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研究生: 林正中
Lin,Jheng Jhong
論文名稱: 核能一廠圍阻體過濾排氣系統GOTHIC分析模式建立
Development of Filtered Containment Venting System GOTHIC Model for Chin Shan Nuclear Power Plant
指導教授: 白寶實
Pei,Bau-Shei
許文勝
Hsu,Wen-Sheng
口試委員: 苑穎瑞
梁國興
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 核子工程與科學研究所
Nuclear Engineering and Science
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 84
中文關鍵詞: 金山電廠氫氣爆炸圍阻體過濾排氣系統核一廠
外文關鍵詞: Chin Shan Nuclear Power Plant, Hydrogen Explosion, Filtered Containment Venting System, FCVS
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  • 論文中利用GOTHIC程式建立核一廠一次圍阻體與IMI/Sulzer設計之圍阻體過濾排氣系統(Filtered Containment Venting System, FCVS)之GOTHIC分析模式。在保守假設下,利用此GOTHIC模型探討三個案例:第一個案例探討利用FCVS進行排氣時FCVS內空氣體積分率下降至20%以下無發生氫氣爆炸之風險所需時間;第二個案例探討當圍阻體內部高氫氣體積分率之氣體排入初始氣體狀態為100%空氣之FCVS內部時,開啟暫態之空氣與氫氣體積分率組合是否會進入可爆燃區或可爆轟區而有發生氫氣爆炸之風險;第三個案例探討若FCVS無法正常關閉,圍阻體於低壓力時仍利用FCVS排氣,是否會有空氣流入FCVS導致FCVS內空氣體積分率上升而有氫氣爆炸之風險。研究結果顯示,在大量產生氫氣前開啟FCVS,60秒內FCVS內空氣體積分率皆下降至20%以下;大量產生氫氣後開啟FCVS,40秒內FCVS內空氣體積分率皆下降至20%以下;FCVS內的氣體體積分率組合在FCVS開啟暫態時間可進入可爆燃區或可爆轟區;若FCVS無法正常關閉,圍阻體在低壓力下仍利用FCVS排氣,結果顯示無空氣流入FCVS使空氣體積分率上升。針對降低FCVS氫氣爆炸風險之方法,建議對FCVS加裝氮氣注入裝置,並在FCVS開啟前對FCVS填入氮氣降低空氣體積分率避免開啟暫態之氫氣爆炸風險;加裝預熱裝置,在開啟FCVS前對管路預熱,避免水蒸氣被管路中冷空氣及管壁冷凝使空氣與氫氣體積分率上升而增加氫氣爆炸風險;避免FCVS管壁有累積靜電產生火花之可能,例如使管壁良好接地。


    In this study, we construct the GOTHIC model of Chin Shan Nuclear Power Plant and FCVS (Filtered Containment Venting System) designed by IMI/Sulzer with GOTHIC code. Under conservative assumptions, we investigate the three cases: the first case investigate how long does it take to lower volume fraction of air of FCVS to below 20%; the second case investigate whether the combination of the volume fraction of air and volume fraction of hydrogen can enter flammable or detonable region at the transient of opening; the third case investigate whether the air will flow into FCVS when venting under low pressure;. The consequence of this study shows that the volume fraction of air of FCVS will be lower than 20% in 60 seconds; the combination of volume fraction of air and volume fraction of hydrogen can enter flammable or detonable region at the transient of opening; air will not flow into the FCVS when venting with FCVS even under low pressure. To lower the risk of hydrogen explosion, we suggest that when using FCVS, it should equip with nitrogen vessel and preheater to make the FCVS inert and avoid steam condensation before venting with FCVS, and accumulation of static electric charge should be avoided during venting process at any place of the venting route.

    摘要 i Abstract ii 目錄 iii 表目錄 iv 圖目錄 v 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究目的 2 1.3 論文架構 3 第二章 文獻探討 4 第三章 GOTHIC程式介紹 8 第四章 研究方法 18 4.1 THAI-HM2實驗介紹 19 4.2 THAI-HM2實驗GOTHIC分析模式 23 4.3 核一廠一次圍阻體與圍阻體過濾排氣系統 26 4.4 核一廠一次圍阻體與圍阻體過濾排氣系統GOTHIC分析輸入模式 30 4.4.1 GOTHIC分析輸入模式說明 31 4.4-2探討案例之說明、初始條件與假設 40 4.5 Shapiro & Moffette 燃燒條件區塊分布三元圖 45 第五章 結果與討論 49 5.1 THAI-HM2實驗數據與GOTHIC程式計算結果校驗 49 5.2 圍阻體與過濾排氣系統GOTHIC程式分析結果 53 5.2.1 FCVS內空氣體積分率下降至20%以下無氫氣爆炸風險之時間 53 5.2.2圍阻體內產生大量氫氣後開啟FCVS之開啟暫態 59 5.2.3圍阻體低壓力時利用FCVS排氣,空氣是否流入FCVS 76 第六章 結論 81 參考文獻 84

    1. Electric Power Research Institute, GOTHIC: Containment Analysis Package User Manual, version 8.0, NAI 8907-02 Rev. 20, January 2012
    2. Electric Power Research Institute, GOTHIC: Containment Analysis Package Technical Manual, version 8.0, NAI 8907-06 Rev. 19, January 2012
    3. Electric Power Research Institute, GOTHIC: Containment Analysis Package Qualification Report, version 8.0, NAI 8907-09 Rev. 12, January 2012
    4. OECD/NEA, “Status report on Filtered Containment Venting”, NEA/CSNI/R(2014)7, July 2014
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    6. Shapiro, Z. M. and Moffette, T. R., “Hydrogen Flammability Data and Application to PWR Loss-of-Coolant Accident”, WAPDSC-545, Bettis Plant, September 1957
    7. NRC, “Near-Term Report and Recommendations for Agency’s Actions Following the Events in Japan”, SECY-11-0093, July 12, 2011.
    8. NRC, “Prioritization of Recommended Actions to be Taken in Response to Fukushima Lessons Learned”, SECY-11-0137, October 3, 2011
    9. 台灣電力公司第一核能發電廠,沸水式反應器核能電廠訓練教材,台灣電力公司,民國84年12月
    10. 沈紘毅,「核能一廠Mark-I型圍阻體氣體擴散濃度GOTHIC程式分析模式建立」,國立清華大學核子工程與科學研究所,碩士論文,民國一百零一年

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