CN110991010B - 一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法，包括：从源项开始释放起，将事故划分为多个时间段，记为时间步序列(K1，K2，……，Ki，……，Kn)；将连续释放到安全壳的放射性核素在对应时间段ki内释放的量记为释放源项序列(S1，S2,……，Si，……，Sn)；将Si在Ki释放步内的喷淋状态记为沉降序列Spi，所述沉降序列Spi中包括自然沉降和喷淋沉降；分别计算Si在Ki内自然沉降减弱因子R_{this_nature}；分别计算Si在Ki内喷淋减弱因子Red_{this_spray}；将Si在Ki内每个喷淋状态计算得到的减弱因子的乘积记为安全壳历史累积减弱因子PreRed_tot。本发明提供的一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法，能可直接用于不同沉降历史下喷淋和自然沉降减弱因子估算。

Description

一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法

技术领域

本发明属于核辐射安全技术领域，具体涉及一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法。

背景技术

安全壳喷淋系统是核电站重要专设安全设施，在事故发生时通过向安全壳喷淋水溶液，达到降低安全壳压力、温度，吸收空气放射性气溶胶以降低安全壳空气中气载放射性核素浓度。

安全壳喷淋去除系数λ的定义为：

去除系数与放射性核素的物理化学性质有关。在严重事故中，所有非惰性气体都将会形成颗粒物或气溶胶。喷淋初期的去除效率是非常有效的。参阅图1，NUREG/CR-4722给出了典型喷淋减弱曲线。NUREG-1940根据图1拟合了喷淋减弱的分段函数。

喷淋减弱因子分段函数：

核素滞留内层安全壳期间，自然沉降减弱分段函数：

此外还规定安全壳喷淋减弱因子RF≥0.03，喷淋和自然沉降总的减弱因子不小于0.001。

NUREG/CR-7220、NUREG/CR-7220、NUREG/CR-5966和IAEA-TECDOC-1127使用喷淋通量Q(m³H₂O/m²·s)和喷淋高度H(m)估算气溶胶喷淋系数，

其中，λ：气溶胶去除系数，h^-1；α：未喷淋体积与喷淋体积的比值，其他参数见表1。

表1其他参数

以上表达式针对的是烟团释放。对于连续释放需要修正以上公式，并建立相应算法。

对于自然沉降，NUREG/CR7220给出了Henry关系式。

Henry给出的气溶胶自然沉降减弱系数关系式如下：

其中，h_ref：5.0m，参考高度；h：实际高度，m；ρ_P：颗粒物密度，kg/m³；ρ_Pref：参考实验密度，2270kg/m³；ρ_A：空气中气溶胶的密度，kg kg/m³。

根据最佳的拟合数据得到的系数如下：

ρ_A≥6.0E-05kg/m³时，C₁＝0.0220，K＝0.60

ρ_A＜6.0E-05kg/m³时，C₁＝0.0016，K＝0.33

Henry还给出了气溶胶形状和湿度修正关系式：

ρ_P＝αρ_T+(1-α)ρ_w (5)

其中，α：等效气溶胶颗粒密度与理论值得比例；ρ_T：理论密度，kg/m³；ρ_w：水的密度，kg/m³。

但在事故条件下，一回路系统向安全壳释放放射性核素的过程是连续的，安全壳喷淋系统的运行可能是不连续的，因此源项估算过程中对于某一指定的时段内，可能的情形有：只有喷淋、只有自然沉降、喷淋和自然沉降都发生，再加上不同时刻释放到安全壳的核素在本时段之前经历的喷淋和自然沉降历史不同，这使得上述给出的安全壳喷淋和沉降公式都不能直接使用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法，可直接用于不同沉降历史下喷淋和自然沉降减弱因子估算。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法，所述应用包括以下步骤：

(1)从源项开始释放起，将事故划分为多个时间段，记为时间步序列(K1，K2，......，Ki，......，Kn)；将连续释放到安全壳的放射性核素在对应时间段ki内释放的量记为释放源项序列(S1，S2，......，Si，......，Sn)；将Si在Ki释放步内的喷淋状态记为沉降序列Spi，所述沉降序列Spi中包括自然沉降和喷淋沉降；

