论核电厂高能管道破裂喷射冲击影响区域杨浩论文_杨浩

摘要：在设计核电厂的时候设计者最需要考虑的一个问题就是怎么解决高能管道破裂问题。因为从高能管道破口喷射出的物质会对四周的建筑物和设备产生非常严重的喷射冲击效果。本文通过分析核电厂高能管道破裂出现的原因，同时计算喷射流模型和喷射锥的计算方法，通过分析的结果总结出更多设计核电厂高能管道破裂防护的条件，希望能够为以后的设计人员提供一些帮助。

关键词:核电厂；高能管道；破裂喷射；冲击

因为核电厂里面有很多的高能管道，这些管道会设计很多的接口处和端口处，在设计的时候如果不设计好高能管道，就会出现高能管道破裂，破裂之后就会影响整个系统的发展，严重的时候还会出现核电厂停止生产的现象。核电厂高能管道断裂破坏会造成非常大的影响，所以现在已经收到核电站设计者和很多安全管理人员的重视。核电站的设计人员在设计的时候会使用非常多的方法来进行试验，通过提高和分析方法来防止高能管道破裂对核电站的破坏，这样就能更好的保证核电站的安全。

核电厂高能管道就是核电厂在正常工作的时候运行的压力超过2MPa或者温度超过100℃的管道。在核电厂里面有非常多的高能管道，高能管道主要存在的系统包括：化学和容积控制系统、安全注入系统等。

在核电厂里面最严重的问题就是高能管道破裂问题，所以在设计的时候设计师需要重点考虑这个问题，核电厂高能管道破裂喷射出来的物质会对目标造成喷射冲击效应。

一、核电厂高能管道破裂喷射流模型

核电厂管道破裂之后管道里面的流体介质喷射出来之后会形成高速喷射流，这些喷射流的类型主要包括：

1、核电厂高能管道破裂喷射无膨胀喷射流

在冷水管道里面的流体在喷放的时候形成的不可压缩喷射流就是无膨胀喷射流。如图所示是环向破裂-无膨胀喷射流的示意图：

2、核电厂高能管道破裂喷射膨胀喷射流

在饱和水或者是过冷水管道里面喷射出来的流体介质会出现快速闪蒸现象，之后形成湿蒸汽，闪蒸之后会增加喷射流的直径，最终形成的就是膨胀喷射流。如图所示就是环向破裂-膨胀喷射流的示意图：

3、核电厂高能管道破裂喷射锥几何

在充满饱和水和过冷水的管道里面喷射出来的锥形膨胀喷射流就是喷射锥，如图所示是喷射锥区域范围：

根据图上提供的数据能够知道在喷射锥区域Region1里面的障碍物会受到破口上游滞止压力的喷射冲击作用。在喷射锥区域Region2里面是喷射流体自由膨胀的区域。Region3的区域是渐进平面之后的区域，在这个区域里面喷射出来的流体经过自由膨胀之后能够和周围的空气进行混合，并且开始像四周进行膨胀蔓延。

在Region1里面是喷射流的主要核心区域，在Region2里面和射流核心区进行连接，在通过渐进平面和Region3进行相交，在Region3里面是空气和喷射流相互掺杂的区域。

二、核电厂高能管道破裂喷射冲击影响区域实验：

1、核电厂高能管道破裂喷射选取的实验分析对象

在进行分析的时候选择核电厂安全注入系统里面的一条DN200的高能管道，核电厂专设的安全设施就是安全注入系统，安全注入系统主要的功能包括：（1）用来稳定稳压器里面的水位；（2）限制燃烧元件温度的上升；（3）防止堆芯重返。选择的RIS系统高能管道的参数如图所示：

2、核电厂高能管道破裂喷射实验计算结果与分析

在进行实验的时候会选择不同形式的压力和温度，在选取压力和温度参数的时候需要注意以下几点：高能管道在正确运行的时候选取的压力和温度参数低于设计工况；按照相应的设计压力选择合适的温度，在根据压力和温度计算出喷射几何参数和破口处流体的推力；通过压力值计算出喷射锥的几何参数。

