NB／T 20462-2017 标准规范下载简介

NB／T 20462-2017 压水堆乏燃料干法贮存设施热工分析简介：

NB/T 20462-2017是中国核工业标准化研究所制定的一项标准，全称为《压水堆乏燃料干法贮存设施热工分析导则》。这项标准主要规定了压水堆乏燃料干法贮存设施在设计、建造和运行过程中，热工分析的基本原则、方法和要求。

热工分析是研究系统内部能量传递和转换过程的重要手段，对于乏燃料干法贮存设施来说，其核心是保障乏燃料的安全、稳定和高效的贮存。干法贮存指的是不使用水或其他冷却介质，而是利用空气或惰性气体进行冷却，因此，热工分析在理解并控制乏燃料的热量产生、传递和散发，防止过热，以及优化贮存容器和设施设计等方面具有重要作用。

NB/T 20462-2017标准中，可能包括了以下几个方面的内容： 1. 分析方法：规定了如何进行热工分析，包括使用的一维、二维或三维，以及使用的热物理参数等。 2. 分析内容：规定了需要进行的热工分析内容，如燃料元件的温度分布、冷却气体的流动特性、贮存容器的热应力分析等。 3. 分析要求：规定了分析结果的精度要求，以及在设计、建造和运行各阶段应进行的热工分析的频次。 4. 安全要求：明确了热工分析结果在确保乏燃料安全贮存中的应用，如设定的安全限值，异常情况的预警等。

总的来说，这项标准为压水堆乏燃料干法贮存设施的热工设计和管理提供了技术依据，对于保障乏燃料安全、高效贮存，防止环境和人员伤害具有重要意义。

NB／T 20462-2017 压水堆乏燃料干法贮存设施热工分析部分内容预览：

压水堆乏燃料干法购存设施热工

堆之燃料干法购存设施热工分

《电气设备安全设计导则 GB/T 25295-2010》NB/T204622017

一种地上的或地下的钢筋混凝土建筑物，内有贮存腔阵列。每个贮存腔可容纳一个或多个燃料元件。 贮存室的外部构筑物提供屏蔽。热量通常由贮存腔外部上空的循环空气或气体带出随后或直接排至外 部大气，或通过二次排热系统散失。

4.1.1热工分析应说明乏燃料干法贮存设施的排热能力能够使乏燃料包壳峰值温度低于设计准则所规 定的限值，并保证设施的热工参数不超过限值。 4.1.2分析论证的方法包括试验以及数值分析，或两者并用。立式混凝土筒仓式贮存容器热工计算可 参考附录A

2.1乏燃料干法贮存设施应能承受I类、IⅡI类、I类、IV类工况下的热负荷。I类、II类、II 类工况的定义以及对应关系见NB/T20461中第6章。 2.2热工分析所选取的工况以及采用的分析方法可参见附录B。

4.3.1.1.在长期贮存下，螨变是导致乏燃料包壳变形的主要因素。乏燃料包壳上较高的温度、压差及 相应的环向应力将导致乏燃料包壳发生持续永久蠕变。 4.3.1.2变所引起的变形会随着时间推移缓慢发展并使乏燃料棒内的压力降低，乏燃料包壳温度降 低也会使环向应力减小，从而减缓蠕变的速率。由于乏燃料衰变热随时间减小，在干法贮存后期，进一 步的糯变变形将微乎其微。 4.3.1.3为了保证乏燃料组件的结构完整性，确保蠕变不会导致包壳破损，对于锆合金包壳，应满足 以下温度限值的要求： a）I类工况下，对所有燃耗的乏燃料，包壳峰值温度不得超过400℃； b）I类工况的乏燃料短期装载和贮存操作（包括干燥、填充惰性气体以及容器转运）过程中，可 能出现反复的热循环（反复加热/冷却），热循环的次数应小于10次，且每次的热循环周期中 包壳温度变化幅值应低于65℃； c）IⅡI类、II类、IV类工况下，对所有燃耗的乏燃料，包壳峰值温度不得超过570℃。 注：对于低燃耗燃料（指燃耗低于45GWd/tU的燃料），可对类工况的乏燃料短期装载和贮存操作（包括干燥、填充 请性气体及容器转运）过程采用更高的温度限值，只要分析人员证明：对于调整后的温度限值，采用最佳估算 的包壳环向应力等于或小于90MPa。如果分析人员能够证明，在570℃的温度条件下采用最佳估算的包壳环向 应力小于或等于90MPa，则570℃是最高温度限值。对于更高的温度限值，分析人员应提供合理充分的理由， 并经过国家核安全部门的认可。

