10MW 高溫氣冷實驗堆運行許可證申請審評

高泉源，高擁軍，王 偉，袁明豪，劉 瑩

（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

10 MW 高溫氣冷實驗堆（HTR-10）的設計、建造和營運單位均為清華大學核能與新能源技術研究院，該堆設計熱功率為10 MW，采用包覆顆粒燃料元件、全陶瓷堆芯結構，氦氣作冷卻劑，石墨作慢化劑。

2012年9月，清華大學核能與新能源技術研究院向國家核安全局提交了HTR-10 運行許可證申請書。2013年8月，清華大學核能與新能源技術研究院又向國家核安全局提交了HTR-10定期安全審查（PSR）報告。國家核安全局考慮決定對HTR-10 運行許可證申請文件及定期安全審查報告結合起來進行審評。受國家核安全局委托，蘇州核安全中心負責對這兩部分報告進行審評。

本文主要介紹HTR-10運行許可證審評過程中對構筑物、系統和部件的設計及實際狀態方面問題、安全分析方面問題、設備合格性管理方面問題、老化管理方面問題、最終安全分析報告修訂版（RFSAR）、調試和試運行情況、運行階段質量保證大綱等重要問題和方面的審評考慮。

1 構筑物、系統和部件的設計及實際狀態方面問題

1.1 一回路隔離系統的安全閥在役檢查頻跳的問題及糾正措施

HTR-10一回路安全閥的現場實驗管路較細，安全閥與儲氣罐間距離較遠，若在現場進行在役檢查試驗，則易造成頻跳，從而造成安全閥損壞。因此安全閥至今尚未進行起跳試驗檢查。針對此問題，營運單位考慮采購新的先導式安全閥，對現有安全閥進行更換。更換為先導式安全閥后，只試驗導閥的起跳，試驗狀態可滿足要求。審評者對營運單位提供的安全閥更新方案從技術規格書和供應商資質能力、安全閥設計和制造、安全閥更換對管道的影響、安全閥更換施工準備等進行了審評，并認可了該更新方案。同時建議于反應堆啟動前實施此更新方案。

1.2 二回路隔離后導致蒸汽隔離閥意外開啟的問題及糾正措施

根據HTR-10的設計，二回路隔離系統命令發出后，主給水隔離閥和主蒸汽隔離閥20s內完成關閉動作。由于蒸汽發生器內蒸汽不斷積累，從而造成二回路蒸汽安全閥意外起跳。就此問題，營運單位計劃將蒸汽隔離閥延遲時間由“4s”改為“34s”。根據要求，營運單位提供了定量的安全分析，分析結果表明：主蒸汽隔離閥延時30s關閉時，小部分的蒸汽和水會通過主蒸汽管線流向蒸汽透平，加速二次側的降壓，從而緩解向一回路的進水。由蒸汽發生器換熱管斷裂事故分析結果可看出，各工況瞬態過程中破口噴放進入一回路的水量和蒸汽發生器殘留水量不大于主蒸汽隔離閥門不延時關閉的工況，但由于流向透平的分流水量較小，因此總進水量減少幅度不大。

審評者認為：主蒸汽隔離閥延時關閉對于換熱管斷裂進水事故的一回路總進水量略有減少，因此改造不會使事故后果更加惡劣。而對于其他事故，延遲關閉主蒸汽隔離閥對二回路的壓力升高有一定的緩沖作用，減少了蒸汽安全閥的頻跳。因此，HTR-10 主蒸汽隔離閥延遲隔離實施方案基本可靠。建議反應堆啟動前完成該方案的實施。

1.3 控制棒驅動機構部分機械限位失效的問題及糾正措施

HTR-10控制棒系統設計采用了由棒位比較法確定的電氣限位作為機械限位的冗余配置。目前部分控制棒的機械限位出現了失效現象，但電氣限位工作正常。由于機械限位維修困難，營運單位考慮目前及今后運行將采用電氣限位來控制控制棒的動作。

審評者要求營運單位評估電氣限位也失效的后果。營運單位作了如下說明：控制棒的機械限位分為提升上限限位和下降下限限位，電氣限位也設定為上述兩個。目前，HTR-10 控制棒提升和下降均由操縱員手動操作。控制棒提升或下降到達上限或下限限位時，提升電路自動切斷，控制棒停止上升或下降動作。電氣限位失效不會對反應堆的安全和控制棒系統的安全產生影響。審評者認為營運單位的回答不夠充分，建議反應堆啟動前修復控制棒驅動結構失效的機械限位。

