田湾核电站母线房间丧失通风冷却工况下温度响应分析

田湾核电站母线房间丧失通风冷却工况下温度响应分析

郎锡野

江苏核电有限公司，江苏连云港222042

摘要：2010年国家核安全局发布《概率安全分析技术在核安全领域中的应用（试行）》，鼓励核电厂深入应用概率安全分析（PSA）技术；2022年国家核安全局重新修订并发布了《核动力厂调试和运行安全规定》（HAF103），将PSA应用强制性要求写入核安全法规。PSA模型的准确性影响着核电厂核安全水平与经济效益，合适的建模利于核电站对风险的管理。

关键词：通风冷却温度概率安全

1通风冷却建模

田湾核电站QKM系统（非安全通风系统冷冻水系统）用来冷却SAM51/52（汽轮机厂房通风系统），SAM51/52给6kV正常工作母线BBA-BBD提供通风。PSA模型进行了较为详细的建模，并采取了保守的假设，即在夏天时，一旦QKM失效，将导致BBA-BBD丧失通风冷却，BBA-BBD失效。

2计算工况与验收准则

本文以田湾核电站UMA00550/511两个配电间（布置了BBA-BBD）为例，分析其在夏天丧失冷却时温度响应，评估QKM失效后24h和72h时刻房间温升情况。

2.1房间信息

UMA00550/511房间自由容积为622.90/537.40m3，与相邻房间墙体、房顶、地板的厚度为20/60/26cm；墙体的材料钢筋混凝土，密度、导热系数、比热为2242.6kg/m3、1.437W/(m·K)、0.80kJ/(kg·K)。

2.2计算的边界条件与初始条件及温度验收准则

UMA00550/511房间的初始温度取7、8、9月平均最高温度29℃，与其接触房间取8年来最高温度40.29℃。开关设备按照国标要求，一次设备中最低的温度限值75℃，二次保护装置厂家文件规定允许环境温度55℃。本文中配电间温度的限制选取55℃为允许的最高温度限值。

3分析方法与建模

3.1分析方法

为简化目标房间丧失冷却时温度响应计算，假设房间仅通过墙体与相邻房间换热，墙面和楼板、房顶与空气自然对流换热，相邻房间温度保持恒定，对在反应堆处于维修冷停堆、热停堆和功率运行三种工况下进行分析，评估在夏天时，QKM失效下房间温度是否会达到电气设备要求的环境温度限值。

3.2程序计算设置

采用某热工水力分析程序对UMA00550/511在三种工况下丧失冷却时温度响应进行计算，初始温度取29℃。两个房间测量的72h发热量(kW)：维修冷停堆为10.04/8.96；热停堆为13.49/13.71；功率运行为18.5/16.58。

在分析之前，需先确定墙体的初始温度，作为瞬态计算的起始点。墙体温度介于相连的两个房间温度之间，呈线性分布。计算方法如下：设置“DTratio”为很大的数值（比如106），该变量表示导热模型求解时间步长和水力模型求解时间步长的比值（默认为1）。如果该值设为很大数值，那么相当于在一个时间步长只求解墙体的稳态导热方程。设置计算时间为较小值（比如0.1s）。假设相邻的房间温度恒定，计算目标房间3天内的温升响应。

3.3模型简化与设置

目标房间温度分析程序节点图如图1所示。程序采用1个控制容积模拟目标房间，该控制容积内设置内部热源，内热源给定加热功率，用来模拟房间的机柜发热。采用另1个控制容积来模拟相邻的其他几个房间，该控制容积内设置内部热构件，热构件一面指定壁面温度，另一面指定较大换热系数和换热面积，以实现控制房间为40.29℃。

图1房间温度分析程序节点图

房间有三面墙壁厚度相同，采用1个外部热构件来模拟，热构件与两个控制容积相接的两面为自然对流换热。房间顶部和底部由于与空气换热面朝向不同，故采用两个外部热构件来模拟，热构件两个面为自然对流换热。目标房间另1面墙壁由于厚度不同，单独采用1个外部热构件来模拟，热构件与控制容积相接的两个面均为自然对流换热。

4计算结果与讨论

4.1计算结果分析

UMA00550/511房间初始温度为29℃，在维修冷停堆时24h后升至43.7/43.8℃，72h时达到48.8/48.8℃；热停堆时24h后升至46.2/47.6℃，72h时达到52.2/54.0℃；功率运行时24h后升至49.7/49.8℃，72h时达到56.8/56.9℃。

由温度计算结果得出，三种工况下前3000s内房间温度均升高较快，3000s之后至72h时内温度升高的速率越来越慢。

4.2敏感性分析

为了充分分析环境温度的变化对目标房间的影响，开展敏感性分析计算。即将相邻房间的温度由40.29℃变为45℃，其它设置保持不变，计算得出温度响应的变化趋势与之前相同，但温度有所增加。UMA00550/511在维修冷停堆时24h后升至46.5/46.6℃，热停堆时24h后升至49.0/50.4℃，功率运行时24h后升至52.5℃/52.6℃。热停堆和功率运行下，UMA00550/511温度在72h后升至55.9/60.5℃和57.7/60.6℃，均比之前高4℃左右，超过了配电间温度限制允许的最高温度限值55℃。

5结论

当前PSA建模的任务时间为24小时，由计算结果可知，反应堆在维修冷停堆和热停堆时丧失冷却24h及72h时间段内，以及功率运行工况下丧失冷却24h时间段内，目标房间的温度均未超过配电度限制允许的最高温度限值55℃，满足配电间温度验收准则。敏感性分析结果表明，当相邻房间≥45℃时，目标房间24h后的最高温度仍不会达到最高温度限值55℃。

PSA建模应仅建模至功能系统，无需对通风冷却系统建模，核电站也无需再通风冷却系统上投入过多资源。

6参考文献

[1]田湾核电站1、2号机组PSA模型和应用工具升版技术服务项目A14通风和空调系统故障树分析，CNPE，2019年2月。

[2]田湾1、2号机组UMA00511、UMA00550房间温升计算输入，JNPC。

[3]GB/T11022-2011，高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求，国家质量监督检验检疫总局，2012年5月。