CPR1000機組嚴(yán)重事故需鑒定設(shè)備梳理方法研究

尹朝林+王超+白杉

摘 要：文章根據(jù)嚴(yán)重事故進(jìn)程發(fā)展的四個時間區(qū)間，通過分析在不同時間區(qū)間需執(zhí)行的嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則得到不同時間區(qū)間的嚴(yán)重事故應(yīng)急設(shè)備梳理方法。然后給出了嚴(yán)重事故需鑒定設(shè)備的篩選原則，從而得到根據(jù)嚴(yán)重事故應(yīng)急設(shè)備梳理出嚴(yán)重事故需鑒定設(shè)備的方法。

關(guān)鍵詞：CPR100機組；嚴(yán)重事故；鑒定設(shè)備

中圖分類號：TL364+.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0087-02

1 概述

核電站事故條件下的設(shè)備鑒定一直是核安全研究重點關(guān)注的對象，特別是福島事故之后[1]。目前國際核電設(shè)備鑒定發(fā)展要求我們不僅要考慮設(shè)計基準(zhǔn)事故下鑒定要求，同時也要在此基礎(chǔ)上開展核電設(shè)備嚴(yán)重事故下鑒定研究工作。需鑒定設(shè)備是設(shè)備鑒定的重要輸入[2]，因此做好嚴(yán)重事故下設(shè)備鑒定工作的先決條件是做好嚴(yán)重事故下需鑒定設(shè)備的梳理工作。目前國內(nèi)在運CPR1000機組核電站核安全設(shè)備在電站建設(shè)過程中只考慮了設(shè)計基準(zhǔn)事故下的鑒定，為了更好的對CPR1000機組核電站進(jìn)行嚴(yán)重事故管理，需通過一定的方法梳理出嚴(yán)重事故下需鑒定設(shè)備，從而更好的確保核電站的核安全。

2 嚴(yán)重事故進(jìn)程

嚴(yán)重事故定義為嚴(yán)重性超過設(shè)計基準(zhǔn)事故，導(dǎo)致堆芯熔化，從而可能引發(fā)安全殼喪失功能并引起大量放射性物質(zhì)泄漏的事故工況[3]。

根據(jù)嚴(yán)重事故的發(fā)展過程，參考AP1000機組嚴(yán)重事故分析方法嚴(yán)重事故進(jìn)程可以按時間區(qū)間劃分為如圖1所示的四個時間區(qū)間：

（1）時間區(qū)間0-堆芯裸露前；（2）時間區(qū)間1-堆芯加熱階段；（3）時間區(qū)間2-壓力容器內(nèi)嚴(yán)重事故階段；（4）時間區(qū)間3-壓力容器外嚴(yán)重事故階段。

3 嚴(yán)重事故應(yīng)急設(shè)備梳理

福島核事故后，大亞灣核電站等CPR1000機組核電站都編制了相應(yīng)的嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則（SAMG）。隨著嚴(yán)重事故進(jìn)程的發(fā)展，嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則中規(guī)定了相應(yīng)的緩解措施規(guī)程以及事故緩解需要用到的設(shè)備。因此，可以根據(jù)嚴(yán)重事故在不同時間區(qū)間所采取緩解措施來梳理得到嚴(yán)重事進(jìn)程不同時間區(qū)間中需用應(yīng)急設(shè)備。

3.1 時間區(qū)間0

在這個時間區(qū)間內(nèi)，反應(yīng)堆剛剛開始偏離正常運行狀態(tài)，操作員會在應(yīng)急操作規(guī)程的指導(dǎo)下使反應(yīng)堆達(dá)到一個安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。如果由于LOCA、喪失電源等原因而無法對堆芯進(jìn)行足夠的冷卻，將會導(dǎo)致堆芯水位下降、堆芯裸露。這個時間區(qū)間的反應(yīng)堆工況仍屬于設(shè)計基準(zhǔn)工況的范圍，還沒有開始實施任何嚴(yán)重事故下的核電廠功能。因此時間區(qū)間0的事故應(yīng)急設(shè)備不屬于嚴(yán)重事故論證范疇。

3.2 時間區(qū)間1

堆芯裸露后，堆芯無法得到充分的冷卻，過多的衰變熱無法導(dǎo)出，使得堆芯持續(xù)加熱，堆芯溫度持續(xù)上升。

這個時間段需要完成的電廠功能為嚴(yán)重事故入口條件的監(jiān)測。當(dāng)堆芯出口溫度達(dá)到650℃時，或者是停堆后安全殼內(nèi)放射性劑量釋放達(dá)到SAMG中規(guī)定的閾值時進(jìn)入SAMG。因此這個時間區(qū)間涉及的嚴(yán)重事故應(yīng)急設(shè)備包括堆芯出口溫度監(jiān)測的熱電偶以及安全殼放射性劑量監(jiān)測儀表。

