发生事故时会大量释放放射性物质，反应堆厂房(作为最后一道核安全屏障，能防止放射性物质扩散污染周围环境；同时保护反应堆设备系统免受外界的不利影响，它是一种体态庞大的特种容器结构。

反应堆厂房内涂刷有核电站专用的涂层系统(简称涂层或涂料层)，其必须满足诸如化学成分、耐火性能、耐盐雾试验、耐辐照性能、耐化学腐蚀性以及模拟DBA合格性等要求。反应堆厂房内涂层由于涂装面积大、辐照环境复杂、活动窗口少，基本不具备大面积维修的条件，因此安全壳内涂层会随着反应堆服役时间的增加而发生老化反应，导致涂层碎片持续增加，使得再循环地坑堵塞失效风险随之提高，给反应堆的安全运行带来了风险，因此需要一种能够通过碎片量评估再循环地坑堵塞风险的方法，以判断再循环地坑堵塞给反应堆带来的风险。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种评估再循环地坑堵塞风险的方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种评估再循环地坑堵塞风险的方法，依次包括以下步骤：

(a)检查再循环地坑处的纤维、颗粒碎片以及涂层形成的碎片床，确定碎片床的密实度α_m、碎片床厚度ΔL_m以及纤维、颗粒碎片、涂层的表比率及其体积常数，分别记为S_n纤维、S_n颗粒、S_n涂层以及V_n纤维、V_n颗粒、V_n涂层，根据公式(1)计算出碎片床的比表面积S_v，并由公式(2)计算由其引起的第一压头损失ΔH₁；

ΔH₁＝Λ[3.5S_vα_m ^1.5(1+57α_m ³)μU+0.66S_vα_m/(1-α_m)ρU²]ΔL_m (2)，

式中：μ为经过地坑处的流体绝对粘度，ρ为经过地坑处的流体密度，Λ为换算因子，U为经过地坑处的流体速率；

(b)再检查再循环地坑处金属保温层形成的碎片床，确定金属保温层碎片的层间距离K_t、金属保温层碎片的表面积A_f，并根据公式(3)计算由金属保温层引起的第二压头损失ΔH₂；

ΔH₂＝[1.56E-0.5/(K_t)²]U²A_f/A_c (3)，

式中：U为经过地坑处的流体速率，A_c为再循环地坑过滤器表面积；

(c)将步骤(a)中所述第一压头损失ΔH₁和步骤(b)中所述第二压头损失ΔH₂之和与再循环地坑泵扬程正吸入压头H进行比较，当ΔH₁+ΔH₂＜H时，再循环地坑未堵塞；当ΔH₁+ΔH₂≥H时，再循环地坑堵塞。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明评估再循环地坑堵塞风险的方法，通过对再循环地坑处累积的纤维、颗粒碎片、金属保温层以及涂层进行量化，计算出由其引起的压头损失，从而与再循环地坑泵扬程进行对比，快速地判断再循环地坑堵塞的风险，确保核反应堆的安全运行。

附图说明

附图1为涂层全部失效后传递至过滤器表面形成碎片床的质量转化关系图。

具体实施方式

下面将对本发明优选实施方案进行详细说明。

实施例1

本实施例提供一种评估再循环地坑堵塞风险的方法，依次包括以下步骤：

先检查再循环地坑处的纤维、颗粒碎片以及涂层形成的碎片床，确定碎片床的密实度α_m、碎片床厚度ΔL_m以及纤维、颗粒碎片、涂层的表比率及其体积常数，其中纤维、颗粒碎片、涂层的表比率及其体积常数分别记为S_n纤维、S_n颗粒、S_n涂层以及V_n纤维、V_n颗粒、V_n涂层。再根据公式(1)计算出碎片床的比表面积S_v，并由公式(2)计算由其引起的第一压头损失ΔH₁；

