三里島事故工況下的CNP600機(jī)組應(yīng)對(duì)方案

常友

摘 要：該文根據(jù)三里島事故，針對(duì)CNP600機(jī)組的蒸汽發(fā)生器給水完全喪失事故做了一些分析，討論了秦山二廠1，2號(hào)機(jī)組應(yīng)對(duì)失水事故的規(guī)程和規(guī)程中的重要操作。通過(guò)模擬機(jī)模擬了失水事故時(shí)錯(cuò)誤操作導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，從而論證了“供水—排出模式”對(duì)于CNP600機(jī)組的蒸汽發(fā)生器給水完全喪失事故的重要性。

關(guān)鍵詞：三里島事故 應(yīng)對(duì)方案 核電廠運(yùn)行

中圖分類(lèi)號(hào)：TV32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（a）-0076-02

2011年3月11日日本福島的核事故，給我國(guó)快速發(fā)展的核電事業(yè)再次敲響了警鐘，從第一座核電站建成至今，發(fā)生過(guò)3次嚴(yán)重的核電事故：切爾諾貝利核事故、福島核事故、三里島核事故。其中，三里島核電站的堆型設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式與我國(guó)秦山二廠1，2號(hào)機(jī)組的CNP600堆型設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式最為接近，而且三里島事故的初始事件發(fā)生幾率較高，所以分析三里島事故對(duì)于應(yīng)對(duì)CNP600機(jī)組的蒸汽發(fā)生器給水完全喪失事故最具有借鑒意義。

1 CNP600機(jī)組蒸汽發(fā)生器給水完全喪失事故分析

1.1 事故后果

根據(jù)秦山二廠1，2號(hào)機(jī)組的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)參數(shù)和事故解釋規(guī)程得知：蒸汽發(fā)生器完全失水后若操作員不采取行動(dòng)，一回路冷卻劑的變化如下：

反應(yīng)堆處于額定功率，完全喪失ARE和ASG，在SG全喪失給水后17 s觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆。首先，反應(yīng)堆的剩余功率由蒸汽發(fā)生器內(nèi)的剩余給水帶走。蒸汽發(fā)生器中水位不斷下降，1 580 s蒸汽發(fā)生器燒干。此后只有靠一回路冷卻劑吸收剩余功率，冷卻劑溫度開(kāi)始上升。一回路壓力也開(kāi)始出現(xiàn)上升，這種上升趨勢(shì)最終由穩(wěn)壓器釋放閥的開(kāi)啟所限制。反應(yīng)堆冷卻劑不斷減少，直到堆芯排空、開(kāi)始熔化。

1.2 事故規(guī)程的操作

1.2.1 減少一回路熱源

如果反應(yīng)堆初始處于中間停堆狀態(tài)和低溫狀態(tài)（

如果反應(yīng)堆初始處于更高的狀態(tài)，則SG很快會(huì)被燒干，于是應(yīng)該立刻停運(yùn)主泵和穩(wěn)壓器電加熱器。因?yàn)檫@樣使需要帶走的功率減少了至少8 MW，同時(shí)由于主泵的停運(yùn)，沒(méi)有了主泵的攪渾作用，引起一回路冷卻劑溫度分層，這樣更有利于向“供水—排出模式”過(guò)渡。

1.2.2 進(jìn)入“供水—排出模式”

主泵停運(yùn)后，一回路的熱源減少，這時(shí)就有時(shí)間對(duì)ASG的流量進(jìn)行判斷。必須測(cè)量ASG流量，以辨別ASG流量是否比最小測(cè)量誤差（精度+零漂：10 m3/h/SG）小。如果測(cè)量結(jié)果是肯定的，直接啟動(dòng)安注；如果是否定的，也許ASG有足夠的流量，則由測(cè)量RIC溫度來(lái)確定。