(2)分别计算Si在Ki内自然沉降减弱因子R_{this_nature}；

(3)分别计算Si在Ki内喷淋减弱因子Red_{this_spray}；

(4)将Si在Ki内每个喷淋状态计算得到的减弱因子的乘积记为安全壳历史累积减弱因子PreRed_tot。

进一步的，步骤(1)中根据源项划分时间步序列的方法为：从源项开始释放起，以每15分钟为一个释放阶段。

进一步的，步骤(2)中计算释放源项Si在Ki释放步内自然沉降减弱因子R_{this_nature}具体包括：

2.1判断历史累积减弱因子PreRed_tot是否小于0.001，若大于，则判断在本次事故中此段自然沉降之前是否经历过喷淋；

2.2将Ki时间段内本次自然沉降时长ti和从事故发生起自然沉降状态下历史自然沉降时长T_pre分为三个阶段t₁、t₂和t₃计算YRed_{this_nature}，t₁、t₂和t₃根据是否经历过喷淋进行取值，计算公式为：YRed_{this_nature}＝R_{this_nature}(1)×R_{this_nature}(2)×R_{this_nature}(3)

其中，

2.3根据YR_{this_nature}×PreRed_tot是否小于0.001计算本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}，若大于，则本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}为YRed_{this_nature}。

进一步的，步骤2.1还包括：

若PreRed_tot小于0.001，则本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}为1。

进一步的，若否，则步骤2.2具体还包括：

若2＜T_pre，则t₁＝0，t₂＝0，t₃＝ti；

若1.75＜T_pre＜2，且T_pre+ti＞2，则t₁＝0，t₂＝2-T_pre，t₃＝T_pre+ti-2；

若1.75＜T_pre＜2，且T_pre+ti＜2，则t₁＝0，t₂＝T_pre+ti-1.75，t₃＝0；

若T_pre＜1.75，且T_pre+ti＜1.75，则t₁＝ti，t₂＝0，t₃＝0；

若T_pre＜1.75，且1.75＜T_pre+ti＜2，则t₁＝1.75-T_pre，t₂＝T_pre+ti-1.75，t₃＝0；

若T_pre＜1.75，且2＜T_pre+ti，则t₁＝1.75-T_pre，t₂＝0.25，t₃＝T_pre+ti-2。

进一步的，若经历过喷淋，则步骤2.2具体还包括：

t₁＝0，t₂＝0，t₃＝ti。

进一步的，步骤2.3还包括：

若小于，则本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}计算公式为：R_{this_nature}＝0.001/PreRed_tot。

进一步的，步骤(3)中计算Si在Ki内喷淋减弱因子Red_{this_spray}具体包括，根据Ki时间段内本次喷淋沉降时长ti和累计喷淋时长T_prespray计算：

3.1判断历史累积减弱因子PreRed_tot是否小于0.001，若否，则判断累计喷淋减弱因子Red_{tot_spray}是否大于0.03；

3.2若Red_{tot_spray}大于0.03，则判断累计喷淋时长T_prespray是否大于0；

3.3若否，将本次喷淋时间划分为两个阶段t₁和t₂计算YRed_{this_spray}，计算公式为：

YRed_{this_spray}＝Red_{this_spray}(1)×Red_{this_spray}(2)

其中：

3.4判断PreRed_{tot_spray}×YRed_{this_spray}是否大于0.03，若大于，YPreRed_tot＝PreRed_tot×YRed_{this_spray}；

3.5根据PreRed_tot×YRed_{this_spray}是否大于0.001，计算本次喷淋减弱因子Red_{this_spra}，若PreRed_tot×YRed_{this_spray}大于0.001，则本次喷淋减弱因子Red_{this_spra}为YRed_{this_spray}。

