0 引　言

伴随三哩岛事故的发生，反应堆的给水丧失事故逐渐引起世界各国的高度重视^[1-2]。与核电站反应堆比较，船用反应堆结构功能复杂，工况改变频繁，蒸汽发生器给水故障发生频率相对较高。船用堆的1台蒸汽发生器给水故障条件下，传统单环路运行方案^[3]输出堆芯功率有限，为满足航行过程中的高功率需求，操作员可通过及时干预尝试船用堆2条环路的温度不对称运行。而船用堆的蒸发器二次侧水容积较小，事故发展速度较快，操作员能够及时有效地运行干预难度较大。本文利用RELAP5/MOD3.2程序^[4]建立船用堆一维系统模型，对蒸汽发生器给水故障情况下反应堆2条环路的温度不对称运行特性进行计算分析，为操作员的安全运行提供相关理论依据。

1 模型建立

船用反应堆采用单堆双环路布置，由一回路系统和二回路系统组成，包含1座反应堆、1台稳压器、2台蒸汽发生器及相关的泵、阀门、管道等。正常运行过程中，稳压器可以通过喷淋或加热过程实现系统压力控制；蒸汽发生器可以通过U型传热管的热传递作用将一回路热量传递给二回路，并产生蒸汽进入汽轮器做功。

本文采用RELAP5/MOD3.2程序对船用反应堆进行系统建模。建模过程中，对船用反应堆的一回路系统做了与实际相同的模拟，模型包含压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、管道和阀门等；对二回路系统进行简化，仅模拟了蒸汽发生器以及相关的给水管道和蒸汽管道，并使用时间相关控制体作为给水管道和蒸汽管道的进、出口边界条件^[5-6]；主泵建模过程中，使用了RELAP5/MOD3.2内置的主泵水力部件PUMP进行模拟，且使用了主泵四象限类比曲线。本文建立的船用反应堆一回路系统RELAP5热工水力模型如图1所示。

2 给水故障分析 2.1 稳态测试

满功率稳态运行条件下，利用RELAP5模型计算分析船用反应堆的系统运行参数，并与反应堆的设计参数进行比较，如表1所示。表1中，相关运行参数进行了归一化处理，并通过对比验证了本文RELAP5模型的可靠性，满足船用堆温度不对称偏环路运行的安全分析需求。

2.2 温度不对称运行分析

给水泵故障或给水阀门卡开导致给水流量减小，蒸汽发生器带走热量能力降低，反应堆堆芯功率被迫降低。1台蒸汽发生器故障情况下，船用反应堆的设计特点使其具备单环路运行能力，但反应堆功率不能过高。如果此时需要提供最大前进动力满足航行需求，操作员可通过及时干预尝试船用堆的温度不对称偏环路运行。温度不对称偏环路运行过程中，反应堆压力容器左、右环路的冷却剂出口温度和流量相等，而异常环路一次侧的压力容器进口温度升高，存在运行参数超出安全运行限值的可能。因此需利用理论分析方法得到船用堆温度不对称运行的系统特性，为操作员的安全运行提供相关理论依据。

本文RELAP5模型的计算初始条件和干预措施如下：1）船用堆的初始稳态运行功率为76%额定功率；2）1500 s后，系统异常环路的给水阀门卡开，蒸汽发生器可维持最大给水流量分别为初始流量的40%，60%，80%，同时二回路的蒸汽流量调节阀自动响应动作使二回路负荷降低；3）运行至1505 s时，操作员开始根据异常环路蒸汽发生器的最大给水流量，及时降低反应堆功率，使反应堆功率对应下降至初始功率的70%，80%，90%（堆芯功率对应于反应堆左、右环路2台蒸汽发生器维持给水流量）。

船用堆转换温度不对称偏环路运行过程中，一回路堆芯功率、压力容器进出口温度随时间的变化情况分别如图2～图5所示。图中相关参数均根据初始运行值进行了归一化处理，即动态值/初始值。

由图2和图3可知，船用堆转换温度不对称偏环路运行过程中，压力容器出口冷却剂温度和正常环路进口冷却剂温度均降低，且温度降低幅值与蒸汽发生器可维持最大给水流量的减少幅值成正相关。由图4可知，船用堆转换温度不对称偏环路运行过程中，压力容器异常环路进口冷却剂温度升高，温度升高幅值与蒸汽发生器可维持最大给水流量的减少幅值成正相关。当蒸汽发生器可维持最大给水流量为40%时，异常环路冷却剂进口温度出现较大波动，此时压力容器左、右环路两进口冷却剂温度偏差最大，最大值为13.32 ℃；而蒸汽发生器可维持最大给水流量为60%时，压力容器左、右环路两进口冷却剂最大温差为9.27 ℃。

这是由于船用堆转换温度不对称偏环路运行时（1500 s），堆芯功率降低使压力容器出口冷却剂温度降低，开始阶段正常环路一侧蒸汽发生器带走热量的能力不变，导致正常环路压力容器进口冷却剂温度降低；而异常环路一侧蒸汽发生器带走热量能力降低，导致异常环路的压力容器进口冷却剂温度升高，因此压力容器左、右环路的进口冷却剂温度出现较大偏差。

船用堆转换温度不对称偏环路运行过程中，二回路蒸汽发生器压力、水位以及一回路稳压器压力、水位随时间的变化情况分别如图6～图9所示。

由图6可知，船用堆转换温度不对称偏环路运行过程中，异常环路蒸汽发生器压力升高，升高幅值与蒸汽发生器可维持最大给水流量成负相关，其中异常环路SG维持40%给水流量条件下蒸汽发生器内部压力较高，且压力、温度均存在较大波动现象。由图7可知，船用堆转换温度不对称偏环路运行过程中，异常环路蒸汽发生器水位降低，降低幅值与蒸汽发生器可维持最大给水流量成正相关。这是由于蒸汽发生器给水流量下降较多时，汽水分离器的疏水温度较高，当疏水与给水混合后会产生大量蒸汽；大量蒸汽的产生使蒸汽发生器内部压力升高、水位降低，从而出现了压力、温度的波动现象，而系统压力、温度的波动现象不利于运行的控制和稳定，应该尽量避免这种现象的出现。

由图8和图9可知，稳压器的压力和水位均随蒸汽发生器给水流量的减少而降低，且压力和水位的减小幅值与最大给水流量的减少幅值具有正相关性。这是由于反应堆压力容器出口冷却剂温度降低产生负的流量通过波动管流出稳压器，导致稳压器内部压力逐渐降低，同时水位逐渐降低。

3 结　语

本文利用RELAP5/MOD3.2程序建立船用反应堆系统的一维模型，对蒸汽发生器给水故障引起的反应堆温度不对称运行进行计算分析，得到如下结论：

1）蒸汽发生器给水故障且可维持的最大给水流量小于40%时，船用堆转换2条环路温度不对称运行过程中，异常环路的蒸汽发生器压力、温度会存在较大波动，不利于运行的控制和稳定。此时操作员应该及时切断异常环路实现单环路运行。

2）蒸汽发生器给水故障且可维持的最大给水流量为60%时，船用堆转换2条环路温度不对称运行过程中，压力容器左、右环路两进口冷却剂最大温差为9.27 ℃，与其余相关系统运行参数均满足安全运行限值要求，此时操作员可及时根据故障蒸汽发生器可维持的最大给水流量降低反应堆功率，实现温度不对称偏环路运行确保为航行提供最大动力。

3）蒸汽发生器给水故障，船用堆转换2条环路温度不对称运行时，操作员应注意反应堆功率的调节，密切关注异常环路蒸汽发生器压力、水位变化，防止出现超压。