铅冷快堆BLESS主系统配置调研下载

菲利普·科特勒更新于 2018-04-12 13:20:01

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www.spic.com.cn铅冷快堆BLESS方案与关键技术预研
李林森
2018年4月12日主回路系统调研——SG与PP流道目录一、主要铅冷快堆的主回路设计
二、可用于BLESS的主回路设计
三、MYRRHA反应堆的设计方案
四、建议BLESS采用的方案及需要讨论的问题一、主要铅冷快堆的主回路设计1. 主回路设计方案主要分为三种3主泵+蒸汽发生器（ALERED/ELFR/LFR-AS等）
蒸汽发生器+主泵（SVBR/BREST/MYRRHA等）
自然循环+蒸汽发生器（CLEAR-I/URANUS/ELECTRA/sstar等）一、主要铅冷快堆的主回路设计1. 主回路设计方案主要分为三种4主泵+蒸汽发生器（ALERED/ELFR/LFR-AS等）
主泵放置在蒸汽发生器之前
一般情况下主泵布置在蒸汽发生器中间预留的孔道中
蒸汽发生器传热管放置在主泵四周
蒸汽发生器传热管采用浸入式双层套管、螺旋管等一、主要铅冷快堆的主回路设计1. 主回路设计方案主要分为三种5蒸汽发生器+主泵（SVBR/BREST/MYRRHA等）
主泵放置在蒸汽发生器之后
流道相对比较复杂
一般铅铋冷却剂从蒸汽发生器上部入口进入并流到下部后流出
主泵的流道有多种方式一、主要铅冷快堆的主回路设计1. 主回路设计方案主要分为三种6自然循环+蒸汽发生器（CLEAR-I/URANUS/ELECTRA/sstar等）
功率较低，多个蒸汽发生器
高度较高，尺寸上较为细长
不适用于BLESS的主回路系统目录一、主要铅冷快堆的主回路设计
二、可用于BLESS的主回路设计
三、MYRRHA反应堆的设计方案
四、建议BLESS采用的方案及需要讨论的问题二、可用于BLESS的主回路设计选择的标准8 蒸汽发生器采用螺旋管式直流蒸汽发生器，中心没有预留通道放置主泵。
主泵入口设计布置在蒸汽发生器出口之后。
主要可用于BLESS的主回路设计包括：
BREST-OD-300
SVBR-100
MYRRHA二、可用于BLESS的主回路设计 BREST-OD-3009 主回路不完全是池式设计
类似于紧凑式小堆的设计
堆芯出口通过管道进入蒸汽发生器之后，向下流出蒸汽发生器，进入外围下腔室
主泵从外围下腔室中吸入冷却剂通过堆芯出口管道的外部流回堆芯下降通道。
具有自由液面
设计较为复杂二、可用于BLESS的主回路设计 1. BREST-OD-30010 蒸汽发生器采用螺旋管式直流蒸汽发生器
蒸汽发生器的下部螺旋管部分是主要加热段，上部直管不加热二、可用于BLESS的主回路设计 1. BREST-OD-30011 图中是NIKIET开展的蒸汽发生器试验，采用18根传热管作为样机试验。
图中的主泵将冷却剂从下往上抽取排出二、可用于BLESS的主回路设计 2. SVBR-10012非常紧凑的一体化池式设计，采用套管式传热管蒸汽发生器。
1台主泵对应6台蒸汽发生器，蒸汽发生器入口在中间。二、可用于BLESS的主回路设计 2. SVBR-10013 因蒸汽发生器入口在中间，主泵vs蒸汽发生器是1:6，流道相对比较复杂，主泵将冷却剂从顶端吸入之后向下打入反应堆容器下腔室。二、可用于BLESS的主回路设计 3. MYRRHA14 铅铋冷却一体化池式结构，两台主泵对应四台蒸汽发生器
散裂靶设计及堆内换料结构设计，虽然反应堆容器内各类部件较多，但是蒸汽发生器与主泵之间的流道设计较为简单。二、可用于BLESS的主回路设计 3. MYRRHA15 1台主泵对应2台蒸汽发生器，主泵放置在蒸汽发生器出口之后，主泵与蒸汽发生器之间的接口在中间隔离腔室内。二、可用于BLESS的主回路设计推荐可借鉴用于BLESS的方案——MYRRHA16可以采用目前BLESS设计中的螺旋管式蒸汽发生器。
主泵布置在蒸汽发生器之后，处于冷管区域。
MYRRHA的概念设计较为成熟，经过了几代ADS系统的设计改进。
不考虑ADS相关系统与堆内换料机构，其蒸汽发生器与主泵的流道设计简单清晰。
根据目前MYRRHA的设计，主泵：蒸汽发生器为2:4，BLESS的概念设计可以设计为4:8的型式，与前期蒸汽发生器设计的布置形式一致。目录一、主要铅冷快堆的主回路设计
二、可用于BLESS的主回路设计
三、MYRRHA反应堆的设计方案
四、建议BLESS采用的方案及需要讨论的问题三、MYRRHA反应堆的设计方案1. 总体介绍18SCK·CEN成立于1952年，其建设的BR2反应堆是一个多用途的材料测试反应堆（MTR），从1962年开始运行，将持续运行到2026年。