进一步的，步骤3.1还包括：

若PreRed_tot不大于于0.001，则喷淋沉降减弱因子Red_{this_spray}为1。

进一步的，步骤3.2还包括：

若Red_{tot_spray}不大于0.03，则喷淋沉降减弱因子Red_{this_spray}为1。

进一步的，步骤3.3还包括：

若ti＞0.25，则t₁＝0.25，t₂＝T-0.25；

若ti＜0.25，则t₁＝ti，t₂＝0。

进一步的，步骤3.3中为若是，还包括：

a判断是否为喷淋后再打开，若否，判断T_prespray是否小于0.25；

b若T_prespray小于0.25，判断T_prespray+ti是否小于0.25；

c若T_prespray+ti＜0.25，则步骤3.3中t₁＝ti，t₂＝0；

若T_prespray+ti＞0.25，则步骤3.3中t₁＝0.25-T_prespray，t₂＝T_prespray+ti-0.25。

进一步的，步骤b中还包括：

若T_prespray大于0.25，则步骤3.3中t₁＝0，t₂＝ti。

进一步的，步骤a中还包括：

若是喷淋后再打开，则步骤3.3中t₁＝0，t₂＝ti。

进一步的，步骤3.5中还包括：

若PreRed_tot×YRed_{this_spray}小于0.001，则本次喷淋减弱因子Red_{this_spray}＝0.001/PreRed_tot。

本发明的效果在于，能可直接用于不同沉降历史下喷淋和自然沉降减弱因子估算。

附图说明

图1为NUREG/CR-4722给出的典型喷淋减弱曲线示意图；

图2为释放源项序列与喷淋序列示意图；

图3为自然沉降时段安全壳喷淋减弱因子计算流程示意图；

图4为喷淋时段自然沉降因子计算流程示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明公开一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法，，所述方法包括以下步骤：

从源项开始释放起，将事故划分为多个时间段，记为时间步序列(K1，K2，......，Ki，......，Kn)；将连续释放到安全壳的放射性核素在对应时间段ki内释放的量记为释放源项序列(S1，S2，......，Si，......，Sn)；将Si在Ki释放步内的喷淋状态记为沉降序列Spi，所述沉降序列Spi中包括自然沉降和喷淋沉降。

参阅图2，图2为释放源项序列与喷淋序列示意图。还需要说明的是，T_prespray为各ki时间段历史累积喷淋时长，T_pre为各ki时间段历史自然沉降时长，但由于各ki时间段内可能包括多个自然沉降状态或多个喷淋沉降状态，故ti表示ki时间段内某次自然沉降状态或喷淋沉降状态持续的时间。

在一个具体的实施例中，根据源项划分时间步序列的方法为：从源项开始释放起，以每15分钟为一个释放阶段。故k1为0-15，具体的k1序列包括源项开始释放的时间点和与其间隔15分钟的时间点。

计算释放源项Si在Ki释放步内自然沉降减弱因子R_{this_nature}具体包括：

2.1判断历史累积减弱因子PreRed_tot是否小于0.001，若大于，则判断在本次事故中此段自然沉降之前是否经历过喷淋；

需要说明的是，历史累积减弱因子PreRed_tot初始值为1。

若PreRed_tot小于0.001，则本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}为1。

2.2将Ki时间段内本次自然沉降时长ti和从事故发生起自然沉降状态下历史自然沉降时长T_pre分为三个阶段t₁、t₂和t₃计算YRed_{this_nature}，t₁、t₂和t₃根据是否经历过喷淋进行取值，计算公式为：YRed_{this_nature}＝R_{this_nature}(1)×R_{this_nature}(2)×R_{this_nature}(3)

其中，

具体的，若没有经历过喷淋：

若2＜T_pre，则t₁＝0，t₂＝0，t₃＝ti；

若1.75＜T_pre＜2，且T_pre+ti＞2，则t₁＝0，t₂＝2-T_pre，t₃＝T_pre+ti-2；

若1.75＜T_pre＜2，且T_pre+ti＜2，则t₁＝0，t₂＝T_pre+ti-1.75，t₃＝0；

若T_pre＜1.75，且T_pre+ti＜1.75，则t₁＝ti，t₂＝0，t₃＝0；

若T_pre＜1.75，且1.75＜T_pre+ti＜2，则t_i＝1.75-T_pre，t₂＝T_pre+ti-1.75，t₃＝0；

若T_pre＜1.75，且2＜T_pre+ti，则t₁＝1.75-T_pre，t₂＝0.25，t₃＝T_pre+ti-2。

若经历过喷淋，则t₁＝0，t₂＝0，t₃＝ti。

需要指出的是，YR_{this_nature}是判断条件的中间计算量，不代表任何实际含义。

2.3根据YR_{this_nature}×PreRed_tot是否小于0.001计算本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}，若大于等于，则本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}为YRed_{this_nature}。

若小于，则本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}计算公式为：

R_{this_nature}＝0.001/PreRed_tot。

将Si在Ki内每个喷淋状态计算得到的减弱因子的乘积记为安全壳历史累积减弱因子PreRed_tot。即更新安全壳历史累积减弱因子PreRed_tot为之前的值乘以R_{this_nature}。同样需要更新的还有安全壳历史自然沉降累积减弱因子PreRed_{tot_nature}，为之前的值乘以R_{this_nature}；安全壳历史累积自然沉降时长T_pre，为之前的值加上ti。

