冷源在核電廠的重要性探究

□劉紅元

一、引言

2018年4月，國內某核電廠因海域海藻爆發，涌入取水口堵塞海水過濾網系統鼓型濾網，1、2號機組相繼緊急停運。

2018年4月，國內某核電廠2號機組處于功率運行狀態，因2CFI032TF鼓網中高速電機振動超限值，機組降功率至280MW。

2018年5月，國內某核電廠3號機組B列鼓網因海生物堵塞導致電機間地面液位快速(沒過地面約10公分)，初步原因分析:海帶等雜物堵塞臨時濾網，并在水流的推動力下，將臨時濾網推到靠近水流出口位置，造成出口封閉堵塞。

因此，國家發改委、國家能源局、生態環境部、國防科工局四部委于2018年5月聯合印發了《關于進一步加強核電運行安全管理的指導意見》，文件中提出了“提升冷源保障水平”的指導意見，要求各運行單位加強核電廠可能影響冷源系統安全的外部因素識別和分析，進一步摸清致災海生物及雜物的種類、形式和形成規律，提高循環水取水口的攔污和清潔能力，建立有效的監測、預警和響應機制，制定應急預案，提高快速響應能力等。

二、核電廠冷源的設計

冷源系統是電站的循環水系統的簡稱，英文名稱為Main cooling water system。其主要作用是：向核島的安全廠用水用戶提供冷卻水、向常規島的凝汽器和輔機冷卻器提供冷卻水，是電站運行的冷端系統。

冷源設計中最關鍵的要素是最終熱阱(UHS)的設計。最終熱阱是在反應堆正常停堆或事故停堆(包括反應堆失水事故(LOCA)在內)以后，為排出反應堆衰變熱及電廠重要冷卻熱負荷而提供的確保冷卻水源。許多商用核電廠也依靠空冷(如噴水池和冷卻塔)作為最終熱阱功能的輔助手段，一定程度上支持冷卻水供給；非能動核電廠的設計可能僅僅依靠大氣，在電廠瞬態和事故工況后立即導出反應堆衰變熱。

截至目前，國內核電廠均位于海濱，普遍采用以大海為最終熱阱(或稱冷卻水源)的直流供水系統。大海作為取之不盡的冷卻水天然水源，是工藝用水的水源和安全廠用水的最終熱阱。壓水堆的冷卻水系統普遍采用單一海水一次通過熱交換設備的循環冷卻方案。部分堆型設計有空冷的輔助手段，或者采用非能動的補充手段，以實現在核電廠冷源系統發生瞬態危機后的緊急投用，以緩解事件后果。

關于冷源系統相關的設計，在我國國內法規《核動力廠設計安全規定》HAF102和導則《核電廠最終熱阱及其直接有關輸熱系統》HAD102/09-1987中均有具體的要求。

在《核動力廠設計安全規定》HAF102-2016的“6核動力系統設計要求”6.2.7中，關于“熱量向最終熱阱的傳輸”一共有3條要求：第一，在核動力廠所有狀態下，都必須保證具有將熱量傳輸到最終熱阱的能力。第二，熱量傳輸系統必須具有足夠的可靠性，要求采用多樣化的最終熱阱或者多樣化的排熱途徑。第三，在比設計基準自然災害(由廠址危險性評價確定的)更嚴重水平下仍能夠實現傳熱功能。而在2004年版的《核動力廠設計安全規定》HAF102的“6核動力廠系統設計要求”中6.2.8，關于“余熱向最終熱阱的輸送”的要求共有4條。

從新、老法規的文字描述對比上可以看出，新法規更加關注系統的可靠性，明確提出了多樣化的最終熱阱或者多樣化的排熱途徑的設計要求。同時，新法規也明確要求，要考慮在更嚴重水平下能夠實現傳熱功能，而不僅僅是考慮自然事件和人為事件的影響。

隨著中國核電行業近二十年的大力發展，鑒于冷源系統(最終熱阱)對核安全和機組可用率的重大影響不斷得到業界的普遍共識，可以預計，在核安全導則《核電廠最終熱阱及其直接有關輸熱系統》新版本發布時，這些新的設計要求將得到進一步的明確。