ΔH₁＝Λ[3.5S_vα_m ^1.5(1+57α_m ³)μU+0.66S_vα_m/(1-α_m)ρU²]ΔL_m (2)，

式中：μ为经过地坑处的流体绝对粘度，ρ为经过地坑处的流体密度，Λ为换算因子，U为经过地坑处的流体速率；μ、ρ、Λ的具体数值是固定已知的，而U由实际测算或者仪器实时监控而来。

再检查再循环地坑处金属保温层形成的碎片床，确定金属保温层碎片的层间距离K_t、金属保温层碎片的表面积A_f，并根据公式(3)计算由金属保温层引起的第二压头损失ΔH₂；

ΔH₂＝[1.56E-0.5/(K_t)²]U²A_f/A_c (3)，

式中：U为经过地坑处的流体速率，同样是由实际测算或者仪器实时监控而来；A_c为再循环地坑过滤器表面积，其值是固定已知的。

最后，将步骤(a)中的第一压头损失ΔH₁和步骤(b)中的第二压头损失ΔH₂之和与再循环地坑泵扬程正吸入压头H进行比较，当ΔH₁+ΔH₂＜H时，再循环地坑未堵塞；当ΔH₁+ΔH₂≥H时，再循环地坑堵塞。

实际上，可以引入压头损失余量Δh来评价破口影响区内外的涂层碎片量对压头损失的影响。令压头损失余量Δh＝H-ΔH₃，造成Δh减小或增加的贡献来自于破口影响区以内的全部涂层和破口影响区以外的不合格涂层，即在机组运行过程中，只有涂层碎片量(由于涂层老化)是引起压头损失增加或减少的变量。对于纤维、颗粒碎片以及涂层形成的碎片床中，涂层占有的比表面积S_v涂层＝(A·ρ_涂层)/n，式中，A为过滤器覆盖面积，ρ_涂层为涂层碎片床密度，n为涂层质量，这样就能对涂层碎片进行单独量化。

涂层碎片由破口影响区以内的全部涂层和破口影响区以外的不合格涂层两部分组成，其中，破口影响区以内的涂层总量为M₁＝ρ₀×S×H₀，式中S为反应堆安全壳的破口影响区面积、H₀为涂层厚度、ρ₀为涂层密度，总量为M₁的涂层失效后传递至再循环地坑过滤器表面形成碎片床的量为m₁。

而破口影响区以外的不合格涂层总量为M₂，其中M₂＝M_PIC100I×{[P_V0+P_A0(1-P_V0)]+P_L0[1-P_V0-P_A0(1-P_V0)]}+M_PIC151I×{[P_V1+P_A1(1-P_V1)]+P_L1[1-P_V1-P_A1(1-P_V1)]}+M_PIC152I×{[P_V2+P_A2(1-P_V2)]+P_L2[1-P_V2-P_A2(1-P_V2)]}+M_PIC155I×{[P_V5+P_A5(1-P_V5)]+P_L5[1-P_V5-P_A5(1-P_V5)]}，式中，P_v0、P_v1、P_v2、P_v5分别为破口影响区外反应堆安全壳的四种涂层系统PIC100I、PIC151I、PIC152I和PIC155I不合格比例(通过对破口影响区外反应堆厂房的四种涂层系统PIC100I、PIC151I、PIC152I和PIC155I进行目视检查，随后将检查结果与标准涂层进行对比确定)，P_A0、P_A1、P_A2、P_A5分别为四种涂层系统的附着力不合格比例(在破口影响区外所述四种涂层系统上，对目视检查合格的涂层各选择多个测试区域，每个测试区域选取至少六个测试点，接着对所述测试点进行打磨、除屑、用胶水粘上试柱，将所述试柱与测试仪连接进行拉伸力测试，记录测试结果，确定所述四种涂层系统的附着力不合格比例)，P_L0、P_L1、P_L2、P_L5分别为四种涂层系统的LOCA模拟测试不合格比例(在去离子水中加入硼酸和NaOH配制成碱性缓冲液，将所述碱性缓冲液以1×10^-4～1×10^-3m³/m²·s的流量在120～180℃下喷入装有破口影响区外四种涂层系统试样的容器内，连续喷淋24～50小时后置于温度为23±2℃、相对湿度为50±5％的环境中至少2周，确定所述四种涂层系统的LOCA模拟测试不合格比例)；M_PIC100I、M_PIC151I、M_PIC152I和M_PIC155I分别为四种涂层系统的质量；总量为M₂的涂层失效后传递至再循环地坑过滤器表面形成碎片床的量为m₂。