3.3 時間區(qū)間2

這個時間段內(nèi)，快速的鋯水反應(yīng)釋放大量的熱量使得一回路溫度持續(xù)升高，導(dǎo)致堆芯融化，同時鋯水反應(yīng)產(chǎn)生大量氫氣，造成壓力容器氫氣風(fēng)險。因此在這時間段內(nèi)，需要采取相應(yīng)的緩解措施來導(dǎo)出反應(yīng)堆余熱、降低壓力容器和安全殼壓力和氫氣濃度等從而確保反應(yīng)堆壓力容器和安全殼的完整性。以嶺澳二期核電嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則為例，在時間區(qū)間2主要需要執(zhí)行的導(dǎo)則包括：向蒸汽發(fā)生器注水、向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)注水、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)卸壓、控制裂變產(chǎn)物釋放、控制安全殼工況、向安全殼注水以及控制安全殼氫氣濃度。因此在這個時間區(qū)間，嚴(yán)重事故應(yīng)急設(shè)備應(yīng)包含上述須執(zhí)行導(dǎo)則中需用到的泵、閥門、風(fēng)機以及監(jiān)測儀表等設(shè)備。

以向蒸汽發(fā)生器注水導(dǎo)則為例，執(zhí)行導(dǎo)則所需應(yīng)急設(shè)備梳理過程如下所述：

（1）向蒸汽發(fā)生器注水導(dǎo)則的入口條件為蒸汽發(fā)生器水位小于-0.6m，同時注水過程中也需要監(jiān)測注水效果電廠響，因此需要蒸汽發(fā)生器水位監(jiān)測儀表。

（2）向蒸汽發(fā)生器注水包括高壓注水設(shè)備和低壓注水設(shè)備，蒸汽發(fā)生器高壓注水設(shè)備包括主給水泵和輔助給水泵，蒸汽發(fā)生器低壓注水設(shè)備包括凝結(jié)水泵和消防水管線設(shè)備。

（3）使用低壓注水設(shè)備時，蒸汽發(fā)生器需先泄壓。蒸汽發(fā)生器卸壓的途徑及壓力監(jiān)測設(shè)備包括向大氣的蒸汽排放閥、蒸汽發(fā)生器動力操作安全閥、向凝汽器的蒸汽排放閥和蒸汽發(fā)生器壓力監(jiān)測儀表。

（4）在向蒸汽發(fā)生器注水的過程中需要限制注水流量使之小于23m3/h，以防止產(chǎn)生蒸汽發(fā)生器熱沖擊、蒸汽發(fā)生器傳熱管蠕變斷裂等負(fù)面影響，監(jiān)測蒸汽發(fā)生器注水流量的儀表主要包括主給水流量監(jiān)測儀表和輔助給水流量監(jiān)測儀表。

（5）在時間區(qū)間2，向破損蒸汽發(fā)生器注水的目的是清洗放射性物質(zhì)，這里需要放射性監(jiān)測儀表來確定是否發(fā)生SGTR并且有放射性物質(zhì)釋放到二次側(cè)回路，主要設(shè)備為主蒸汽管線放射性監(jiān)測儀表和蒸汽發(fā)生器放射性監(jiān)測儀表。

根據(jù)上述梳理過程可知，嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則執(zhí)行中所需應(yīng)急設(shè)備主要包括：

（1）導(dǎo)則入口條件監(jiān)測儀表；（2）導(dǎo)則執(zhí)行可用路徑能動機械設(shè)備；（3）導(dǎo)則執(zhí)行效果和負(fù)面效應(yīng)監(jiān)測儀表。

因此可以根據(jù)上述嚴(yán)重事故應(yīng)急設(shè)備梳理方法確定嚴(yán)重事故進(jìn)程該時間區(qū)間以及時間區(qū)間3所需應(yīng)急設(shè)備。

3.4 時間區(qū)間3

時間區(qū)間3的嚴(yán)重事故的進(jìn)程根據(jù)壓力容器失效時壓力容器內(nèi)壓力的不同，事故的進(jìn)程可以分為高壓序列和低壓序列。

在壓力容器失效高壓序列事故發(fā)展中，高能量的熔融物可能以射流的形式進(jìn)入安全殼大氣，熔融物大范圍散布，造成安全殼直接加熱，使安全殼內(nèi)快速升溫、升壓并威脅安全殼的完整性。因此在這種情況下主要執(zhí)行的導(dǎo)則包括控制安全殼工況和控制裂變產(chǎn)物的釋放。endprint

對于低壓序列，可以分為堆坑內(nèi)有水和堆坑內(nèi)無水兩種情況。在這兩種情下需要執(zhí)行的導(dǎo)則包括：控制安全殼工況、控制安全殼真空、控制裂變產(chǎn)物釋放、控制氫氣濃度和向安全殼注水。

