[討論]福島 地震瞬停機的爐心冷卻 探討

[ggg12345 (ggg)]

: 3.因地震瞬停, 反應爐仍在可控狀態下, 但爐的遺熱仍在, 無法散熱下, 即使控
:   制棒全落下阻止快速生熱, 但也無法瞬間將熱移除. 因此會使爐內輕水汽化,
:   使得燃料棒缺水緩衝而快速反應生熱, 一旦高溫且燃料棒外露就發生燃料棒的
:   外棒體鋯金屬與水發生氫解, 造成爆炸.
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: 4.如果冷卻系統全停, 就從可控狀態進入危險的狀況, 一旦要靠洩氣降壓那就是
:   造成核污染的輕水蒸汽洩漏. 斷然處置必須洩壓後, 才能注入海水也就必然造
:   成核污染洩露.
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: 問題應該不是斷然處置是否有效的問題? 而是熔毀後是否造成更大汙染擴散!
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: 大家關心的問題, 應是在無核污染洩漏的前提要求下, 如何做到讓運轉中的反應
: 爐立即安全回到未運轉前的冷卻無高熱反應的停機狀態.
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: 這是無電力, 但仍有部份高壓蒸氣可產生動力, 且可能管線通路都發生洩漏或
: 阻斷情況, 尚伴有遺震下的迅速降溫冷卻問題.
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: 請研究熱傳的, 研究一套無電力下的快速散熱冷卻系統. 用重力水庫地震時自動
: 放水淹沒反應爐急速散熱也是可採行的爛招.
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福島一號機的反應爐內壓力是 設計圧力（8.7MPa abs）. 運転圧力（7.0MPa abs)
一個大氣壓是 0.1 MPa abs , 運轉時有 70 大氣壓在熱爐內.
一大氣壓= 0.76m 汞柱重. 換成水就是 0.76M*13.6(水銀比重)*70=723.5M

若不洩壓, 這個重力水塔要有 800 米高以上才有可能靠重力灌水進爐, 這顯然
不切實際. 洩壓則有放出幅射污染輕水的顧忌.

因此把洩壓氣體罩在水箱內的氣球裡又藉水散熱冷卻, 若可能做在密閉水箱裡再
借氣壓將水壓回爐內. 水箱內的氣球(或可膨脹的氣室)與水的接觸面就是熱氣的
散熱面. 水箱的水溫差與總量是水的熱容量, 也就是爐內的總熱量. 從發電量與
熱功效率倒算回去就可推知爐熱含量, 就知所需水量. 一個靠近原子爐, 注滿水
的密閉水箱與連接洩壓閥與注入口的全密閉管道應該就能將爐內餘熱移到升溫後
的大水箱. 同時也不會有爐內氣體洩漏到大氣的問題.

這個裝置的缺陷是一旦閥門打開, 從置高的水箱到爐體就形成連通管, 氣體會從
洩壓閥逸出到水箱的氣球(室), 這會將整個爐體注滿水. 就需要一個機械壓力傳
動的壓差作動裝置關閉重力水的進水口. 但, 理論上, 爐內的蒸汽壓若冷卻收縮
等於水箱的水對氣球(室)的重壓, 就不再會有氣體借熱氣壓擠進氣球(室). 這時
候, 原子爐內的氣體就會從氣球內被擠縮回原子爐, 使爐內保有空氣空腔.

本建議的方法是有個可散熱又能收集爐內氣體的可膨賬氣球(室), 利用連通管讓
水箱的水藉重力差與熱氣壓壓水進爐, 同時靠大接觸面的氣球(室)散熱, 利用水
的熱含量移走爐內餘熱. 持續的燃料棒熱可由水箱再經其它散熱(如接到海水的熱
管)方式散熱. 只要氣球(室)與水的接觸面夠大, 就足夠膨漲冷卻並由新水注入.

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http://info.taipower.com.tw/TaipowerWeb//upload/files/34/TNM_351_I5.pdf
在台電的核能月刊裡, 介紹了使用重力水池的一個設計.

(3) 採用被動安全系統
即利用物質的重力，流體的對流、擴散等自然現象，不需要動力驅動的安
全系統，以適應在緊急情況下冷卻及移除爐心餘熱。如此系統既簡化，設備也
減少，又提高了安全度和經濟性。這重大改進是代表核能安全發展的方向。

