核反应堆安全分析-核安全-核技术-54核电厂的严重事故

5.4 安全壳内的过程 5.4.1作用于安全壳内的机械负荷和热负荷 3）熔融堆芯物质与混泥士相互作用
混泥土消融的化学反应 (1)CaCO2——CaO+CO (2)Ca(OH)2——CaO+H20 (3)2H2+O2——2H20
两种极端情况 如果混泥土的消融过程是氧化过程，堆芯熔融物 可能与混凝土和岩石相溶混。 在消融过程中将伴随钢的熔化。
5.4 安全壳内的过程 5.4.1作用于安全壳内的机械负荷和热负荷 2）安全壳失效模式分类
α：蒸汽爆炸； β：安全壳隔离故障； γ：由于氢气燃烧产生的超压； δ：由于蒸汽和不凝气体产生的超压损坏； ε：地基熔穿； ν：安全壳旁通。
5.4 安全壳内的过程 5.4.1作用于安全壳内的机械负荷和热负荷 2）安全壳失ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ时间分类
β：安全壳隔离损坏； ν：安全壳旁通； α，γ，δ1：接近反应堆压力容器熔穿(早期损坏)时的 超压损坏； δ2 ：反应堆压力容器熔穿后数小时； ε：地基熔穿，裂变产物释放至大气中(后期故障)。
5.4 安全壳内的过程 5.4.1作用于安全壳内的机械负荷和热负荷 2）高压熔化喷射和直接安全壳加热
反应堆安全分析
第五章: 核电厂严重事故
目录
5.1 严重事故过程和现象 5.2 堆芯熔化过程 5.3 压力容器内的过程 5.4 安全壳内的过程 5.5 严重事故管理 5.6 核电厂事故应急管理 5.7 三里岛事故 5.8 切尔诺贝利事故 5.9 日本福岛核电站事故
5.4 安全壳内的过程 5.4.1作用于安全壳内的机械负荷和热负荷 1）安全壳作用 在各种事故工况下起着阻止或减缓放射性物质对环境可 能释放的作用
碎片床的冷却是一个非常复杂的传质传热过程，强 烈地受下列可变因素的影响：碎片床颗粒的尺寸、冷 却剂穿过碎片床的方法、碎片床的厚度以及系统的压 力等。
5.4 安全壳内的过程 5.4.2堆坑中的现象 碎片的夹带和堆坑内气体的流动 在弯道处的沉积和再次夹带 坑道内金属的氧化 坑道的快速加热和增压 堆芯碎片与堆芯中水的相互作用
5.4 安全壳内的过程
5.4.1作用于安全壳内的机械负荷和热负荷 3）熔融堆芯物质与混泥士相互作用
熔融金属物材料与水的反应
(1)Fe+ H2O——FeO+H2 (Fe=1 000kg；H2O=322．3kg；H2=36.1kg） (2)3Fe+4H2O—Fe2O4+4H2 (Fe=1 000lKg；H20=429．7kg；H2=47.71kg） (3)2Cr+3H2O—Cr203+3H2 (Cr=1000kg；H20=519.2kg；H2：57.7kg)。 (4)Zr+2H2O—ZrO2+2H2 (Zr=l000kg H20=394.6kg；H2=43.81kg)
5.4 安全壳内的过程
5.4.1作用于安全壳内的机械负荷和热负荷 4）碎片床的冷却
碎片床的可冷却性取决于水的供给量及其方式，堆 芯碎片的衰变功率，碎片床的结构特性(碎片颗粒的 大小及其分布，空隙率及其分布)等。由于堆芯碎片 物质的最终冷却是终止严重事故的重要标准，碎片床 的可冷却特性是目前学术界研究的热点。
5.4 安全壳内的过程 5.4.3 安全壳内的现象 从扩散的碎片中快速传热 扩散碎片的快速氧化 传热至结构物 氢气的扩散和燃烧
5.4 安全壳内的过程
5.4.4 排放现象
起泡的喷射中断
气体突然冒出和气体力学雾化
孔的消融
消融是由于下列原因造成的： （1）雨水和暖空气导致融化； （2）蒸发（evapo- ration）； （3）升华，即不经过液态阶段的蒸发，升华作用在南极大陆起着 特别重要的作用，在这里气温太低冰雪不能融化，但是湿度却很低； （4）风蚀，即雪被风吹走； （5）崩解作用，冰山或较小的冰体从末端伸入湖泊和海洋中的冰 川上破裂脱离的过程。
5.4 安全壳内的过程 5.4.5 安全的旁路 一回路冷却剂以及相伴的放射性裂变物能够不进入 安全壳与空气混合，而是直接排放到外部环境中。
连接主系统与低压系统之间的隔离截至阀失效，引起 安全壳旁路。
蒸汽管破裂事故引起的堆芯熔化事故，放射性物质将 通过事故蒸汽发生器管道上的释放阀排到环境中 。
Direct Containment Heating (DCH)
图5.1.3 高压喷射和直接安全壳加热过程图
5.4 安全壳内的过程 5.4.1作用于安全壳内的机械负荷和热负荷 3）熔融堆芯物质与混泥士相互作用 (1)熔融堆芯落人安全壳的底部之后，它将与任何存在 的水相互作用。如果碎片床具有可冷却特性，并且可以 持续地提供冷却水，那么冷却碎片床是可能的。 (2)如果水被蒸发，则堆芯熔落物将保持高温，并开始 侵蚀混凝土，产生气体并排出。 (3)在堆坑中的水被蒸发之后，碎片床将重新加热并将 产生较大的向上辐射热流密度。在这种情况下，混凝土 将被加热、熔化、剥落、产生化学反应并释放出气体和 蒸汽。