重水堆機組低水位檢修的核安全風險管控

姜武

摘 要：重水堆停堆大修期間燃料仍留在堆芯并需要連續冷卻，給大修期間的核安全提出了非常高的要求，而低水位檢修是大修期間核安全風險的最高階段，低水位檢修處于關鍵路徑或次關鍵路徑，工期的長短直接影響大修的總工期。以核安全至上和質量第一為前提，合理安排好每項檢修任務，優化低水位檢修計劃，采取核安全風險控制措施，將核安全風險降至最低。文章介紹了低水位期間的核安全風險，分析了低水位檢修窗口安排策略，并闡述了在歷次大修中結合重水堆機組特點所采取的一系列核安全風險管控措施，以確保低水位檢修的核安全。

關鍵詞：重水堆 低水位 核安全 風險管理

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0134-03

Nuclear Safety Risk Control in the Low Level Drained Maintenance of CANDU Unit

Jiang Wu

（CNNP Nuclear Power Operations Management Co. Ltd.， Haiyan Zhejiang， 314300， China）

Abstract：Nuclear fuel remains in the core during the outage of CANDU unit and needs continuous cooling， which brings very high requirements nuclear safety during the outage. And the low level drained maintenance is the highest stage of nuclear safety risk during outage. Low water level maintenance is in key path or second key path， and the length of a project directly affects the total duration of the outage. On the premise of nuclear safety first and quality first， optimize the low level drained maintenance plan， take nuclear safety risk control measures， and minimize the risk of nuclear security. This article introduces nuclear safety risks during the low water drained maintenance and elaborates a series of CANDU-specific risk control measures taken during the past plant outages to ensure nuclear safety during the low level drained maintenance.

Key Words：CANDU unit；Low level drained；Nuclear safety；Risk management

重水堆機組大修期間核燃料仍保持在堆芯，存在著與功率運行期間同樣的核安全風險，即面臨反應堆意外臨界、堆芯余熱不能及時導出引起堆芯燃料元件損壞，放射性物質外泄等風險。停堆大修期間存在工期緊任務重、狀態轉換頻繁、交叉檢修作業多、接口協調復雜等特點，是各類事件的高發期。核安全是貫穿大修全過程的頭等大事，秦山三廠自商運以來一直非常重視機組大修期間的核安全風險管理。低水位檢修是大修期間核安全風險最高階段，管理層到基層員工始終堅持核安全至上理念，借鑒國內外同行經驗，在實踐中逐漸摸索出一套行之有效的重水堆機組大修期間的核安全風險管理辦法，以確保低水位檢修的核安全。

1 大修期間的運行模式和對熱阱的要求

重水堆機組的運行模式分為5種，詳見表1。大修期間，要求反應堆處于保證停堆狀態，且主系統處于低溫低壓，即大修期間的運行模式主要有模式5B和5C兩種。模式5B指反應堆功率小于0.1%FP，反應堆出口集管溫度小于100 ℃，主系統處于滿水位運行，通常在慢化劑中添加硝酸釓毒物來保證足夠的停堆深度。在該模式下，堆芯余熱依靠停堆冷卻系統及熱交換器將熱量通過設備冷卻水系統帶出。模式5C功率和溫度要求與模式5B一致，主系統處于檢修水位運行，同樣是通過在慢化劑中添加硝酸釓來保證足夠的停堆深度。此模式下，主系統處于開口狀態，此時由進/出口集管的水位差保證流過燃料通道的冷卻劑流量，堆芯余熱同樣依靠停堆冷卻系統及熱交換器將熱量通過設備冷卻水系統帶出。

大修期間的熱阱分為3類，即正常熱阱、備用熱阱和應急熱阱。正常熱阱指停堆冷卻泵+停堆冷卻熱交換器+設備循環冷卻水+重要海水系統，最終熱阱為大海。備用熱阱分為兩類。備用熱阱一指主泵強迫循環+停冷熱交換器+設備循環冷卻水系統+重要海水系統，最終熱阱為海水；備用熱阱二指主泵自然循環+蒸汽發生器+主蒸汽安全閥，最終熱阱為大氣。應急熱阱指應急堆芯冷卻中、低壓系統+熱交換器+設備循環冷卻水或應急給水系統+重要海水系統，最終熱阱為大海。大修期間必須始終保持一個正常熱阱可運行，至少一個備用熱阱能在規定時間內可運行。機組處于5B模式時，要求應急熱阱的一個系列盡量可運行；機組處于5C模式時，要求應急熱阱必須可運行。允許在大修期間安排影響機組正常熱阱功能的計劃性檢修工作。如果正常熱阱的一個系列需要退出熱備用狀態，則在退出之前必須至少確保一個備用熱阱可運行。