日本大地震產生海嘯並造成全黑事故，影響冷卻水功能致餘熱無法排出，最
後溫度過高造成鈾燃料熔毀。第三代 AP1000 採用“本性安全”安全系統，就是
在反應器上方頂著個千噸級水箱(圖 3)，一旦遭遇緊急情況，不需要電源僅利用
地球重力就可驅動安全系統。從本性安全設計理念來說 AP1000 核電機組可因應
類似福島因自然災害疊加引起的核事故，AP1000 的冷卻水在封閉的管線中循環
流動。冷卻水處於高壓下，因此水流過反應器爐心時會吸收熱但不會蒸發，管線
本身則是以附屬水槽的水冷卻。如果幫浦失去電力，反應器還有備用電池。如果
電池也失效，還有重力可接替冷卻。反應器的鋼鐵圓頂圍阻容器內有三個緊急水
槽，安置在爐心上方，水可由水槽流下。斷電時閥門會打開，爐心中的水壓逐漸
降到低於水槽內的水壓，使水槽中的水流入，冷卻燃料棒。必要時，外圍混凝土
遮罩建物屋頂還有第四個水槽，可將水灑在容器表面，沸騰成蒸汽後帶走熱。在
圓頂容器內部，蒸汽由爐心上升，接觸溫度較低的頂部，凝結成水再落回爐心。
西屋公司前技術長布魯斯基表示，這第四個水槽可容納 295 萬公升水，足以支持
三天，也能以消防軟管補充。另外，建物內的通風口可引入外界空氣，協助冷卻
鋼鐵圍阻容器。
這些備援功能的優點（也是 AP1000 針對舊型反應器所做的改良）是完全不
需要電力或人員操作。支持者認為，類似福島核電廠發生的「電廠停電」狀況
（電力網和廠內備用發電機都無法提供電力，使所有冷卻幫浦停擺），如果有
這些系統，問題就會小得多。就算備援功能只維持數天，也可給電廠操作人員
一段時間恢復供電。

→ joeism:說真的，g大常po的這些文是否應該移駕到專版討論比較恰當…
→ belleville2:喔，對板上g大這類型的文章早已麻木見慣......
貼的時機與地點可能不對! 但我是抱著期望的, 這版一定有這行而且領域相近的.
因為實在有太多的疑問.
對找教職言, 原子能委員會的稀少性科技人員是很好的職缺, 有過之無不及!

福島一號機是裝備有 Isolation Condenser 的唯一系統, 這是個 passive 裝置
不必用上電力設備, 但第一個發生熔毀氫爆的卻是這個一號機系統.

設計與人為失誤是很明顯的, 但大家都避而不明指這個問題, 而歸罪於沒預料到
的高浪海嘯淹過來. 但這個一號機第一爆, 那就是摧毀整個運作人員的信心而失
控了. 台灣有核一,二都是老式的沸水反應爐跟福島一號機是類似的, 核三是改
良型. 如果萬一有同樣的地震海嘯發生在台灣, 這個 Passive Isolation
Condenser 應該是能發揮作用的.

首先, 安全防護系統在失去電力時應該處於無電力下的安全防護狀態, 人工按電
紐切斷, 失電時應該自動跳入安全防備狀態才是. 因為該IC系統應該是自動洩壓
降溫的被動裝置. 即使地震時因震動使控制棒未能落下, 這個反應爐的IC冷卻系
統因其熱交換散熱可能會把IC的外部冷卻池水, 在欠外部電力驅動的循環水補充
下燒乾, 但也不會立即造成爐心缺水覆蓋熔毀, 何況冷卻池大量產生的蒸發水氣
是人就能目視察覺的.

假設核電廠是供應 1000MW 的電力, 按能量轉換效率 30% 估, 產生的熱量就相
當於 3333MW, 依能量單位換算 1Kcal=1.2Whr.
假設一小時內控制棒未落下, 爐心全運轉, 一小時的發熱量就是 2777.5Mkcal.
一克水升高一度就約 1cal, 假設室溫水25C, 煮沸一克水要(100-25)*1cal,
1克水的氣化熱是 452 cal, 燒乾1克25C的水需527cal

一小時全運轉熱量用於燒冷卻水池, 能加熱 526kKg的水為100C蒸氣, 就相當於
526立方米的水全化為水蒸汽. 水量約要長寬高各 8.1米的水池才能撐 1 Hr.

這是最壞狀況, 何況控制棒應該立即落下. 假設需1分鐘內才全落下, 1分鐘累
積的熱量從最高到0只有 23.145 MKcal, 只會燒熱 0.3086Mkg 的水至 100C,
約為308立方米的水. 大約就是 7米*7米*7米 水池的量. 若燒沸為蒸氣就只需
4.38KKg的水, 大約小於長寬高各 1.7 米水池的水全化為蒸氣.

最低運轉的 5MW 每小時則有 13.875 Mkcal 可燒乾 2.63 立方米的水

當然, 散熱的熱交換時間將依 Condenser 交換器接觸面而定.

底下這幾個網站說出號機失誤這件事, 另有一號機的記錄資料.

http://www.ucsusa.org/assets/documents/nuclear_power/fukushima-daiichi-ucs-analysis-unit-1-first-30-minutes.pdf
http://www.neimagazine.com/news/newsunit-1-isolation-condensers-stopped-working-after-tsunami
http://www.joewein.net/blog/2011/05/17/fukushima-cooling-system-switched-off-10-minutes-after-quake/


Fukushima cooling system switched off 10 minutes after quake
May 17th, 2011 · No Comments

→ puec2:看吧 推文無關他也可以繼續貼
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無他, 很想知道 Passive Isolation Condenser 裝置是否能防止爐心熔毀?
還是想再就教於專業.
※ 編輯: ggg12345        來自: 140.115.5.55         (05/21 06:58)