M₁和M₂转化成m₁和m₂的依据由如图1所示，或通过fluent仿真模拟软件进行计算，因此在进行对反应堆安全壳内核安全相关涂层进行风险评估时需确保m₁+m₂＜n，这样反应堆安全壳才能安全运行。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种评估再循环地坑堵塞风险的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

(a)检查再循环地坑处的纤维、颗粒碎片以及涂层形成的碎片床，确定碎片床的密实度α_m、碎片床厚度ΔL_m以及纤维、颗粒碎片、涂层的表比率及其体积常数，分别记为S_n纤维、S_n颗粒、S_n涂层以及V_n纤维、V_n颗粒、V_n涂层，根据公式(1)计算出碎片床的比表面积S_v，并由公式(2)计算由其引起的第一压头损失ΔH₁；

ΔH₁＝Λ[3.5S_vα_m ^1.5(1+57α_m ³)μU+0.66S_vα_m/(1-α_m)ρU²]ΔL_m (2)，

式中：μ为经过地坑处的流体绝对粘度，ρ为经过地坑处的流体密度，Λ为换算因子，U为经过地坑处的流体速率；

(b)再检查再循环地坑处金属保温层形成的碎片床，确定金属保温层碎片的层间距离K_t、金属保温层碎片的表面积A_f，并根据公式(3)计算由金属保温层引起的第二压头损失ΔH₂；

ΔH₂＝[1.56E-0.5/(K_t)²]U²A_f/A_c (3)，

式中：U为经过地坑处的流体速率，A_c为再循环地坑过滤器表面积；

(c)将步骤(a)中所述第一压头损失ΔH₁和步骤(b)中所述第二压头损失ΔH₂之和与再循环地坑泵扬程正吸入压头H进行比较，当ΔH₁+ΔH₂＜H时，再循环地坑未堵塞；当ΔH₁+ΔH₂≥H时，再循环地坑堵塞；

(d)判断反应堆安全壳是否安全运行：当ΔH₁+ΔH₂＜H时，判断m₁+m₂是否小于n，m₁为总量为M₁的涂层失效后传递至再循环地坑过滤器表面形成碎片床的量，m₂为总量为M₂的涂层失效后传递至再循环地坑过滤器表面形成碎片床的量，n为涂层质量；M₁为破口影响区以内的涂层总量，其计算公式为M₁＝ρ₀×S×H₀，式中S为反应堆安全壳的破口影响区面积、H₀为涂层厚度、ρ₀为涂层密度；M₂为破口影响区以外的不合格涂层总量，其计算公式为M₂＝M_PIC100I×{[P_V0+P_A0(1-P_V0)]+P_L0[1-P_V0-P_A0(1-P_V0)]}+M_PIC151I×{[P_V1+P_A1(1-P_V1)]+P_L1[1-P_V1-P_A1(1-P_V1)]}+M_PIC152I×{[P_V2+P_A2(1-P_V2)]+P_L2[1-P_V2-P_A2(1-P_V2)]}+M_PIC155I×{[P_V5+P_A5(1-P_V5)]+P_L5[1-P_V5-P_A5(1-P_V5)]}，式中，P_v0、P_v1、P_v2、P_v5分别为破口影响区外反应堆安全壳的四种涂层系统PIC100I、PIC151I、PIC152I和PIC155I不合格比例，P_A0、P_A1、P_A2、P_A5分别为四种涂层系统的附着力不合格比例，P_L0、P_L1、P_L2、P_L5分别为四种涂层系统的LOCA模拟测试不合格比例，M_PIC100I、M_PIC151I、M_PIC152I和M_PIC155I分别为四种涂层系统的质量。