（1）NSSS進(jìn)入“供水—溢出模式”。

如果ASG的總流量小于20 m3/h，則NSSS進(jìn)入“供水—溢出模式”。

進(jìn)入“供水—溢出模式”后，直接啟動(dòng)2列安注。預(yù)期安注啟動(dòng)為ASG泵的恢復(fù)提供了一段附加的延遲時(shí)間。注入一回路冷卻劑的水（約50 m3/h）升溫吸收了大約18 MW，約為30 min時(shí)最大余熱的一半。穩(wěn)壓器滿(mǎn)水后第一個(gè)SEBIM安全閥履行溢流功能，限制其壓力。這就是“供水—溢出模式”。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，每個(gè)安全閥在設(shè)計(jì)壓力17.2 MPa時(shí)的流量為170 T/h，一個(gè)安全閥動(dòng)作可以保證一回路的壓力低于16.6 MPa。

（2）NSSS進(jìn)入“供水—排出模式”。

①安注啟動(dòng)以后，如果堆芯溫度Tric>330 ℃則手動(dòng)打開(kāi)穩(wěn)壓器3條泄壓管線進(jìn)入“供水—排出模式”；如果安注的持續(xù)時(shí)間大于30 min，不論Tric如何，都轉(zhuǎn)入“供水—排出模式”。

②如果ASG的總流量大于20 m3/h，但是堆芯溫度Tric已經(jīng)大于330 ℃，則直接進(jìn)入“供水—排出模式”，即手動(dòng)啟動(dòng)2列安注，并打開(kāi)穩(wěn)壓器3條泄壓管線。

1.2.3 用RRA系統(tǒng)將反應(yīng)堆冷卻到后備狀態(tài)

進(jìn)入“供水—排出模式”后，只要SG不能恢復(fù)可用，就必須保持這種堆芯冷卻方式，直到RRA系統(tǒng)滿(mǎn)足投運(yùn)條件，用RRA系統(tǒng)將反應(yīng)堆冷卻到Tric<70 ℃的后備狀態(tài)。

RRA系統(tǒng)投入之后，即以最大冷卻速度56 ℃/h冷卻堆芯，將反應(yīng)堆后撤到冷停堆。RRA系統(tǒng)投運(yùn)后，就可以停運(yùn)安注，隔離穩(wěn)壓器排放管線，轉(zhuǎn)入正常的上充下泄模式。

2 對(duì)于進(jìn)入“供水—排出模式”必要性的探討

通過(guò)對(duì)比三里島事故事件序列和秦山二廠1，2號(hào)機(jī)組H2規(guī)程的處理過(guò)程，我們可以發(fā)現(xiàn)，在SG給水完全喪失且無(wú)法恢復(fù)的情況下，及時(shí)啟動(dòng)SI的重要性。但是啟動(dòng)安注后，由于穩(wěn)壓器安全閥在壓力超過(guò)定值時(shí)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，而壓力降低時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，從而保證了一回路的壓力在16.0～16.6 MPa，從而限制了注入一回路的SI量。通過(guò)秦山二廠2號(hào)模擬機(jī)的模擬，我們模擬了在SG完全喪失給水時(shí)，處于“供水—溢出模式”的堆芯參數(shù)的變化情況。

秦山二廠2號(hào)模擬機(jī)SG完全喪失給水時(shí)的動(dòng)作序列如下：

初始工況：100%FP 運(yùn)行。

0：00：00 反應(yīng)堆因?yàn)镾G水位低低停堆、汽機(jī)跳閘、SG水位低低且給水流量低觸發(fā)，觸發(fā)ASG電動(dòng)泵和汽動(dòng)泵同時(shí)啟動(dòng)，并且調(diào)節(jié)閥全開(kāi)。

——此時(shí)輔助給水手動(dòng)隔離閥ASG031VD和ASG032VD不明原因關(guān)閉，且無(wú)法打開(kāi)，進(jìn)入2臺(tái)SG的給水流量為0。