根据Ki时间段内本次喷淋沉降时长ti和累计喷淋时长T_prespray计算Si在Ki内喷淋减弱因子Red_{this_spray}具体包括：

3.1判断历史累积减弱因子PreRed_tot是否小于0.001，若否，则判断累计喷淋减弱因子Red_{tot_spray}是否大于0.03；

若PreRed_tot大于0.001，则喷淋沉降减弱因子Red_{this_spray}为1。

3.2若Red_{tot_spray}大于0.03，则判断累计喷淋时长T_prespray是否大于0；

若Red_totspray小于0.03，则喷淋沉降减弱因子Red_{this_spray}为1。

3.3若否，将本次喷淋时间划分为两个阶段t₁和t₂计算YRed_{this_spray}，计算公式为：

YRed_{this_spray}＝Red_{this_spray}(1)×Red_{this_spray}(2)

其中：

若ti＞0.25，则t₁＝0.25，t₂＝T-0.25；

若ti＜0.25，则t₁＝ti，t₂＝0。

若是，还包括：

a判断是否为喷淋后再打开，若否，判断T_prespray是否小于0.25；

若是喷淋后再打开，则步骤3.3中t₁＝0，t₂＝ti。

b若T_prespray小于0.25，判断T_prespray+ti是否小于0.25；

若T_prespray大于0.25，则步骤3.3中t₁＝0，t₂＝ti。

c若T_prespray+ti＜0.25，则步骤3.3中t₁＝ti，t₂＝0；

若T_prespray+ti＞0.25，则步骤3.3中t₁＝0.25-T_prespray，t₂＝T_prespray+ti-0.25。

需要指出的是，YRed_{this_spray}是判断条件的中间计算量，不代表任何实际含义。

3.4判断PreRed_{tot_spray}×YRed_{this_spray}是否小于0.03，若小于，YPreRed_tot＝PreRed_tot×YRed_{this_spray}；

PreRed_{tot_spray}×YRed_{this_spray}是否大于0.03；

3.5根据PreRed_tot×YRed_{this_spray}是否大于0.001，计算本次喷淋减弱因子Red_{this_spray}，若PreRed_tot×YRed_{this_spray}大于0.001，则本次喷淋减弱因子Red_{this_spray}为YRed_{this_spray}；若PreRed_tot×YRed_{this_spray}小于0.001，则本次喷淋减弱因子Red_{this_spray}＝0.001/PreRed_tot。

将Si在Ki内每个喷淋状态计算得到的减弱因子的乘积记为安全壳历史累积减弱因子PreRed_tot。即更新安全壳历史累积减弱因子PreRed_tot为之前的值乘以Red_{this_spray}。同样需要更新的还有安全壳历史喷淋累积减弱因子Red_{tot_spray}，为之前的值乘以Red_{this_spray}；安全壳历史累积喷淋时长T_prespray，为之前的值加上ti。

区别于现有技术，本发明提供的一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法，根据反应堆事故应急源项估算需求(通常要求给出释放源项序列)，将放射性核素从一回路向安全壳释放过程序列化，根据每个序列(时段)释放到安全壳气溶胶在安全壳内滞留的时间、安全壳喷淋历史和设定的安全壳喷淋减弱下限估算安全壳喷淋减弱因子。

本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)从源项开始释放起，将事故划分为多个时间段，记为时间步序列(K1，K2，……，Ki，……，Kn)；将连续释放到安全壳的放射性核素在对应时间段ki内释放的量记为释放源项序列(S1，S2,……，Si，……，Sn)；将Si在Ki释放步内的喷淋状态记为沉降序列Spi，所述沉降序列Spi中包括自然沉降和喷淋沉降；

(2)分别计算Si在Ki内自然沉降减弱因子R_{this_nature}；

(3)根据Ki时间段内本次喷淋沉降时长ti和累计喷淋时长T_prespray分别计算Si在Ki内喷淋减弱因子Red_{this_spray}；

(4)将Si在Ki内每个喷淋状态计算得到的自然沉降减弱因子R_{this_nature}以及喷淋减弱因子Red_{this_spray}的乘积记为安全壳历史累积减弱因子PreRed_tot，即气溶胶喷淋和自然沉降减弱系数；