（1）如图所示是核电厂高能管道破裂喷射实验流体介质和温度的关系图：

从图上的数据分析能够知道当温度逐渐上升的时候，流体介质的焓量也在不断的增加，当流体介质喷射到外界环境之后，液态水会经过闪蒸之后变成水蒸汽，水蒸汽上升之后就会让喷射流膨胀的更加剧烈，喷射影响的区域就会变得越来越大。

（2）为了更好的通过实验了解喷射锥几何外形的温度变化趋势，需要先绘制出能够起到分析结果的喷射锥轮廓图，在根据图上的内容分析RIS系统高能管道破裂的喷射锥几何参数。如图所示是核电厂高能管道破裂喷射实验喷射锥几何参数图：

从图上的数据能够知道，如果核电厂高能管道破裂喷射出来的流体介质温度不变的时候，喷射锥的几何参数会随着压力的变化出现变小的趋势，最小的时候图形会变成水平状。出现水平状说明喷射冲击的影响区域会受到流体介质的温度影响，和压力的关系不大。

（3）在过冷水喷放的时候流体介质会有一部分变成汽化热，最后变成水蒸汽，这就是闪蒸过程。需要注意的是核电厂高能管道破裂喷射冲击的影响区域除了会对周围产生影响之外还会对整个管道系统造成一定的影响。如图所示是核电厂高能管道破裂喷射实验破口处流体推力的数据：

从图上的数据能够知道流体温度的介质在不断升高的时候推力系数也不断的减少，同时破口处的流体推力也在大幅度的下降。

（4）如图是核电厂高能管道破裂喷射实验工况对比图，从图上能够看出温度的变化非常的明显，所以更能充分的证明温度和喷射冲击有非常大的关系。同时还能看出推力变化的效果不明显，这说明温度和推力在喷神冲击的时候出现的数值是非常不同的，值得注意的是，核电厂高能管道破裂喷射冲击影响区域会随着温度的升高而慢慢变大，推力系数会随着温度的升高而慢慢降低。这上面的数据都能够知道在核电厂高能管道破裂的时候流体介质的温度会影响喷射冲击影响的区域。影响之后产生的喷射效果会更加的严重，对整个核电厂高能管道都有非常大的影响。

结束语

在设计核电厂高能管道的时候需要进行合理的布置和设计，只有合理的设计才能减少管道出现更多的破口现象，在设计的时候先要进行精准的计算，通过计算之后进行设计，这样就能出现一套完整的高能管道设计，只有设计好才能更好的提供核电站高能管道的作用。

核电厂设计的时候最需要考虑的内部灾害就是高能管道破裂，所以本文通过以RIS系统高能管道进行设计，并同时对喷射冲击影响区域和破口处流体推力进行计算，在计算的时候发现，喷射冲击影响的范围会随着温度的升高而增加，除此之外还知道如果流体介质温度不变的时候喷射锥几何参数也会跟随压力的变化而变小。这些都说明在过冷水喷射的时候温度是主要的因素。

核电厂高能管道破裂在正常运行的时候，设计人员在设计的时候会选择最大压力和温度进行。总而言之，在设计核电厂高能管道破裂冲击时候在喷射冲击影响区域和被喷射的物体上都是处于保守的状态，但是一旦温度上升的时候就会让流体的推力下降，影响整个核电厂高能管道的整体推力。

参考文献

[1]EJ/T 335-1998.轻水堆核电厂假想管道破损事故防护设计准则[S].

[2]HAF 102-2004.核动力厂设计安全规定[S].

[3]黄树亮.方家山核电厂主蒸汽系统管道破裂破口喷放力分析计算[J].核工程研究与设计，2014（6）：42-45.

论文作者:杨浩

论文发表刊物:《科学与技术》2019年17期

论文发表时间:2020/1/15

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