方家山核電機組防誤稀釋分析

譚正　林志亮

【摘 要】根據國外同行運行經驗反饋和事故分析結果，M310堆型原有設計中存在發生意外硼稀釋而導致堆芯熔化的潛在風險。核電廠誤稀釋事故發生頻率較高且一旦發生造成的安全后果比較嚴重，方家山核電機組在設計方面考慮了誤稀釋的風險，并對這些風險采取了相應的措施。本文針對各種可能導致誤稀釋事故的原因以及方家山核電機組所采取的防誤稀釋措施進行了簡要的分析和論述。

【關鍵字】誤稀釋；ADP；快稀釋；慢稀釋；行政隔離

中圖分類號： F426.23；F426.61 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0124-003

Mistakenly Dilution Of Fangjia Shan Nclear Power Plant

TAN Zheng LIN Zhi-liang

（CNNP Xiapu Nuclear Power CO.，Ltd.Ningde Fujian Province，Ningde Fujian 352000，China）

【Abstract】According to the operating experience feedback and accident analysis results from foreign counterparts， M310 type of reactor accidents exists in the original design of boron dilution leads the potential risk of a core melt. The accident frequency of misuse dilution is higher happens on nuclear power plant， and will cause the serious safety consequences. Fangjia Shan nuclear power plant considers the risk of misuse dilution in the design， and takes the appropriate measures for these risks. This thesis briefly analyse and discuss the probably causes of the diluted accident and the measures of Fangjia Shan nuclear power plant will take to prevent misuse.

【Key words】Mistakenly dilution； ADP； Rapid dilution； Slow dilution； Administrative segregation

1 背景介紹

根據法國核電站運行經驗反饋和PSA分析，原有設計中存在著發生意外硼稀釋而導致堆芯熔化的潛在風險。其假設條件為：

當廠變突然失電時，反應堆冷卻劑泵停運，一回路強迫循環喪失，而由應急廠用設備母線LHA/B供電的RCV上充泵和REA泵仍可繼續運行。此時，如果稀釋未停止或進行稀釋操作，就會因自然循環能力不足而在上充管線進入一回路的入口處形成低硼濃度的“水塞”又稱“水團” ，同時隨主泵軸封水的注入，也會在主泵泵殼內積聚低硼水。當外電源恢復，重新啟動反應堆冷卻劑泵時，就會將這些低硼水推入堆芯，從而快速引入正反應性，有可能造成反應堆超臨界。為防止上述情況的發生，增加了防止快稀釋反應性事故的保護措施。

在反應堆停堆狀態下，若由于某些設備，如熱交換器傳熱管破裂（RCV熱交換器、主泵軸封水高壓冷卻器）和含低硼水或清水系統與一回路連接的閥門等泄漏，導致低硼水或清水進入一回路，緩慢地稀釋了反應堆冷卻劑硼濃度，向堆芯引入了正反應性，使反應堆重返臨界。為防止上述情況的發生，增加了防止慢稀釋反應性事故的保護措施。

2 防誤稀釋的改進措施

為了防止安全屏障被破壞，保證反應堆安全，針對上述兩種假設條件，方家山核電機組吸取國內外同行的先進經驗，分別增加了防止快稀釋和慢稀釋的改進措施。

2.1 防快稀釋措施

2.1.1 控制邏輯方面：

1）建立一個防誤稀釋保護信號ADP（Anti-Dilution Protection）

已經進行的反應性事故研究表明：在一回路主泵停運的運行工況下，如果有一體積為硼濃度非常低的水和/或以m3數量級的冷水進入一回路的話，反應堆堆芯的后果將非常嚴重。所以，當以下3個信號同時存在時，產生ADP信號：

（1）RCP自然循環流量低──取自功率量程通道的P16信號。

該信號由功率量程通道的P16信號加延時而產生。其產生的機理是一回路的自然循環流量與反應堆的衰變熱成正比。當反應堆從高功率狀態下停堆后，在相當長的一段時間內，其衰變熱維持在一個較高的水平，自然循環流量也相對較高。在經歷了一段時間的衰變后，自然循環能力減弱。當反應堆從低功率水平向高功率水平過渡后，在功率水平到達一定水平并維持一段時間后，其停堆后的衰變熱才能達到一定的水平。因此：

當反應堆功率降低到P16以下時，延時T1（5h37min）發出保護信號（如果功率降至P16以下，且在5h37min鐘以內重新恢復功率至P16以上，則立即出發失去自然循環信號）；

當功率提升到高于P16時，延時T2切斷保護信號。設定值為46h26min（第一循環除外），第一循環為88h32min。

（2）RCP強迫循環喪失──該信號取自RPR系統三個環路同時存在流量低信號或主泵停運信號。

（3）RRA未與RCP連接──該信號取自RRA/RCP吸入端隔離閥關閉位置限位開關（A列：RCP212VP或RRA001VP全關；B列：RCP215VP或RRA021VP全關）。