步骤(2)中计算释放源项Si在Ki释放步内自然沉降减弱因子R_{this_nature}具体包括：

2.1判断历史累积减弱因子PreRed_tot是否小于0.001，若PreRed_tot小于0.001，则本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}为1，若大于，则判断在本次事故中此段自然沉降之前是否经历过喷淋；

2.2将Ki时间段内本次自然沉降时长ti和从事故发生起自然沉降状态下历史自然沉降时长T_pre分为三个阶段t₁、t₂和t₃计算YRed_{this_nature}，t₁、t₂和t₃根据是否经历过喷淋进行取值，计算公式为：YRed_{this_nature}＝R_{this_nature}(1)×R_{this_nature}(2)×R_{this_nature}(3)

其中，

若没有经历过喷淋，则步骤2.2具体还包括：

若2＜T_pre，则t₁＝0，t₂＝0，t₃＝ti；

若1.75＜T_pre＜2，且T_pre+ti＞2，则t₁＝0，t₂＝2-T_pre，t₃＝T_pre+ti-2；

若1.75＜T_pre＜2，且T_pre+ti＜2，则t₁＝0，t₂＝T_pre+ti-1.75，t₃＝0；

若T_pre＜1.75，且T_pre+ti＜1.75，则t₁＝ti，t₂＝0，t₃＝0；

若T_pre＜1.75，且1.75＜T_pre+ti＜2，则t₁＝1.75-T_pre，t₂＝T_pre+ti-1.75，t₃＝0；

若T_pre＜1.75，且2＜T_pre+ti，则t₁＝1.75-T_pre，t₂＝0.25，t₃＝T_pre+ti-2，

若经历过喷淋，则t₁＝0，t₂＝0，t₃＝ti；

2.3根据YR_{this_nature}×PreRed_tot是否小于0.001计算本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}，若小于，则本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}计算公式为：R_{this_nature}＝0.001/PreRed_tot，若大于，则本次自然沉降减弱因子R_{this_nature}为YRed_{this_nature}；

步骤(3)中计算Si在Ki内喷淋减弱因子Red_{this_spray}具体包括：

3.1判断历史累积减弱因子PreRed_tot是否小于0.001，若是，则喷淋沉降减弱因子Red_{this_spray}为1，若否，则判断累计喷淋减弱因子Red_{tot_spray}是否大于0.03；

3.2若Red_{tot_spray}小于0.03，则喷淋沉降减弱因子Red_{this_spray}为1；若Red_{tot_spray}大于0.03，则判断累计喷淋时长T_prespray是否大于0；

3.3若否，将本次喷淋时间划分为两个阶段t₁和t₂计算YRed_{this_spray}，计算公式为：

YRed_{this_spray}＝Red_{this_spray}(1)×Red_{this_spray}(2)

其中：

若ti＞0.25，则t₁＝0.25，t₂＝T-0.25；

若ti＜0.25，则t₁＝ti，t₂＝0；

若是，还包括：

a判断是否为喷淋后再打开，若是喷淋后再打开，则t₁＝0，t₂＝ti；若否，判断T_prespray是否小于0.25；

b若T_prespray大于0.25，则步骤3.3中t₁＝0，t₂＝ti；若T_prespray小于0.25，判断T_prespray+ti是否小于0.25；

c若T_prespray+ti＜0.25，则步骤3.3中t₁＝ti，t₂＝0；若T_prespray+ti＞0.25，则t₁＝0.25-T_prespray，t₂＝T_prespray+ti-0.25；

3.4判断PreRed_{tot_spray}×YRed_{this_spray}是否大于0.03，若大于，

YPreRed_tot＝PreRed_tot×YRed_{this_spray}；

3.5根据PreRed_tot×YRed_{this_spray}是否大于0.001，计算本次喷淋减弱因子Red_{this_spray}，若PreRed_tot×YRed_{this_spray}大于0.001，则本次喷淋减弱因子Red_{this_spray}为YRed_{this_spray}；若PreRed_tot×YRed_{this_spray}小于0.001，则本次喷淋减弱因子Red_{this_spray}＝0.001/PreRed_tot。

2.根据权利要求1所述的一种安全壳气溶胶喷淋和自然沉降的减弱系数估算方法，其特征在于，步骤(1)中根据源项划分时间步序列的方法为：从源项开始释放起，以每15分钟为一个释放阶段。

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