——停堆后，堆芯溫度下降，穩(wěn)壓器壓力不斷下降。

——操縱員執(zhí)行DEC規(guī)程。

0：00：25 停堆后主給水隔離。

0：02：30 操縱員根據(jù)H2規(guī)程，手動(dòng)停運(yùn)RCP主泵。

——堆芯以自然循環(huán)冷卻，冷卻流量由23 000 T/h下降到700 T/h。

0：05：55操縱員根據(jù)H2規(guī)程，手動(dòng)啟動(dòng)SI。

——第二臺(tái)高壓安注泵啟動(dòng)，2臺(tái)高壓安注泵以安注模式向堆芯注入含硼水，每臺(tái)安注泵的流量為40 m3/h。

——2臺(tái)低壓安注泵啟動(dòng)，從PTR001BA吸水，為高壓安注泵提供吸入壓頭。

——安注啟動(dòng)后，穩(wěn)壓器壓力開(kāi)始上漲，直到第一組安全閥動(dòng)作（16.6 MPa）。

安全閥動(dòng)作開(kāi)啟后，穩(wěn)壓器壓力降低到16.0 MPa，安全閥關(guān)閉，壓力開(kāi)始上漲，到達(dá)16.6 MPa開(kāi)啟，如此周而復(fù)始。一回路壓力穩(wěn)定在16.0～16.6 MPa。一回路進(jìn)入“充水—溢出模式”。堆芯溫度在經(jīng)過(guò)短暫下降后，開(kāi)始逐漸升高。

01：40 堆芯最高溫度達(dá)到330 ℃。

——飽和裕度逐漸降低。

——壓力容器水位不斷下降。

01：50 安全殼噴淋自動(dòng)啟動(dòng)。

02：35 堆芯最高溫度達(dá)到350 ℃。

——飽和裕度為0。

——堆芯水位下降到10.4 m。

02：55 自然循環(huán)流量中斷。

——環(huán)路中有大量氣泡。

03：37 手動(dòng)開(kāi)啟穩(wěn)壓器安全閥和隔離閥。

——堆芯水位快速下降到4.06 m。

——一回路壓力迅速降低。

——HHSI流量迅速升高，每臺(tái)SI泵的流量達(dá)到70 T/h。

——隨著SI流量的上升，堆芯水位逐漸升高到4.75 m。

——堆芯溫度逐漸下降。

3 結(jié)語(yǔ)

從模擬機(jī)的事故發(fā)展過(guò)程中可以看出，處于“供水—溢出模式”時(shí)，由于堆芯壓力較高，2臺(tái)HHSI的總流量只有80 T/h，無(wú)法帶走堆芯余熱。堆芯溫度在停堆初期，稍微下降一段時(shí)間后，不斷升高直到達(dá)到飽和溫度350 ℃，堆芯沸騰。在堆芯沸騰后，由于堆芯有氣泡的存在，阻礙了進(jìn)入堆芯的SI流量。即使一回路壓力在安全閥開(kāi)啟后下降到3 MPa，HHSI也無(wú)法達(dá)到最大流量160 T/h，影響了堆芯水位的恢復(fù)。因此，及早地開(kāi)始穩(wěn)壓器安全閥，進(jìn)入“供水—排出模式”，保證SI流量，這對(duì)于堆芯冷卻是非常重要的。而三里島事故中，在泄壓閥打開(kāi)的情況下，操縱員不但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，反而為了控制穩(wěn)壓器水位減小SI流量，最終導(dǎo)致堆芯冷卻能力不足，堆芯熔化。所以根據(jù)H2規(guī)程，秦山二廠1，2號(hào)機(jī)組在發(fā)生SG完全喪失給水事故時(shí)，在確定SG給水無(wú)法恢復(fù)后，要盡早進(jìn)入“供水—排出模式”，以最大的SI流量注入堆芯。直到SG的給水恢復(fù)，SG恢復(fù)可用，且參數(shù)滿(mǎn)足后，才可以限制SI流量，停運(yùn)一臺(tái)HHSI泵轉(zhuǎn)入上充模式。

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