核反应堆大破口失水事故分析

大破口失水事故（保守分析）1.保守分析中所定义的LBLOOA

保守分析中定义的LBLOCA为冷管段双端断裂并完全错开，失去厂外电源工况。其基本假设为：

(1) 102%额定功率；

(2) 取最大的功率不均匀因子FQ；

(3) 轴向功率取截断余弦分布；

(4) 燃耗取最大气隙，最大能量储存；

(5) 由温度及空泡负反应性停堆；

(6) 衰变热取1971ANS标准×1.2倍；

(7) 锆水反应取Baker-Just关系式；

(8) 考虑金属构件的能量储存；

(9) 取Moody喷放关系式，喷放系数取0.6-1.0；

(10) 对冷管段破口，全部ECCS在喷放阶段流出破口，破

损环路全过程流出；

(11) 在CHF之后，在整个Blowdown阶段不再认为是泡

核沸腾；

(12) 极限单一故障的选择，必须加以论证；

(13) 安全壳压力取保守的低值，以加强喷放；

(14) 在再淹没阶段，作主泵卡轴假设；

(15) 上封头温度假设；

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(16) 需考虑燃料鼓胀造成的流道阻塞效应（按

NUREG-0630）

2.典型的事故过程

极限工况：喷放系数0.6，最大安注流量。

（1）事件序列

破口开始，失厂外电0.0s

反应堆停堆0.5

安注信号3.0

安注箱开始注水15.1

安注泵开始注水28.0

喷放结束31.5

再灌水结束44.8

安注箱排空58.2

堆芯顶部淹没~500

（2）过程描述

典型的LBLOCA分为喷放、再灌水、再淹没及长期冷却4 个

阶段。

①堆功率变化

由于大破口失水事故系统压力降低极快，大约在0.1s内，即

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可降至冷却剂的饱和压力，从而生成大量蒸汽，空泡效应引入的负反应性，使反应堆自行停闭，停堆后剩余中子功率迅速减小，此后主要释放衰变热，衰变热功率不大，但持续时间极长。

②压力变化

在最初极短的一段时间内为欠热喷放，压力迅速下降，进入

饱和喷放阶段后，压力下降稍见缓慢。在再灌水，再淹没阶段，

注入的低温安注水，使堆芯的水蒸汽凝结，此后虽水位在上升，但系统压力仍缓慢下降。

③热点包壳温度

停堆时，燃料元件棒内贮存了大量热量，在堆芯流量由正常

运行工况下的正向，流动变为喷放反向流动过程中，堆芯出现流动滞止现象，传热恶化，包壳表面形成膜态沸腾，使包壳温度迅速上升，这称之为贮能再分配现象。

当堆芯形成反向流动，又建立起一定的传热能力，包壳温度

下降，形成喷放阶段的包壳温度峰值。

在再灌水阶段，堆芯内既无液体冷却剂，又无蒸汽流动，元

件棒处在裸露状态，是主要的升温阶段。

再淹没开始，堆芯内蒸汽流动增加，且蒸汽内夹带有小液滴，

使燃料元件的冷却好转，一进入再淹没阶段，热点包壳温度交化的梯度就发生改变，随着蒸汽产生量的增加，包壳升温越来越缓慢，继而开始下降，在LBLOCA过程中，包壳温度达到最高点并开始下降在骤冷前沿到达之前，由蒸汽流动冷却而形成的。

在骤冷前沿达到之处，包壳温度迅速下降，此后元件处于自

然对流冷却环境中，维持一个不太高的温度。

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由于衰变热维持的时间很长，长期冷却阶段将需维持很长一

段时间，ECCS要一直保持工作，在换料水箱的水用尽后，改用再循环方式冷却。

④堆芯水位

在整个喷放阶段，堆芯水位持续迅速下降。当上升蒸汽流量

近于零时，可认为结束喷放阶段，安注箱水及低压安注泵注入水

流至下腔室，需要提及的是堆芯水位在喷放阶段结束时，未作扣

除在喷放阶段中进入系统的安注水量，按保守的LBLOCA分析是需要扣除的，应见到水位的突然下落。

在水位上升至堆芯底部，开始再淹没阶段，堆芯全部淹没后

进入长期冷却阶段。

5.2.3有关LB LOCA 的问题讨论

（1）破口位置的影响

分析表明，冷管段破口会造成最高的PCT，其原因是：

(1) 破口流量与原堆芯流量方向相反，引起喷放早期冷却

恶化；

(2) 上腔室压力高，使堆芯水位降低；

(3) 破口流出的是低焓冷却剂，流量大而带出的热量少；

(4) ECCS冷却剂流失比例高。

这是对堆芯响应分析而言的，对于安全壳压力分析就有可能

热管段或中间管段破口后果更很重。

（2）喷放系数CD的影响

喷放系数CD 的影响，也就是指破口尺寸的影响，喷放系教

取1.0，即相当于200%管道截面破口，如取CD=0.6，相当于120% 管道截面破口。

分析表明，并不是取CD 为1.0，PCT最高。这是因为PCT

的高低，与喷放结束时燃料元件储存的能量多少有很大关系。破

口大（即CD取值大），过程中堆芯冷却剂从正向流动变为反向流动的时间短，恶化冷却不严重；破口略小，流动滞止现象显著，

影响喷放早期元件的冷却，喷放结束时元件贮能量多，如果破口再小一些，则又推迟元件裸露的时间，燃料元件储存又减少了。对于100万千瓦的核电厂，大致CD=0.6时可得最高PCT，

对于较小的反应堆，造成最高PCT的CD可能会小一些。

（2）燃耗的影响

燃耗的影响主要在于燃耗影响芯块与包壳间气隙的大小，从

而影响稳态运行时，燃料元件储能的多少。燃料芯块受到辐照，先期收缩，后期膨胀，中间有一段时间气隙最大，此时燃耗大约为7000~8000MWD/MTU，这一因素可影响PCT约20℃。

（4）主泵运行方式的影响

在LBLOCA事故过程中，如主泵保持运行，会发生喷放早期

堆芯再灌水现象，对缓解事故极为有利。

（5）上封头冷却剂初始温度的影响

上封头储存了10t冷却剂，在事故过程中，这些冷却剂会因

温度不同而起不同的作用。

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上封头内的冷却剂极少流动，它受γ射线等热源加热，为使其

温度不至太高，在吊兰上打孔，以提供上封头旁路流量。这些水通过控制棒导管等一些缝隙，流入上腔室。在LBLOCA过程中，稳压器会首先排空，这时在整个一回路中，上封头水温可能会是最高的，于是这些水就开始蒸发，上封头起了稳压器的作用，系统的压力降不下来，会使安注信号推迟，在上腔室压力的压迫下，堆芯水位将降低。因而上封头水温越高，事故越严重。过去的设计上封头旁路流量为总流量的0.5%。对此在作事故分析时，偏高