21世纪初,国家原子能机构将功率为300MWe以下的反应堆定义为小型堆,与大型堆相比小型反应堆建造周期短,初始投资也比较小,能够进行模块化建设。随着各国大力发展小型轻水堆核电项目,考虑到严重事故下堆芯丧失冷却剂的冷却,锆合金与高温水蒸汽发生反应生成氢气释放到安全壳内,氢气燃烧或爆炸产生的热及压力载荷会威胁到安全壳的完整性,导致放射性向环境与公众泄漏,故小型堆安全壳氢气控制技术的研究也就成为不可忽视的问题。本文首先调研了国内外小型堆及其专设安全设施,然后通过分析国际上成熟的氢气控制方案,对比氢气点火器、氢气复合器、混合、惰化、抽真空等方案的优缺点,提出针对小型堆合理可行的氢气控制方案——事故预惰化与氢气复合器联合使用来控制氢气风险。随后根据此方案设计了相应的氢气控制系统,系统由安全壳惰化系统和氢气复合系统组成,本文对各个系统的布置、组成、功能做了详细的设计,并对各系统之间的连接与系统运行流程做了详细设计。在此基础上进行了安全壳惰化系统的容量论证计算,得出系统需要氮气质量。考虑事故工况下水的辐照分解会产生氢气及氧气破坏惰化氛围,对氢气复合系统进行了容量论证计算,得出其具有长期消除辐照分解产生氢气和氧气的能力。最后,建立了小型堆核电厂严重事故分析程序模型,对安全壳内发生失水事故进行了研究,并计算得出了氢气源项,水蒸汽源项,等热力学参数。利用GASFLOW程序对氢气控制系统的有效性进行了CFD分析。研究表明:计算过程中安全壳穹顶区域氢气体积分数高于安全壳内其他区域;由于小型堆体积较小,内部结构紧密,氢气易积存在狭小通道内,使局部通道内氢气浓度升高;预惰化降低了安全壳内氧气浓度,有效的控制了上部空间和局部氢气浓度较高区域发生火焰加速和燃爆转变的可能;氢气复合器对大量氢气集中情况的缓解效果有限;非能动安全壳冷却系统具有降低安全壳内水蒸汽质量和气体温度的作用。