因此，時間區(qū)間3所需的嚴(yán)重事故應(yīng)急設(shè)備包括兩種不同序列中所有須執(zhí)行導(dǎo)則中需用到的泵、閥門、風(fēng)機和監(jiān)測儀表等設(shè)備。

4 需鑒定設(shè)備梳理原則

CPR1000機組核電站為防止核裂變產(chǎn)物外泄，設(shè)置了三道屏障，它們分別為：燃料包殼、一回路壓力邊界和安全殼。當(dāng)發(fā)生堆芯熔化等嚴(yán)重事故時，燃料包殼和一回路壓力邊界已經(jīng)被破壞，嚴(yán)重事故的緩解主要集中在緩解堆芯損傷和保證第三道屏障（安全殼）的完整性，減少放射性物質(zhì)向環(huán)境的釋放[4]。保證這一安全功能的核電設(shè)備包括以下幾類：

（1）第三道屏障完整性相關(guān)的設(shè)備，確定在嚴(yán)重事故條件下保證安全殼第三道屏障密封所涉及的設(shè)備。

（2）防止事故進(jìn)一步惡化的設(shè)備，堆芯熔化后，為防止事故進(jìn)一步惡化，保證安全殼不損壞所需要的設(shè)備。

（3）監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備，用于獲得電廠關(guān)鍵參數(shù)，并依此作出正確決策，執(zhí)行相應(yīng)的嚴(yán)重事故事故管理和應(yīng)急程序。

（4）事故緩解廠外設(shè)備，福島核事故的經(jīng)驗反饋表明了事故緩解用廠外設(shè)備對嚴(yán)重事故緩解的重要意義，因此應(yīng)確定為緩解嚴(yán)重事故所需要的設(shè)備。

因此在第3節(jié)中所述的嚴(yán)重事故管理中應(yīng)急功能涉及的設(shè)備，需鑒定設(shè)備的選取遵循以下原則：

（1）保證安全殼完整性的安全殼隔離閥、風(fēng)機和貫穿件等設(shè)備。

（2）安全殼內(nèi)嚴(yán)重事故緩解過程中需要執(zhí)行功能的閥門、泵、風(fēng)機以及監(jiān)測儀表等設(shè)備。

（3）安全殼外嚴(yán)重事故緩解過程中需要執(zhí)行功能以及有一回路介質(zhì)流過的泵、閥門以及檢測儀表等設(shè)備。

根據(jù)上述的需鑒定設(shè)備篩選原則，上述向蒸汽發(fā)生器注水所需嚴(yán)重事故緩解應(yīng)急設(shè)備中：

（1）蒸汽發(fā)生器水位監(jiān)測儀表位于安全殼內(nèi)，需檢測蒸汽發(fā)生器水位情況，因此屬于嚴(yán)重事故需鑒定設(shè)備。

（2）蒸汽發(fā)生器注水泵主要在安全殼外，不受嚴(yán)重事故工況影響，故不需進(jìn)行嚴(yán)重事故鑒定。

（3）雖然蒸汽發(fā)生器向大氣和凝汽器的蒸汽排放閥處于安全殼外，但是考慮到SGTR的可能，蒸汽發(fā)生器泄壓相關(guān)閥門應(yīng)考慮嚴(yán)重事故條件鑒定。

（4）雖然蒸汽發(fā)生器壓力監(jiān)測儀表處于安全殼外，但當(dāng)存在蒸汽發(fā)生器TR時，儀表將處于嚴(yán)重事故環(huán)境條件下，故需要進(jìn)行鑒定。

（5）蒸汽發(fā)生器給水流量、蒸汽發(fā)生器和主蒸汽管線放射性監(jiān)測儀表處于安全殼外，不受嚴(yán)重事故影響，故不需進(jìn)行嚴(yán)重事故鑒定。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)嚴(yán)重事故進(jìn)程發(fā)展的四個時間區(qū)間，分析了在不同時間區(qū)間需執(zhí)行的嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則。以向蒸汽發(fā)生器注水為例，分析了向蒸汽發(fā)生器注水過程中需用到的應(yīng)急設(shè)備，然后根據(jù)嚴(yán)重事故需鑒定設(shè)備的篩選原則，分析了向蒸汽發(fā)生器注水過程中需鑒定設(shè)備。從而得到了根據(jù)嚴(yán)重事故發(fā)展進(jìn)程時間區(qū)間確定嚴(yán)重事故應(yīng)急設(shè)備清單梳理方法，然后根據(jù)嚴(yán)重事故條件需鑒定設(shè)備篩選原則梳理嚴(yán)重事故需鑒定設(shè)備的方法。

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