重水堆端屏蔽冷卻系統的泄漏分析與處理

龍騰（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

重水堆端屏蔽冷卻系統的泄漏分析與處理

龍騰
（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

本文針對端屏蔽冷卻系統發生泄漏時，從反應性控制、燃料冷卻、放射性物質包容三個方面進行分析進行詳細分析，并根據分析結果提出了在功率運行時的處理原則，以及操作的重點。為操縱員在處理端屏蔽冷卻系統泄漏時提供決策支持，以便能快速的將反應堆置于安全、穩定的運行狀態，使反應堆的3C始終受控，以保證工作人員、環境和公眾免遭放射性的危害。

端屏蔽 堆腔 泄漏

1 概述

端屏蔽冷卻系統的目的是排出堆腔和端屏蔽中產生的熱量，降低在反應堆周圍的劑量率，以保護人員和設備。

2 系統簡介

端屏蔽冷卻系統是設計來冷卻端屏蔽構件和端屏蔽環以及堆腔。堆腔和端屏蔽可以保護裝卸料機操作區域免受反應堆的直接輻射，因此，核熱量集聚在這些屏蔽構件內。其產生熱的途徑主要為輻射源和熱源：

2.1 輻射源

（1）來源于燃料裂變過程和裂變產物（中子和伽馬射線）。

（2）來源于結構材料活化和活化產物的衰變（伽馬射線）。

2.2 熱源

（1）主熱傳輸系統熱傳導（主熱傳輸系統平均溫度約300℃）。

（2）慢化劑系統熱傳導（慢化劑系統平均溫度約70℃）。

（3）材料輻射吸收發熱。

這些熱源產生的熱量由堆腔、端屏蔽、屏蔽環以及它們各自循環回路中的除鹽水帶走，然后通過2臺熱交換器將熱量傳輸到再循環冷卻水（RCW）系統中，從而控制端屏蔽出口溫度在60-66℃之間，堆腔出口溫度在54℃左右。端屏蔽冷卻系統的功能是：（1）導出堆腔中的熱量，維持堆腔溫度在可接受的水平，確保堆腔混凝土結構不會干裂變脆；（2）導出端屏蔽環中的熱量，維持端屏蔽環的溫度在可接受的水平；（3）導出端屏蔽中的熱量，控制端屏蔽內、外管板的溫差在可接受的限值內；（4）在壓力管破裂或慢化劑冷卻失效的情況下，可作為慢化劑的最終熱阱。

3 喪失端屏蔽冷卻系統裝量時的安全分析

在反應性控制、燃料冷卻、放射性物質包容三個方面進行分析：

在反應性控制方面：發生端屏蔽冷卻系統喪失裝量事故時，系統裝量的喪失對堆芯的反應性的影響為，當屏蔽水位降為128kPa（g）時（相當于相同端屏蔽水位109.71m），啟動以每秒0.5%慢速設定降功率到2%滿功率。沒有自動參數來觸發停堆系統，如果SETBACK不成功，則需要操縱員快速手動觸發#1停堆系統。此事故情況下端屏蔽冷卻系統裝量的喪失對堆芯反應性其實沒有影響，快速降功率是為了盡快的減小堆芯對端屏蔽冷卻系統相應設備的傳熱，以減小熱應力對相應設備的影響。因此發生端屏蔽冷卻系統喪失裝量事故時，堆芯反應性可控。

在燃料冷卻方面：此事故工況下蒸汽發生器二次側熱阱可用，停冷系統也可用，燃料正常冷卻。

在放射性物質包容方面：當發生端屏蔽冷卻系統喪失裝量事故時，泄漏地點可能是安全殼內也可能是輔助廠房。與主熱傳輸系統里的放射性濃度相比，屏蔽冷卻系統中的放射性同位素濃度是可以忽略的。例如：屏蔽冷卻系統水里Co60的濃度比熱傳輸系統冷卻劑里的濃度低兩個量級以上。因此，屏蔽冷卻系統須比熱傳輸系統多排放100倍的水才能使安全殼內達到相同的Co60活度。因此此事故工況下，放射性包容也能滿足輻射劑量限值的要求。