2 低水位期間的核安全風險

重水堆機組主系統低水位運行，即將蒸汽發生器一次側、主泵所在管段進行疏水至反應堆進出口集管，以便開展蒸汽發生器一次側渦檢、主泵機械密封更換等預防性維修工作。低水位運行階段，流過堆芯燃料的流量依靠進出口集管10～20 cm液位差，而且這液位差會因為主系統裝量隨著停冷泵軸封回流引起減少而發生變化，需要操縱員定期對主系統進行補水，確保液位差保持在要求范圍內。另外，如果這期間發生任何原因導致單臺停冷泵停運，將會破壞已經建立起來的反應堆集管液位平衡，為了防止重水從主系統開口處溢出而帶來的人員輻射安全風險，異常響應程序要求停運另一臺停冷泵然后封堵開口，這樣勢必造成堆芯內冷卻劑滯流而失去燃料冷卻。另外，在低水位期間也會安排一些其他檢修工作，如停堆系統檢修、鈷調節棒更換、安全殼隔離閥檢修等。這樣可能會影響停堆可用性和放射性包容系統的縱深防御屏障降級，因此必須認真識別并嚴格管控低水位期間的核風險活動。

3 低水位檢修窗口安排策略

低水位檢修為每次大修必須實施的工作，低水位期間主要工作有主泵機械密封更換、蒸汽發生器傳熱管渦流檢查、熱傳輸系統液體釋放閥解體檢修、除氣流量控制閥解體檢修等。每次大修檢修項目均有所不同，為保障機組在大修期間的反應堆安全，根據技術規格書和停堆大修核安全管理要求，核安全管理部門在大修前對機組大修核安全管理細則進行修訂和升版，以便更好地指導現場工作。根據電源配置和核安全管理要求大修前編制關鍵路徑圖，使實施部門清楚關鍵工作所在位置，各工作之間的接口和關系，以便順利實施大修工作。低水位占據大修關鍵路徑或次關鍵路徑，除必須實施的工作外，低水位期間不安排影響熱阱的檢修工作，如應急堆芯冷卻系統、應急供水系統、停堆冷卻系統等。在遵守核安全管理細則的前提下，對常見關鍵路徑和次關鍵路徑項目進行梳理和分析，受低水位影響的檢修設備和工況如下，計劃安排上應錯開或串聯安排會。

（1）母線檢修。一次只能安排BUE、BUF電源母線中的一路停役檢修，同時必須對退出運行的母線所帶負荷進行核對，以滿足熱阱對電源的要求，必要時安裝臨時電源以滿足核安全相關要求。在低水位期間可以安排BUC、BUD母線停役檢修，不允許安排其他電源母線停役檢修。

（2）應急供電系統（EPS）和不間斷電源（UPS）。低水位期間只能安排BUC、BUD母線停役檢修，不允許安排其他電源母線停役檢修，即不安排EPS和UPS檢修。

（3）RCW/RSW。冬季可以在低水位期間投RCW檢修備用系統，并檢修RCW/RSW；春季由于環境溫度較高，不能在低水位期間投用RCW檢修備用系統，也就不能檢修RCW/RSW。

（4）控制計算機DCCX。主系統低液位監測信號只在DCCX上安裝，故低水位檢修不安排DCCX檢修。

（5）控制計算機DCCY。退出低水位要求啟動上充泵，而上充泵啟動的先決條件是DCCX和DCCY運行正常。故一般不安排DCCY檢修，如確實要安排，必須在退出低水位前完成檢修。

4 低水位檢修核安全風險控制措施

大修期間對保證停堆狀態和熱阱設備進行定期檢查、熱阱進行分組管理、核安全監督工作常態化、編制機組大修核安全管理程序外，低水位檢修期間還采取了如下核安全風險管理措施。

4.1 編制大修風險評估報告

大修前組織專業技術人員對大修期間的核安全風險、工業安全和輻射防護風險、質量風險和大修進度風險進行評估并編制風險評估報告，報告針對識別出來的每一項風險給出具體的應對措施。建立低水位占據大修關鍵路徑或次關鍵路徑，制約后續主系統低水位運行、核島電動閥、核島重水開口檢修等一系列重要工作的開展，建立低水位的操作時間超出原計劃工期，將直接影響次關鍵路徑工期，造成后續重要工作時間窗口的延遲、進度控制壓力增大，并可能影響關鍵路徑。提前做好低水位的演練工作；提前安排好歷次大修中有經驗的人員實施該工作，確保歷次大修的經驗反饋到位，確保按計劃順利實施建立和退出低水位運行操作。低水位期間主要涉及主系統低水位運行與機組熱阱相關系統的開口工作。維修人員在執行一回路開口工作時，除進行風險評估及重水泄漏時的事故預想外，應按照熱阱管理細則的要求提前準備和配置應急封堵工器具、應急文件和應急通訊設施以及應急待命人員。明確應急待命人員正常待命期間的管理要求和應急啟動后的執行管理要求；現場需要做好系統開口工作管理，同時確保有足夠的應急待命人員；低水位運行期間，當班主控室運行人員應了解和熟悉單臺停冷泵故障后的處理措施。通過以上的防范措施，有效降低風險。