當RRA連接時，這個保護被閉鎖，因為不管剩余余熱多少，自然循環流量都不能均勻一回路，并且RRA連接之后可以利用RRA泵對主系統進行強迫循環。

當ADP信號生效時自動將RCV上充泵吸入口從容控箱切換到換料水箱。自動切換10min后，操縱員可以手動將上充泵入口切回容控箱，以免一回路被過分硼化。

2）RCP強迫循環喪失或RRA與RCP連接時，禁止稀釋

如果一回路失去強迫循環（喪失強迫循環信號請見圖2）或RRA接入（因為RRA的流動對RCP自然循環是起阻礙作用的），就不能保證補水與一回路水的混合，會在上充管線進入一回路的入口處和主泵的軸封注入處形成水團。

為防止在此情況下重新啟動主泵對一回路造成快稀釋，設置了自動保護信號：

（1）當RRA連接到RCP或者一回路失去強迫循環且正在進行稀釋操作時，觸發保護動作，停止并禁止稀釋或手/自動補給；

（2）當RRA連接到RCP時，由于手/自動補給造成補給硼濃度不正常，此時觸發保護動作，停止并禁止稀釋或手/自動補給。

3）控制注入一回路的硼濃度

為了防止REA補給水硼濃度過低或異常，方家山核電機組設置了補給水硼濃度低報警，如圖4所示：當一回路的補給水硼濃度低于2000ppm時，若計算的補給水硼濃度比一回路硼濃度低200ppm，同時REA系統處于補給工作狀態，則發出補給水硼濃度低報警REA509KA。如果同時RRA處于接入到RCP的狀態，則停止并禁止補水。

4）TEP返回容控箱管線在RCP強迫循環喪失時關閉

一回路失去強迫循環（失去強迫循環信號請見圖2）時，不論RRA系統在什么狀態下，TEP除氣系統返回RCV管線的閥門1TEP053VP/2TEP054VP自動隔離，同時RCV030VP在自動模式下運行。

5）短周期報警

在中間量程中子通量測量柜中設置了一個閾值，在中子通量倍增時間小于18s時產生報警，同時產生C1信號閉鎖控制棒的提升。

2.1.2 設備系統方面

保持RRA系統在2100ppm硼水加壓下，即當RRA系統停運時，RRA泵入口連接到乏燃料水池，當PTR001BA打循環時，RRA泵入口連接到PTR001BA，RRA系統始終由硼濃度為2200±100ppm的硼水使其保持滿水狀態。

2.2 防慢稀釋措施

為了防止慢速反應性事故，在源量程中子通量高緊急停堆信號生效時，產生如下自動動作：

A列：開啟RIS012VP，然后關閉RCV033VP和RCV376VP

B列：開啟RIS013VP，然后關閉RCV034VP和RCV375VP

為防止一回路被過份硼化，在RPR側設置了一個1min的延時繼電器。在上充泵吸入口從容控箱切換到換料水箱1min后，發出一指示燈信號，此時操縱員手動將上充泵吸入口切回容控箱。

3 防誤稀釋個人小建議

方家山核電機組防誤稀釋的技術措施、運行措施、管理措施都已經很全面到位，筆者才疏學淺，不能提出什么全面系統的改進措施，僅從以下方面提幾個小建議：

（1）裝設防水棚。為了防止火災時在乏燃料廠房使用消防水導致乏燃料水池硼稀釋，同時又解決在乏燃料廠房發生火災時不得不使用消防水的情況，我們可以在在乏燃料水池周圍設置導水槽，在乏燃料水池上方安裝可移動（或者收合）防水棚， 使得灑落在乏燃料水池上方的消防水落在防水棚上面，再通過導水槽流進指定容器。同時，防水棚還可以起到防異物掉落到乏燃料水池中，取到防異物的作用，在要進行燃料操作時再將防水棚移走。

（2）操作票 “稀釋風險“提示。在操作票風險分析中設立專門的“稀釋風險“提示項，從而給隔離經理、操縱員及現場操作人員給出提示和警示，多重保護減少人因失誤。

（3）閥門標牌標注。對于那些連接兩個不同的系統，而這兩個系統中的硼濃度又存在不相等情況的閥門，在閥門標牌中做出專門的“稀釋”標注，從而提示操作者在開啟閥門前要清楚閥門兩側硼濃度情況，考慮防誤稀釋的問題。

（4）大修清水源隔離。換料大修時，隔離所有硼濃度在2100ppm以下的清水源，如果需要使用這些水源，必須提出專門申請，經批準之后才能解除隔離，使用完后重新隔離。

（5）SG一二次側壓差報警。為了防止二回路的清水通過SG進入一回路，導致一回路硼稀釋，可以設置專門的壓差報警，當一二次側壓差小于一定值時發出報警。由于方家山核電機組采用DCS，所有要實現這個功能比較容易，但對于防誤稀釋的卻可以取到一定的效果。

4 結語

發生誤稀釋事故的原因有很多，且在換料停堆到滿功率運行期間的所有工況下都有可能發生，并可能形成比較嚴重的后果。雖然方家山核電機組采用了有各種不同措施來防止發生防硼誤稀釋事故，在設計中不但保留了常規壓水堆核電站防硼誤稀釋的手段，并且針對法國核電站運行的經驗反饋在設計中加入了很多改進措施。但是，作為運行人員特別是操縱員，仍然應該保持足夠的警惕，實際工作中加強此類事故的學習，實際工作中嚴格按規程辦事，嚴格執行運行技術規范和規程中的各項措施和要求，加強防范，確保方家山核電機組投運后安全穩定運行。

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