1.4 部分控制棒在某些位置上棒位顯示不準確的問題及糾正措施

HTR-10控制棒經過多年的運行，部分控制棒在某些位置上棒位顯示不準確。針對此問題，營運單位準備對位于主控室儀器間執行棒位測量功能的自整角機變送器裝置進行檢驗。

營運單位對該問題的糾正措施作了如下說明：控制棒系統中進行棒位測量的自整角機旋轉角度為360°，控制棒行程約2 700mm。此種配置中，由于控制棒行程長，自整角機旋轉角度較小，因此當棒位變化不大時，自整角機轉動的角度很小，產生的相位勢也小，導致自整角機未跟隨動作。可通過使用控制棒驅動機構的驅動時間和棒位實際提升距離的對應關系，對自整角機變送器裝置進行檢驗。但到目前為止，營運單位尚未采取糾正措施。審評者建議HTR-10在重新啟動前解決部分控制棒在某些位置上棒位顯示不準確的問題。

1.5 中間量程核測系統未投入使用的問題及糾正措施

由于HTR-10 中間量程核測系統工作不穩定，未投入使用。營運單位說明這不影響反應堆的中子測量，因源量程為0.01～500 W，功率量程為100 W～13 MW，兩者能夠搭接。另外核功率正變化率在500 W 以上才開始起作用，由此可知，保護系統中的功率正變化率計算變量是來自于功率量程給出的測量值。所以停用中間量程對保護系統的正常工作無影響。

審評者認為，源量程核測系統的功能是進行啟動過程和事故后的監測，只提供顯示功能，而不作為保護信號。雖然在“冷啟動工況下，1根控制棒失控提升”事故中，即使中間量程核測量系統無法提供保護信號，其事故后果也會被“冷啟動工況下，所有控制棒全部失控提升”所包容，不會造成燃料包覆顆粒的破壞。但從縱深防御角度考慮，建議營運單位制定計劃修復中間量程核測系統。

1.6 源量程靈敏度低的問題及糾正措施

HTR-10核測系統源量程由于靈敏度較低、HTR-10運行時間較短等原因，長期停堆后，需使用兩套靈敏度較高的非核級3He計數管來完成啟動。

營運單位考慮增加兩套3He計數管作為反應堆啟動臨界的輔助監測通道，以避免盲區啟動。審評者認為營運單位的方案可接受。

1.7 應急電力系統蓄電池老化的問題及糾正措施

HTR-10應急電力系統的蓄電池已接近最低使用年限，出現老化現象。審評者對營運單位提出的應急電力系統蓄電池改造方案從新舊蓄電池技術差異、依據標準、制造商資質、鑒定報告、安裝場地環境條件等方面進行了審評。經審評批準后，應急電力系統蓄電池已完成改造。

2 安全分析方面的問題

在HTR-10調試和運行期間，有兩個保護信號和1個保護動作發生了變化，安全分析審查報告就這些變化對安全分析的影響進行分析。

2.1 一、二回路流量比

HTR-10保護系統過程變量的保護定值中，一、二回路流量比原為≤0.75 或≥1.3，在HTR-10調試期間，對這一定值進行了修改，變為≤0.5或≥2。

審評者認為，HTR-10的事故分析均保守地假定，第1停堆信號不起作用，保護系統由第2停堆信號觸發。在FSAR 的事故列表中，可能由一、二回路流量比保護定值觸發緊急停堆的事故有：主氦風機誤加速、喪失正常給水流量、喪失正常給水流量同時氦風機隔離擋板關閉失效、壓力殼與一回路隔離閥之間的大聯接管（DN65）斷裂、喪失正常給水ATWS。在FSAR 中，對上述事故進行分析時，一、二回路流量比保護定值均為第1停堆信號，并未起作用。經計算，即使該保護定值更改為≤0.5 或≥2，其出現的時間也還是早于上述事故中的第2停堆信號，仍不會起作用。所以，在現有事故分析的保守假定下，一、二回路流量比保護定值的改變并不影響現有的分析結果，反應堆的安全仍是可保證的。故該修改方案可接受。