4. 3. 2其他材料

本条规定了除乏燃料包壳以外的其他材料确定温度限值的基本要求。已有标准规定的材料可技 示准选取温度限值。对于无标准规定的材料，确定温度限值时应考虑以下要求：

b）材料发生化学反应的温度，并对屏蔽、次临界或结构完整性造成的影响； 材料温度限值的不确定性而提供的保守裕量： d）材料在1类、ⅡI类、III类、IV类工况下可能达到的温度。

4.4.1乏燃料衰变热

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4.5密封容器压力计算

热工分析需要计算密封容器内的气体压力，以保证其内压在各类工况下均满足设计限值。压力计算 应遵循以下要求： 压力计算可使用理想气体状态方程，并对容器腔内各气体成分的分压进行求和： 6) 压力计算应考虑容器腔的自由体积、容器腔内填充气体量（摩尔）及从破损的燃料棒中释放出 的气体量； ? 破损的燃料棒中所释放出的填充气体和裂变气体会使容器腔内的压力增大，1类工况下应假设 燃料棒的破损率为1%，II类、IⅢI类工况下应假设燃料棒的破损率为10%，IV类工况下应假 设燃料棒的破损率为100%：

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d）应假设破损的燃料棒内100%填充气体和30%主要的裂变气体释放到容器腔内： 压力计算应考虑密封容器内的温度分布。

对于压水堆乏燃料干法贮存设施，可采用试验的方法对热工分析的结果进行验证。热工试验可遵循 以下要求： a 压水堆乏燃料干法贮存设施首批建造时，可在贮存设施内设置若干温度测点，温度测量值用于 校正热工分析的计算和方法； 6 采用缩比进行试验时，应保证几何相似 C 试验场地的环境温度和环境压力应与热工分析采用的输入保持一致，如果环境温度与环境压力 存在差异，应说明此差异对试验结果的影响； 如果乏燃料贮存腔或贮存容器内填充了惰性气体，则试验中应填充同一种气体，并对压力值进 行测量； 温度测点应涵盖燃料组件中心区域、中子吸收体、贮存容器内壁面、贮存容器外壁面、混凝土 筒仓内壁面、混凝土筒仓外表面、混凝土筒仓底部和顶盖等关键位置； 编制试验大纲，试验大纲的内容应包括试验方案、试验人员、试验步骤、试验要求和评定标准。

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附录A （资料性附录） 立式混凝土筒仓购存容器热工分析

乏燃料干法贮存设施多采用不锈钢金属贮罐用于贮存乏燃料组件，外部通过金属或者混凝土提供放 射性屏蔽，内部则通过情性气体、空气或二氧化碳等包围并冷却乏燃料组件。 对于乏燃料干法贮存设施，热量通过燃料组件及内部的部件传递到表面，再经自然对流或强制对流 排放至外部环境。热工分析需要考虑辐射换热、对流换热以及热传导。 如图A.2所示，对于立式混凝土筒仓贮存容器，需要排出的总热量包括乏燃料组件的衰变热Qd和太 阳辐射到贮存容器的热量Qs。热量传递主要通过以下两个途径完成，其中最主要的途径是由进风口流 入、从出风口流出的空气（烟肉效应）带走的热量Q：另外一部分热量通过辐射和热传导传递至混凝 土筒仓外侧壁和顶盖外表面，通过与环境的对流和辐射换热排出热量Q2。这二个传热途径在热工分析 中均需要加以考虑。

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图A.2立式混凝土筒仓购存容器散热机制示意图

几何是热工分析的基本输入，几何建模中应遵循以下要求： 采用正确的坐标和单位制； b）选取合理的计算区域，选取的范围必须涵盖分析对象和相应的流动区域； 对几何结构进行简化时，不应改变原有的传热过程和传热机制，并确保结构简化对于热工分析 是保守的： 1 对于燃料组件，通常可不建立包括燃料棒、控制棒导向管和中子注量率测量导管的详细三维模 型，而是将整个燃料组件采用固体或多孔介质进行等效处理。燃料组件区域内的热传导和热辐 射采用等效导热系数进行等效处理，详见附录C； 对于立式混凝土筒仓贮存容器，混凝土筒仓外表面的钢衬结构、燃料篮格架底部的支撑结构对 热传导有显著影响，儿何建模时应加以考虑； 热工分析时应考虑密封容器内各部件之间的间隙，间隙的存在会产生气隙热阻，阻碍热传导并 导致温度上升； 几何结构对称时，可选取1/2

