核电厂非能动氢复合器消氢效率试验优化.pdf
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1、第26卷 第5期2023年10月Vol.26 No.5Oct.2023山东电力高等专科学校学报Journal of Shandong Electric Power College核电厂非能动氢复合器消氢效率试验优化刘爱明,徐艳凤(山东核电有限公司,山东烟台265116)摘要:结合某核电厂非能动氢复合器的结构和消氢工作原理,阐述了非能动氢复合器催化剂盒消氢效率试验的方法、内容和数据,提出调整试验用气混合配比、固化试验装置存放场地等优化措施,以降低工业安全风险,确保设施稳定运行。关键词:核电;非能动氢复合器;消氢效率;催化剂中图分类号:TM623文献标志码:B文章编号:2096-9104(2023
2、)05-0036-04Optimization of Hydrogen Elimination Efficiency Testing for PassiveAutocatalytic Recombiners in Nuclear Power PlantsLIU Aiming,XU Yanfeng(Shandong Nuclear Power Co.,Ltd.,Yantai 265116,China)Abstract:Combining the structure and hydrogen elimination mechanisms of passive autocatalytic recom
3、biner in a nuclear powerplant,the method,scope and data of the hydrogen elimination efficiency testing of the passive autocatalytic recombiner catalystbox are expounded.And the optimization measures,including adjusting the gas mixing ratio for testing and fixing the storage location of testing equip
4、ment,are proposed to mitigate industrial safety risk and guarantee the stable operation of the facility.Keywords:nuclear power;passive autocatalytic recombiner;hydrogen elimination efficiency;catalyst0引言压水堆核电站发生严重事故时,燃料包壳和堆芯内其他的金属会发生氧化反应,产生大量氢气,氢气在安全壳内扩散,同时不断与空气和水蒸气混合,形成可燃混合气体,一旦发生燃烧和爆炸,将对安全壳的完整性产生威
5、胁1。核电站事故工况下的氢气消除是保证核安全的最后一道屏障。非能动氢复合器(passive autocatalytic recombiners,PAR)符合第三代核电技术的非能动核安全理念,是目前严重事故工况下主流的消氢技术2。目前,对非能动氢复合器的消氢机理和特性的相关研究较多,对核电厂中消氢试验的方法介绍和试验优化的相关研究较少。本文结合工程实际,以某核电厂为例,阐述了非能动氢复合器的应用,分析了该厂核电机组在调试和大修中非能动氢复合器消氢效率数据,提出了非能动氢复合器催化剂盒消氢效率试验的优化措施。1非能动氢复合器1.1非能动氢复合器设计背景非能动氢复合器是核电站消氢安全必备的设施。当核
6、电站发生冷却剂丧失事故(lost of coolantaccident,LOCA)或者严重事故时,大量的氢气在安全壳内聚集,可能发生燃烧或爆炸。非能动氢复合器可以在事故状态后消除安全壳内空气中的氢气,使空气中的氢气体积浓度(以下简称“浓度”)有效控制在易燃限值4%以内,防止不受控的氢燃烧,以保证核电站的安全。非能动氢复合器可使氢气和氧气复合,复合过程发生在事故早期阶段氢气积累前。非能动氢复合器可在很大范围内的环境温度、气体浓度和蒸汽压力下工作。非能动氢复合器在发生任何设计基准事故后,能维持安全壳内较低的氢气浓度。对于严重收稿日期:2023-07-31作者简介:刘爱明(1981),男,工程师,主
7、要研究方向为核电站运维与试验。编辑部收稿邮箱:36事故,非能动氢复合器也具有消除氢气的功能,为氢气点火器提供纵深防御功能。1.2非能动氢复合器原理非能动氢复合器采用催化消氢原理,使氢气与空气中的氧气在催化剂的作用下结合生成水,以消除氢气。同时,生成的反应热提高了催化床部分空气的温度。根据连通器工作原理,在装置进出口处,装置内外的温度差形成了一定的压力差,空气加热后密度减小而上升,冷空气持续不断地补充,形成含氢空气在装置中持续稳定流动的“烟囱效应”,使含氢气的空气在安全壳内与氢复合器间形成对流循环,实现了氢复合器的“非能动”要求3。通常情况下,氧气和氢气只有在 600 及以上的高温环境下才会通过
8、快速燃烧而复合。如果存在铂族金属等催化剂,“催化燃烧”可在低于0 的温度环境下发生。在催化剂表面原子或分子的吸引下,氧气和氢气分子被吸收到催化剂金属表面。非能动氢复合器设备采用金属铂或金属钯作为催化剂,将氢气和氧气催化合成水蒸气。催化过程主要包括:氧气和氢气扩散到催化剂;催化剂反应;通过中间反应形成反应产物;反应产物解吸附;反应产物扩散且远离催化剂。氧气和氢气只有扩散到催化剂后才会发生反应,并且只有在反应产物远离催化剂后才能有更多的反应发生。1.3非能动氢复合器结构该核电厂每台机组安装有两台 100%容量非能动氢复合器。每台非能动氢复合器由本体和催化剂盒两部分构成。设备主体材料为不锈钢。催化剂
9、盒框架由不锈钢丝筛网和不锈钢压边条构成,内置球型消氢催化剂。催化剂的活性成分为铂和钯。非能动氢复合器的结构及消氢原理如图1所示。非能动氢复合器采用的不锈钢外壳,既作为设备结构,又用来支撑催化剂,内装102片催化剂盒。外壳延伸到催化剂上方构成烟囱,烟囱可提供进一步的提升力,从而提高设备的效率和通风效果。催化剂可装于滤筒内,或者沉积在金属板底层上,并支撑在外壳内。滤筒或金属板之间的空隙作为通风通道。在非能动氢复合器运行中,设备内的空气被催化反应过程中产生的热量加热,因自然对流作用而上升。由于空气的上升,置换空气通过非能动氢复合器底部抽入复合器,并由放热反应加热形成水蒸气,然后通过烟囱排出。图1非能
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