MYRRHA的设计从1998年开始，作为一个灵活多用途的辐照设施，准备代替BR2 MTR，其设计是多用途ADS系统，主要用于研发应用，包括质子加速器、液态铅铋合金散裂靶以及次临界铅铋冷却的快中子反应堆。三、MYRRHA反应堆的设计方案1. 总体介绍19三、MYRRHA反应堆的设计方案2. MYRRHA主回路系统配置设计20MYRRHA的主回路系统包括四台蒸汽发生器（PHXs）以及两台主泵（PPs），液态铅铋冷却剂从堆芯出口流出进入上腔室之后，流入PHXs的入口，从上往下流经传热管后从底部流出，主泵再将液态铅铋冷却剂向下抽进下腔室。在上腔室与下腔室之间，由横隔板（Diaphragm）隔开，横隔板作为堆内构件支撑堆芯围筒，同时贯穿PHXs和PPs。三、MYRRHA反应堆的设计方案2. MYRRHA主回路系统配置设计21MYRRHA的二回路系统由四台蒸汽发生器及其相连的四个独立的二回路系统组成。每个二回路系统还包括汽水分离器（steam drum）以及空气冷凝器，二回路接近饱和的给水进入PHXs之后加热为质量含气率为0.3的饱和蒸汽（16bar，200C），进入汽水分离器之后将湿蒸汽分离，然后进入三回路空气冷凝器，最后再循环进入PHXs。其中，空气冷却系统采用风扇强迫对流，风扇与汽水分离器压力逻辑连接，控制移出热量的平衡。三、MYRRHA反应堆的设计方案2. MYRRHA主回路系统配置设计22三、MYRRHA反应堆的设计方案3. MYRRHA安全系统配置设计23正常运行条件下，MYRRHA的主回路系统、二回路系统和空气冷却系统都采用强迫循环。
在事故条件下，MYRRHA采用两种DHR系统进行非能动余热排出：
1. 二回路和三回路系统冷却系统，非能动模式运行；
2. 反应堆容器辅助冷却系统（RVACS），通过反应堆容器外部水池中的水与换热器排出余热。
三、MYRRHA反应堆的设计方案3. MYRRHA安全系统配置设计24采用TRACE建模分析评估了MYRRHA反应堆的一回路、二回路和三回路冷却系统，特别是ANSALDO提出的改进的DHRs系统。该改进的DHRs系统增加了一个与二回路系统压力相同的（16bar）压缩空气罐。该压力罐可以根据压力变化调整是否注入空气，以调节二回路中的蒸汽流量，以调节二回路排出的余热量，以防过度排热导致液态铅铋冷却剂凝固。三、MYRRHA反应堆的设计方案4. MYRRHA蒸汽发生器与主泵25蒸汽发生器只有底部约2米长的长度属于加热段，采用单一圆管作为下降段，上升段采用多个直管传热管，型式上与CLEAR-I非常类似
铅铋冷却剂从上部入口进入之后，直接从底部出口流出，进入中间隔离腔室。三、MYRRHA反应堆的设计方案4. MYRRHA蒸汽发生器与主泵26三、MYRRHA反应堆的设计方案4. MYRRHA蒸汽发生器与主泵27主泵从中间隔离腔室吸入冷却剂之后，直接向下往下腔室打入冷却剂。
主泵长度很长，叶轮处于最下端。
三、MYRRHA反应堆的设计方案5. MYRRHA主回路系统分析结果28主回路系统三维流场分析主要采用CFD方法三、MYRRHA反应堆的设计方案5. MYRRHA主回路系统分析结果29主回路系统三维流场分析主要采用CFD方法三、MYRRHA反应堆的设计方案5. MYRRHA主回路系统分析结果30主回路系统三维流场分析主要采用CFD方法三、MYRRHA反应堆的设计方案5. MYRRHA主回路系统分析结果31主回路系统三维流场分析主要采用CFD方法（1）正常运行时强迫对流的工况计算结果三、MYRRHA反应堆的设计方案5. MYRRHA主回路系统分析结果32主回路系统三维流场分析主要采用CFD方法（2）事故条件下自然循环的工况计算结果三、MYRRHA反应堆的设计方案5. MYRRHA主回路系统分析结果33主回路、二回路和三回路冷却系统主要采用系统程序目录一、主要铅冷快堆的主回路设计
二、可用于BLESS的主回路设计
三、MYRRHA反应堆的设计方案
四、建议BLESS采用的方案及需要讨论的问题四、建议BLESS采用的方案及需要讨论的问题1. BLESS采用的方案的主要原则与边界条件35蒸汽发生器目前采用螺旋管式直流蒸汽发生器；
蒸汽发生器中心没有预留通道放置主泵；
主泵入口优先设计布置在蒸汽发生器出口之后；
蒸汽发生器中心高度应比堆芯中心高出一定高度，确保事故条件下的自然循环能力；
流道的设计争取做到简单、清晰；
尽量采取成熟、可行的方案；四、建议BLESS采用的方案及需要讨论的问题2. 建议BLESS采用的主回路系统配置36蒸汽发生器采用螺旋管式直流蒸汽发生器，冷却剂从上自下流动；
主泵从蒸汽发生器出口吸入冷却剂直接向下流入下腔室；
蒸汽发生器与主泵的流道设计方案可以参考MYRRHA的方案；
蒸汽发生器与主泵采用2:1的数量比，总共布置4台主泵，8台蒸汽发生器，每台主泵与两台蒸汽发生器组成一套；
这种设计在冷却剂上选用SVBR使用的铅铋，在蒸汽发生器上采用BREST-OD-300使用的立式螺旋管直流蒸汽发生器，主泵与蒸汽发生器流道采用MYRRHA的方案，取各个堆型的特点所长；四、建议BLESS采用的方案及需要讨论的问题3. 需要讨论的问题37这种方案在结构上需要进一步进行设计细化，特别是中间隔离腔室；
在与蒸汽发生器的匹配上，包括相对高度、主泵高度等参数，还需进一步开展敏感性分析；
主泵的性能与型式需进行适用性调研；
主回路的三维流动、压降等需进一步分析
在事故条件下，该方案的自然循环能力上还需要进一步研究。www.spic.com.cn
谢谢！

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