CFETR真空室超壓保護系統管道設計與優化

陶臘寶，楊慶喜，徐 皓，陳 建，李 寧，陸 坤，宋云濤，周才品

(1.等離子體物理研究所，安徽 合肥 230031；2.中國科學技術大學，安徽 合肥 230026；3.核工業西南物理研究院，四川 成都 614007)

中國聚變工程試驗反應堆(CFETR)是我國自主設計的托卡馬克核聚變裝置，是中國實現聚變能發電的一個關鍵裝置，它的目的是完成ITER到DEMO的過渡。超壓保護系統是CFETR中重要的安全系統之一，包含杜瓦超壓保護系統和真空室超壓保護系統(VVPSS)。本文研究對象是VVPSS，其工作目的是保護真空室免受冷卻劑進入事故(ICE—Ingress of Coolant Event)、真空泄漏事故(LOVA—Loss of Vacuum Accident)或者冷卻劑泄漏事故(LOCA—Loss of Coolant Accident)所帶來的危害[1,2]；工作原理是通過泄放裝置將過壓介質蒸汽排放到泄壓罐中冷凝來降低真空室內的壓強，達到保護真空室的效果。

結合相關的核聚變工程經驗[3,4]，將真空室內泄漏事故分成小泄漏事故和大泄漏事故。當發生泄漏事故，真空室內最大壓強未達到135 kPa，是小泄漏事故，超過135 kPa為大泄漏事故。考慮小泄漏事故發生較為頻繁，使用泄壓閥泄放過壓氣體；考慮大泄漏事故泄漏量大和響應時間短，采用爆破片裝置泄放過壓氣體。由此總結CFETR VVPSS初步設計方案：當真空室內壓力達到100 kPa時，為發生小泄漏事故，泄壓閥開啟，通過小泄放管路泄放介質氣體進入小泄壓罐(SLT—Small Leak Tank)內冷凝；當真空室內的壓力達到135 kPa時，為發生大泄漏事故，爆破片在幾毫秒內激活，通過大泄放管路泄放介質氣體進入大泄壓罐(LLTs—Large Leak Tanks)內冷凝。VVPSS的總體結構布局如圖1所示。

圖1 CFETR VVPSS總體結構布局Fig.1 Overall structure layout of CFETR VVPSS

1 VVPSS總體布局設計

1.1 VVPSS接口設計

為了滿足CFETR VVPSS的設計要求，初步設計VVPSS的結構組成：泄壓罐(STs—Suppression Tanks)、泄壓閥、破裂片和泄放管線[3,4]，如圖1所示。……