移動泵應(yīng)急補水在田灣二期工程的應(yīng)用

劉航

摘 要：2011年3月11日，強烈地震引發(fā)的海嘯導(dǎo)致日本福島核電站發(fā)生嚴(yán)重核事故。田灣核電二期工程在吸取福島核事故經(jīng)驗教訓(xùn)后，結(jié)合國家通用技術(shù)文件的要求，在一期工程基礎(chǔ)上進行了設(shè)計改進，完善了超設(shè)計基準(zhǔn)事故下應(yīng)急補水設(shè)施，增設(shè)車載式移動泵應(yīng)急補水系統(tǒng)，提高了電站安全水平。本文對移動泵應(yīng)急補水在田灣二期工程中的應(yīng)用進行了分析。

關(guān)鍵詞：福島核事故;應(yīng)急補水;移動泵;田灣

引言

日本福島核事故由極端自然災(zāi)害引起，地震造成反應(yīng)堆自動停堆，停堆后電站供電系統(tǒng)切換為場外供電，但由于地震的破壞，場外供電系統(tǒng)失效，電站立即啟動應(yīng)急柴油機對堆芯及乏燃料水池進行冷卻，由于強烈地震引發(fā)的海嘯，導(dǎo)致應(yīng)急柴油機全部被淹沒，應(yīng)急冷卻系統(tǒng)失效，堆芯溫度不斷升高，冷卻劑流失，一回路水位下降，失去強迫循環(huán)，最終導(dǎo)致嚴(yán)重核事故的發(fā)生。

1? 類似福島核事故案例分析

假設(shè)在極端的自然災(zāi)害下，田灣核電站失去全部廠內(nèi)外電源，此時，以下保護動作：

——反應(yīng)堆停堆;

——汽輪機跳閘;

——主給水及輔助給水系統(tǒng)隔離;

——旁排閥關(guān)閉;

其事故進程如下：在反應(yīng)堆功率大于5%額定功率的情況下，兩臺以上主泵喪失電源信號觸發(fā)緊急停堆保護，控制棒下插，堆芯建立自然循環(huán)冷卻工況。事故初始階段，由于汽輪機跳閘，同時蒸汽發(fā)生器給水喪失，二回路蒸汽壓力增大，當(dāng)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)壓力上升到7.154MPa時，大氣釋放閥開啟，并維持6.86MPa壓力控制模式運行。由于蒸汽發(fā)生器失去給水，且泄壓裝置開啟，蒸汽發(fā)生器水位開始下降。當(dāng)蒸汽發(fā)生器燒干后，一回路喪失熱阱，此時冷卻劑水位低于反應(yīng)堆出口管嘴，堆芯自然循環(huán)中斷，一回路冷卻劑壓力和溫度迅速增加。當(dāng)一回路壓力達到18.11MPa時，穩(wěn)壓器安全閥的先導(dǎo)閥動作，冷卻劑通過安全閥排至泄壓箱，當(dāng)泄壓箱壓力達到0.68MPa時，爆破膜爆破，大量冷卻劑釋放到安全殼中，導(dǎo)致安全殼內(nèi)壓力迅速上升。在整個事故過程中，由于6KV應(yīng)急段母線失電，導(dǎo)致高、低壓安注系統(tǒng)，應(yīng)急給水系統(tǒng)均無法投入運行，且由于一回路持續(xù)高溫高壓，使非能動的中壓安注箱也無法投入，導(dǎo)致通過穩(wěn)壓器安全閥排出的冷卻劑無法得到補充，堆芯內(nèi)冷卻劑水裝量減小，水位降低，堆芯出現(xiàn)沸騰并且開始裸露。在堆芯裸露后傳熱進一步惡化，鋯合金與飽和蒸汽發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生的大量反應(yīng)熱進一步加劇了堆芯溫度的上升，同時伴有大量氫氣產(chǎn)生。隨著堆芯溫度的升高，控制棒、燃料包殼和支撐結(jié)構(gòu)出現(xiàn)熔化，最終導(dǎo)致壓力容器失效，釋放出不可凝氣體和大量放射性物質(zhì)。安全殼可能因不可凝氣體聚積造成安全殼超壓威脅其完整性。安全殼內(nèi)氫氣濃度不斷上升，最終可能發(fā)生燃爆，導(dǎo)致安全殼超壓失效。安全殼失效后，放射性氣體和氣溶膠將釋放到環(huán)境中，造成環(huán)境核污染的嚴(yán)重事故。