4 喪失端屏蔽冷卻系統裝量的事故處理

事故處理操作步驟如下：

確認停堆。EOP-013是應急運行規程中唯一沒有立即觸發停堆系統的應急運行規程。因為屏蔽冷卻系統故障屬于緩慢變化的事件，所以這就決定了線性降功率的方法是可行的，而不需要冒著反應堆可能進一步失調的危險來手動觸發反應堆停堆。在確認了端屏蔽冷卻系統存在失去裝量事故情況下，端屏蔽管板中產生的熱應力可能使壓力管彎曲且與端部件接觸，那么端屏蔽冷卻系統故障可能會影響主熱傳輸系統。如果此時還沒有自動觸發反應堆自動線性降功率（SETBACK），操縱員手動啟，并確認成功啟動。

反應堆降功率到0.1%F P。在反應堆自動線性降功率（SETBACK）至2%額定功率結束時，操縱員將通過手動輸入0.1%額定功率的反應堆功率值，繼續使反應堆功率降低到低水平。隨著反應堆降功率，操縱員同時可繼續執行規程，不必等待反應堆功率降到0.1%FP。因為在低功率下，反應堆功率下降較慢，操縱員如果等待功率下降到0.1%FP以下將浪費寶貴的恢復系統時間。

HTS降溫。操縱員將根據蒸汽發生器壓力控制程序啟動降溫措施，將主熱傳輸系統降溫到 149℃。同時，采取其它的操作措施，診斷和穩定事件。主熱傳輸系統早期降溫是一個保守的操作措施，這可減輕較嚴重事件的影響（對于那些端屏蔽在幾分鐘內排空的情況，可避免端屏蔽產生高應力）。如果在蒸汽發生器壓力控制降溫過程結束時事件已經穩定，那么就無需利用停堆冷卻系統進一步降溫。如果事件迅速得以恢復（例如泄漏能夠及時隔離，并能夠補水，重新啟動系統），在確認事件已得到成功緩解后，值長可決定停止降溫過程。

監測端屏蔽冷卻系統參數。如果已成功地緩解事件，端屏蔽冷卻系統參數應回到指示的正常范圍內。操縱員將驗證端屏蔽冷卻系統參數是否在正常運行值內。如果未能使端屏蔽返回正常狀態，操縱員將根據以往的培訓和自己的經驗繼續采取操作措施，操縱員手冊可以提供進一步的指導，例如提供對各種報警信號的響應。若主熱傳輸系統已經降溫，操縱員在采取進一步操作措施修復屏蔽冷卻系統故障的同時，可確保堆芯冷卻。

核電廠穩定時退出規程。操縱員將評估電廠條件，并根據當前情況采取適當的操作措施。這些行動包括：重新檢查機組的運行狀態和技術要求，以確定適當的機組運行模式；重新檢查報警概要；重新恢復已經啟用的安全系統。

5 結語

端屏蔽冷卻系統由于發生不能隔離的泄漏致使系統喪失水裝量事件時，堆芯反應性始終可控，燃料能得到正常冷卻，放射性包容也能滿足輻射劑量限值的要求。從而可以得出結論：端屏蔽冷卻系統發生喪失水裝量事件時，反應堆排管容器/端屏蔽組件將保持結構完整性。同時值長和操縱員能依據現有的規程，對事故進行有效處理，能快速的將反應堆置于安全、穩定的狀態。

［1］98-34110-DM-000，Shield Cooling System［S］.

［2］98-91120-TBD-013，端屏蔽冷卻系統故障［S］.

［3］98-91120-EOP-013，端屏蔽冷卻系統故障應急運行規程［S］.