4.2 系統開口管理

在承擔機組熱阱功能的系統上實施的開口計入系統開口管理，系統開口因破壞了系統的完整性而嚴重影響系統承擔熱阱功能甚至使系統完全喪失熱阱功能。低水位期間的開口工作主要有蒸發器一次側人孔開口、主泵機械密封更換。如果已經采用隔離或臨時封堵等有效措施恢復了系統的完整性，并能夠保證系統執行其原有的熱阱功能，則不再將其視為系統開口。比如：蒸發器一次側開口，在使用能承擔其工作壓力和溫度的蓋板進行封堵后，不再計入系統開口。停堆時間不同，堆芯余熱水平不同，技術規格書對備用熱阱的投入，即主系統開口封閉并開始充水規定了相應的時限，時間關系對照表見表2。規定時間為主熱傳輸系統自失去強迫循環冷卻至完成系統開口封堵并開始向主熱傳輸系統注水的時間要求。主熱傳輸系統失去強迫循環冷卻是指停冷泵不能啟動或者停冷泵處于運行狀態下其熱交換器失去RCW。此規定時間同樣適用于恢復備用熱阱。大修前梳理重水系統開口工作，經專業部門討論并識別出計入開口管理的工作，編制實施邏輯圖，大修期間對實施進展動態更新，嚴格按要求同一時間內的系統開口數量不得超過3個，以降低應急封堵時的總體風險。

4.3 編制應急方案并組織演練

任何涉及影響保證停堆狀態和熱阱有效性的檢修和運行操作，都必須按照管理程序進行風險評估。對于主系統開口、涉及熱阱有效性的開口等有較高風險的活動還要編制應急方案，維修人員則需根據應急方案進行事故預演并準備臨時應急措施。如果預計的主系統開口作業時間大于規定時間，則必須制訂應急方案，并確保有獨立的應急人員、材料、工具、通訊渠道并在工作期間連續值班待命，以保證所有開口在規定時間內完成封堵。如果預計的系統開口作業時間小于規定時間，則要求系統開口工作連續進行，工作人員必須始終在現場，不得離開。蒸發器一次側開人孔前，組織工作人員在模擬體上進行應急封堵演練。

4.4 開發應急運行規程并組織演練

根據大修期間機組狀態，對有可能發生嚴重影響熱阱及堆芯冷卻的事故進行排序，針對主系統低水位運行這一特殊工況，編制了“低水位工況下失去一臺停冷泵后重新建立堆芯冷卻”的異常運行規程。為了使操縱員熟悉掌握機組大修期間可能發生的預期事故處理流程，大修前組織主控室操縱員在模擬機上進行演練，演練內容除了應急事故處理，還包括一些不經常進行的建立低水位操作。

4.5 建立低水位采用大修指令控制

建立主系統低水位的釋放采用大修管理指令的形式進行控制，確保相關工作經過核實確認都已完成，確保風險處于受控狀態。當班值長只有拿到大修管理指令后才能下令進行相應的操作。釋放建立主系統低水位控制點時，運行部門需確認建立主系統低水位運行必須投用的系統已投入運行，導致正常熱阱、備用熱阱和應急熱阱不可用的工作票已終結或停止；維修部門完成低水位前需要完成的大修工作，并經大修管理部門簽字確認；核安全部門獨立審查確認低水位運行期間熱阱相關的系統滿足《機組大修核安全管理細則》要求，最終由大修執行指揮簽發大修管理指令釋放控制點。

4.6 重大專項采用項目組的方式運作

對于接口或者交叉部門較多的重要工作成立項目組，如低水位期間實施的主泵電機更換、蒸汽發生器渦流檢查、重要閥門檢修。專項組大修準備階段就成立，負責大修準備、實施，直至大修后總結，按照項目管理的方式運作。專項實施不僅有利于保證責任的落實以及提高大修期間的實施效率，更為重要的是由于采用專項組的形式，準備會更加充分，實施過程人員相對固定，能實時掌握現場檢修工作的執行情況，更加有利于大修期間的風險管控，促進大修工作的順利開展。

5 結語

秦山三廠至今已累計完成16次機組大修，大修工期控制良好，對低水位檢修的核安全風險管控到位，從未發生影響核安全的運行事件。實踐證明，這些風險管理措施是行之有效的。后續通過停堆低功率概率安全分析，不斷優化大修計劃，借鑒國內外同行的良好實踐經驗，進而完善大修期間的核安全管理手段和方法，使大修期間的核安全風險得到更好的管控。

參考文獻

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