核电厂钢制安全壳抗震设计安全风险研究

摘要

随着核能的利用率不断提高，核电不断发展进步，促使核电厂的建设范围越来越广，随之而来的安全问题也越发引起关注。核电厂作为复杂而又重要的工程基础设施，极有可能遭受地震等自然灾害及外来撞击的破坏作用而产生危险事故，造成的核泄漏事故，对周围的环境、设施造成长期持续的灾难性后果。为了应对可能发生的地震灾害影响，防止放射性物质泄漏扩散，保证周边环境的安全，核电机组应从设计源头消除泄漏放射性物质的风险。作为核电厂最后一道安全屏障，安全壳的安全性是需要我们充分关注的。研究核安全壳抗震设计的安全风险影响，对实现从设计上实际消除放射性物质泄漏具有重要意义。 本文对核电厂钢制安全壳抗震设计安全风险进行了研究，通过钢制安全壳抗震分析中的安全风险因素辨识、对各个安全风险因素开展模糊综合评价分析（FCE），得出了安全壳抗震设计的整体安全风险度等级的量化计算结果，并针对安全壳抗震设计中各个安全风险评价因素开展二级模糊综合评价得到各个因素的整体风险程度。结合中、美两国核电厂抗震设计规范相关内容对比研究，提出安全壳抗震分析中如果忽略缺失质量及剩余刚性响应，就可能会使核设备的结构、系统和构件在支撑点附近的单元力、力矩等一些响应的大小被低估。 进一步总结现代抗震分析常采用的几种方法，讨论其原理、使用范围及其中的一些重要步骤，选择合适的方法应用于安全壳抗震模拟分析中。利用有限元软件ANSYS，根据CAP1400钢制安全壳的基本参数来构建模型，对钢制安全壳进行抗震分析计算，在缺失质量及剩余刚性响应考虑与否的两种条件下进行抗震计算，得到两种情况下抗震分析结果的相差程度。 通过研究得到安全壳抗震设计风险总体安全风险度为 2.6415，是存在一定的风险。进一步通过二级模糊综合评价得出基于安全视角下 7 个风险因素中安全壳抗震设计最需关注的三方面问题，即考虑或忽略缺失质量因素、超过设计基准的外部事件影响与极限工况、孔洞边缘应力集中与开孔补强问题；对比抗震计算结果，得到若忽略缺失质量响应及剩余刚性响应，最大位移最严重的被低估了 3. 37%，最大应力强度（SINT）有1.72%的低估，最大等效应力（MISES）被低估了1.98%。为优化和改进核电厂设备的抗震安全性分析提供理论支撑依据。

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