三、冷源事件頻發

電廠無論堆型和取水配置如何，該類事件仍在持續發生，還影響到了電廠的安全和可靠性。由于冷源系統(包括最終熱阱)的設計，盡管是抗震一類的構筑物、系統和設備，但絕大多數為非核級設備。因此在電廠運行過程，冷源事件頻發。盡管這些瞬態事件的發生，大部分沒有產生直接的核安全后果，但是對核電廠的可用性(經濟性)指標產生了較大的影響。

早在2005年，WANO分析了2004年以來發生的有關冷卻水取水口堵塞的44起事件，并發布了重要運行經驗報告(SOER_2007-2《冷卻水取水口堵塞》)。該報告分析了冷卻水取水口堵塞事件對安全系統及電廠可靠性的不利影響，研究了冷卻水取水口堵塞這一不利趨勢的直接原因和潛在因素：第一，取水口堵塞的安全重要性。認為取水口構筑物屬于非安全相關領域，沒有將對該領域內設備問題的處理放在足夠的優先地位。第二，環境條件的改變。促成冷卻水取水口堵塞的環境因素是不斷變化的，氣候的周期性變化可以影響到電廠附近的氣象類型和環境條件，無法預測電廠目前所處環境條件的改變。第三，監測技術、預警和預測手段。環境條件日常監測中的缺陷是取水口堵塞的促成因素。第四，設備設計和變更的不足。設計不足也是自動緊急停堆和電廠受迫停堆的促成因素。第五，材料狀況和維修方案。冷卻水取水口構筑物、設備和相關系統的材料狀況降級促使了取水口的堵塞，妨礙了電廠人員緩解這一狀況的有效性。

隨著我國核電事業的快速發展，冷源事件暴露出來的安全性問題也早已引起了國家監管部門的高度重視。2016年4月，針對我國核電廠發生的數起由于海洋生物或異物堵塞取水系統從而影響取水安全的事件，國家監管部門組織了相關調研和分析。為做好類似事件的應對工作，國家核安全局發文《關于近期海洋生物或異物影響核電廠取水安全事件的通報》(國核安發[2016]91號)，對各核電廠營運單位提出五條明確的建議。

四、強化冷源系統的安全性管理

近年來，各類冷源事件在行業內多次發生，也暴露出了一些問題，如：對海洋環境背景了解不充分；電站取水口海域海水富氧化；個別電廠取水和過濾系統的設計問題等。近年來，國內核電廠一直密切監視著外部環境變化對運行機組和擴建機組的影響，組織影響分析論證和相容性研究，持續不斷地進行設計改進，保證運行機組的安全條件滿足設計要求。但不可否認，在冷源管理方面，各核電廠還有進一步提高的空間。

WANO SOER已經指出，許多核電廠認為取水口構筑物屬于非安全相關領域，沒有將對該領域內的設備問題的處理放在足夠的優先地位。各核電廠應該建立統一的冷源管理機構，統籌解決冷源管理過程中突出的技術和管理問題，如：主導核電廠海生物生態調查，建立預警報警機制；協調組織開展跨機組的適應性的分析、評價工作，制定和落實中、長期的改進措施。2018年8月，中國核電設備可靠性管理委員會關于核電廠冷源共性問題專題會紀要(中國核電共管委紀要[2018]130號)中要求：各電廠必須嚴格按照國家發改委能源局[2015]725號、[2018]75號文的要求，盡快成立冷源問題應對小組，明確主管領導及各處室職責，完善冷源管理制度，升版并演練冷源應急預案。

核電廠的設備管理部門要高度重視海洋生物或異物對海水系統特別是安全重要廠用水系統的影響，結合有關案例，主動識別電廠可能存在的冷源設計或建設問題，通過改造、變更不斷增強設備的可靠性和系統的安全性。要主動引入技術后援單位，利用相關海洋設計院所的技術力量，研究我國沿海海域海生物的產生、分布和變化規律。要積極采用先進的監測、預警設備，力爭實現取水口海域水上、水下監測全覆蓋，提高核電廠冷源危機的預警能力。

核電廠要強化內部管理和監督。要定期對取水構筑物、系統和設備進行巡視、檢查，做好日常維護、清理和清於等工作。有針對性地開展不定期的應急演練，完善應急預案。在應對冷源系統的設備故障和外部危機時,要按照多機組統一協調、相互配合的原則，積極主動地采取恰當的干預措施，以保證冷源系統的安全穩定運行。安全、質量等部門通過組織聯合的安全檢查、內部監督，識別出管理漏洞和技術不足，促進核電廠內部管理績效的持續改進。