2.2 中間量程核測量系統未投入使用及主蒸汽隔離閥隔離延時修改

有關此兩個問題的審評意見已在本文第1.2、1.5節描述。

3 設備合格性管理和老化管理方面的問題

3.1 安全級設備的初始鑒定

經審評，HTR-10安全級設備基本均完成了必要的初始鑒定（環境鑒定和抗震鑒定），只有少數系統和設備缺乏事故工況下的試驗數據。審評者建議營運單位為缺乏事故工況下試驗數據的系統和設備制定相應的工作計劃，補充相應數據或必要時結合實際狀態進行替換。

3.2 老化管理大綱及程序編制

HTR-10編制了初步的老化管理大綱，但未編制老化管理程序。HTR-10需在對篩選出的老化管理設備的老化機理及老化劣化根本原因、老化監測功能參數和狀態指標、所使用的監測和緩解設備老化的方法進行系統研究的基礎上，于2014年12月底前完善老化管理大綱，并編制完成篩選出的老化管理設備的老化管理程序。

4 最終安全分析報告修訂版

HTR-10RFSAR審評主要關注以下三方面問題：1）首次裝料批準書條件要求完成的工作是否反映在最終安全分析報告修訂版中；2）FSAR審評中業主的承諾以及遺留問題是否已經得到反映和解決；3）機組首次裝料以來所有的安全重要的設計修改是否已經在最終安全分析報告修訂版相應章節中作出描述并提供了有關安全分析的論證。通過審評會和多次溝通，審評者提出的多數問題因得到了滿意的答復而關閉，少數尚未解決的重要問題如主蒸汽隔離閥隔離時間延遲的修改等則要求提供進一步的論證。

5 調試和試運行情況

營運單位提交的審評資料（包括提交的調試和試運行總結報告及審評問題回答等）表明：HTR-10完成了裝料后的B 階段試驗和C 階段試驗，順利地執行了HTR-10相關系統的試驗程序，有效地驗證了HTR-10 設備、系統的符合性能和安全性能，并對調試過程中發現的設備缺陷進行了有效的管理和控制。試運行期間，HTR-10遵守運行限值和條件，按照技術規格書的頻度和要求開展了定期試驗和檢查工作，對出現故障的設備進行了檢修，對一些系統進行了改造和優化，對運行事件按規程進行了處理。試運行期間，HTR-10 還開展了運行特性試驗和安全特性試驗，進一步驗證了運行特性試驗和安全特性。因此，審評者認為《10 MW高溫氣冷實驗堆裝料后調試和試運行總結報告》是可接受的。

6 運行階段質量保證大綱

審評過程中，審評者對《10 MW 高溫氣冷實驗堆質量保證大綱（運行階段）》提出了審評問題。營運單位根據審評問題，對質保大綱進行了相應的修改，修改的主要內容為：

1）補充了“反應堆安全委員會、高溫堆總體室”的職責描述；

2）補充了“每年清理一次全部規程制度，重新確認其有效性”的規定；

3）補充了反應堆的啟動、反應堆的功率運行、反應堆的停閉，以及倒料與換料等活動的原則要求和控制措施；

4）補充了有關運行限值和條件、運行指令和運行規程、定期試驗等方面的原則要求和控制措施；

5）補充了“堆芯運行、堆芯監測、新燃料的采購和設計修改、換料大綱的實施、已輻照燃料的檢查、已輻射燃料裝運的準備”等方面的原則要求和控制措施；

6）補充了不符合項的分類原則、不符合項的處理方案、不符合項的處理3個章節。

7 結論

通過對HTR-10 運行許可證申請及相關技術文件的審評，得出以下基本結論：

1）《10 MW 高溫氣冷實驗堆裝料后調試和試運行總結報告》是可接受的；

2）針對《10 MW 高溫氣冷實驗堆最終安全分析報告修訂版（C版）》提出的多數問題可關閉；

3）HTR-10目前實際狀態和安全狀況的檢查、分析及校核結果表明，通過調試和試運行以來進行的試驗、檢查和維護及開展的系列更新、升級改造，HTR-10的停堆、冷卻及包容等三大基本安全功能滿足要求。