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基于热管的乏燃料池冷却关键技术研究与应用

2021-07-13

 

2011年日本福岛事件之后,乏燃料池(SFP)事故后的长期冷却问题广受关注,日本原子能协会对福岛事件进行总结,明确提出乏燃料水池冷却需要建立乏燃料池的自然循环冷却系统,即使丧失电源也可以导出衰变热。然而,AP1000发生极端事故后乏燃料水池的冷却只能依靠池水的蒸发,没有长期的非能动自然循环冷却,这会带来一系列问题,例如沸腾产生大量蒸汽对环境产生明显影响、有乏燃料组件破损会产生放射性外泄、向乏燃料水池补水时会导致硼逐渐稀释等。而且AP1000的乏燃料池冷却系统(SFS)非能动补水冷却,只能确保事故后72 h的乏燃料安全,乏燃料池长期冷却还依赖于移动泵等厂外支援进行补水。
为满足核电站乏燃料池事故后的长期非能动冷却需求,上海核工程研究设计院有限公司开展了基于热管的乏燃料池冷却技术研究,明确了事故后乏燃料池中的温度分布情况及其主要影响因素,以及适用于乏燃料池的分离式热管冷却器的换热性能及其关键影响因素,确定并优化了热管冷却器的设计、布置方案,形成具有工程可实施性的非能动热管冷却技术,并开发了乏燃料池热管冷却的仿真平台,试验验证以及仿真分析结果表明,其长期冷却效果能保证乏燃料安全。
该成果来源于国家大型先进压水堆及高温气冷堆核电站科技重大专项“先进乏燃料贮存技术”课题(课题编号:2015ZX06004002)。该成果已经在CAP1400中得到应用,基于CAP1400的乏燃料水池设计和乏燃料贮存格架设计,形成了新的乏燃料水池长期非能动冷却系统,同时将基于热管的乏燃料池冷却技术进行推广,利用关键技术研发了一种新型的集装箱移动式热阱,与现有的高成本传统固定式冷却塔相比,造价更低,应用更灵活,冷却能力强,可用于核电厂部分阀门预防性检修时的短暂丧失热阱的情况下乏燃料池的冷却,以及其他适用的冷却情况。