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A.5.1.1以立式混凝土筒仓贮存容器为例，可将混凝土筒仓和金属贮罐之间的空气流道（以下简称空 气域，见图A.3）和金属贮罐内的密闭氢气域（以下简称氨气域，见图A.4）设置为独立的流体域。 A.5.1.2空气域和氨气域为浮力驱动的自然对流，由于温度变化较大，建议采用理想气体状态方程描 述空气和氢气的热力学状态。热工分析时应选取合理的参考压力和参考密度，以减少数值计算的误差。 A.5.1.3对于燃料组件区域，采用多孔介质进行等效处理时，需要设置合理的孔隙率、渗透率和阻力 系数.用于计算氢气流经乏燃料组件时的压降入P

图A.4氢气域的自然循环

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由于乏燃料组件衰变余热，空气域和氨气域的壁面上存在较大温差，从而产生密度驱动的自然对 权热工分析的端流前，需要对计算域内的流动状态进行判定。 通常可采用格拉晓夫数Gr判断自然对流的流动状态。

式中： 8 一重力加速度； 体积热膨胀系数； △T温度差： [特征长度； V运动黏度。 对于竖圆柱形状的空气域和氨气域： Gr为1×104～3×10°时，空气域和氨气域内的流动为层流； Gr为3×10～2×10l°时，空气域和氢气域内的流动为过渡流； Gr>2×10l时，空气域和氨气域内的流动为端流。

Gr = gα,AT7 12

A.5.4.1在乏燃料干法贮存设施可能出现的温度范围内，空气、氨气发射和吸收辐射的能力非常弱 可近似为热辐射的透明体。热工分析中可以忽略空气和氨气的辐射和吸收特性，并在此基础上选用合适 的辐射换热。 A.5.4.2采用FLUENT程序计算辐射传热时可采用分散坐标（DiscreteOrdinates，简称DO） 或分散传输辐射（DiscreteTransferRadiationModel，简称DTRM）；使用CFX程序计算辐射 传热时可采用分散传输（DiscreteTransferModel简称DTM）。 A.5.4.3对于燃料组件区域，由于辐射传热已通过等效导热系数入ef加以考虑，因此不再考虑该区域内 的辐射传热。

热工分析时，乏燃料的衰变热作为热源设置在乏燃料组件区域内，由于乏燃料组件燃耗深度的不同， 每个乏燃料组件的衰变热功率可能存在差异，应根据实际装载方案确定每个乏燃料组件的衰变热功率。 衰变热应设置在燃料组件的活性段区域（即燃料芯块区域）《电厂标识系统编码标准 GB/T 50549-2010》，通常活性段中间区域的燃耗最大，设置衰 变热时应者虑沿料组件轴向的功率分布

以立式混凝土筒仓贮存容器为例，热工分析时，需设置以下的边界条件： 通风孔进口，采用压力进口边界，进口压力为环境压力，进口温度为环境温度； 通风孔出口，采用压力出口边界，出口压力为环境压力：

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混凝土筒仓顶部和侧面，综合考虑自然对流换热和辐射换热；对于自然对流换热，可采用如下 的关联式：

Nu=C(GrPr)"

为保证计算精度GB∕T 25975-2010 建筑外墙外保温用岩棉制品，选择离散格式时应尽量避免使用一阶离散格式，建议采用二阶及以上精度的离散 各式。如使用FLUENT时，压力项可选择二阶精度（SecondOrder）、动量项和端动能项可选择二阶迎 风格式(SecondOrderUpwind)或更高精度的设置。使用CFX时，对流项和端流数值项可采用高精度（High Resolution）设置。

对于瞬态计算，应设置合理的时间步长以保证计算结果的收敛性。时间步长的选取与特征长度 速度相关。 以CFX为例，可按照以下方法选取时间步长

计算公式中的Lvol,Lex，Lhe定义如下