2? 移動泵應(yīng)急補水系統(tǒng)設(shè)計及功能介紹

若廠區(qū)配置有移動式柴油泵，在事故發(fā)生后，立即組織人員搭接臨時軟管，建立從除鹽水箱向蒸汽發(fā)生器供水通道，在二次側(cè)失去給水后，啟動移動泵向選定的蒸汽發(fā)生器供水，維持蒸汽發(fā)生器液位，并將相應(yīng)蒸汽發(fā)生器大氣釋放閥前置隔離閥開啟，通過二回路“充-排”的方式導(dǎo)出堆芯熱量。當(dāng)一回路壓力降低至5.9MPa時，非能動中壓安注系統(tǒng)動作，向堆芯注入大量硼酸溶液，同時，通過外部補油，可使移動泵保持72小時連續(xù)供水，確保堆芯冷卻及第三道安全屏障的完整性，防止類似福島核事故的發(fā)生。

移動泵應(yīng)急補水系統(tǒng)主要由車載式移動泵，儲水箱，應(yīng)急補水軟管，管道接頭，閥門及控制組件組成。在應(yīng)急給水系統(tǒng)補水管線上設(shè)置補水接口，移動泵上游水源為除鹽水箱，其有效容積4*700m?，由水箱出口設(shè)置取水接口，采用軟管引至廠房外，由移動泵連接補水路徑及取水路徑，從而建立由水箱至二回路的補水回路，實現(xiàn)事故工況下對蒸汽發(fā)生器應(yīng)急補水。

在進行二回路應(yīng)急補水系統(tǒng)對堆芯冷卻時，由于采用移動補水泵對蒸汽發(fā)生器應(yīng)急補水，首先需要對二回路進行泄壓操作。在事故工況時，若大氣釋放閥可電動操作，則由操縱員電動開啟大氣釋放閥降低蒸汽發(fā)生器壓力，確保移動泵能順利將水注入蒸汽發(fā)生器內(nèi)。當(dāng)大氣釋放閥無法執(zhí)行電動操作時，現(xiàn)場運行人員先關(guān)閉補水通道上的大氣釋放閥，維修人員使用專用工具開啟對應(yīng)補水通道上大氣釋放閥的前置隔離閥，并由運行人員調(diào)節(jié)大氣釋放閥開度，以保證泄壓速率在允許范圍內(nèi)，現(xiàn)場人員此時根據(jù)操縱員指令調(diào)節(jié)移動泵出口閥門以調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器補水流量。

3? 車載柴油機移動泵介紹

車載柴油機移動泵為水平臥式、自平衡、多級離心泵，該泵采用泵腳支撐，其采用吸入口軸向和吐出口向上布置，在泵體下方設(shè)置有排液口。其它主要包括進水段，出水段，函體等零部件。泵軸承采用稀油自潤滑，軸承冷卻方式為空冷。泵的軸封采用集裝式機械密封，拆卸方便。泵和柴油機通過帶加長節(jié)的疊片撓性連軸器連接，維修機械密封時，只需要拆除軸承部件，且不必移動泵和柴油機，確保軸封的更換時間在4小時以內(nèi)完成。泵組主要由水箱、泵、柴油機和柴油機控制系統(tǒng)等組成，泵組還備有溫度、壓力等監(jiān)控儀器，可保證泵安全、穩(wěn)定運行。整個機組布置于集裝箱內(nèi)，并預(yù)留操作及檢修空間。

為保證機動性，移動式補水泵安裝在半掛車上，并借助牽引車移動。為保證移動柴油泵的連續(xù)運行能力，移動泵采用燃料貯存箱作為油料儲備，油箱容積1000L，在油箱裝滿柴油的工況下，可保證移動式補水泵自持運行24小時，超過自持時間需對燃料儲箱補充油以滿足堆芯72 小時的冷卻需要。油箱上設(shè)置有補油接口，可很方便實現(xiàn)在線補油的功能。柴油機啟動電源為獨立的蓄電池，并配有充電裝置，可滿足柴油機6次啟和照明的功能，且使用壽命不低于5年。

結(jié)論：

福島核事故發(fā)生后，核電業(yè)界對該事故進行了各種分析研究，國家核安全局也頒布了《福島核事故后核電廠改進行動通用技術(shù)要求》，田灣二期工程積極落實各項改進要求，始終把提高機組安全性作為一項重要任務(wù)，增設(shè)了移動泵向蒸汽發(fā)生器二次側(cè)補水系統(tǒng)，保證了機組超設(shè)計基準(zhǔn)事故下的安全功能。

參考文獻：

[1] 國核安發(fā)[2012]98號.關(guān)于印發(fā)《福島核事故后核電廠改進行動通用技術(shù)要求（試行）》的通知.

[2] 馬榕翊.福島核事故對我國核電安全發(fā)展的啟示[J].安全，2012（03）

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