淺析鈉冷快堆電廠涉鈉系統安全風險及操作規范

串皓皓 羅鳴 陳雨翔(中核霞浦核電有限公司，福建 霞浦 355100)

1 鈉冷快堆電廠的潛在風險

鈉冷快堆電廠一、二回路系統出現鈉泄漏會對電站的安全運行構成巨大威脅。一回路中，鈉作為堆芯的冷卻劑，發生泄漏時除了會導致火災、產生大量放射性氣溶膠外，還會造成堆芯失去冷卻、放射性物質向環境釋放等嚴重后果。作為載熱體的二回路鈉，出現泄漏會造成火災、產生大量的鈉氣溶膠向環境釋放。除了威脅到建筑結構的完整性外，鈉氣溶膠粘連到皮膚上，會灼燒皮膚。若被人吸入，還會對人體器官造成極大的損害[1]。另外，二回路鈉泄漏引起的鈉水反應會損壞蒸汽發生器傳熱管，并影響主熱傳輸系統的正常余熱導出。因此必須設置防范鈉泄漏的措施和及時發現鈉泄漏的探測系統，鈉火事故或鈉水反應后的包容系統必須滿足設計安全規范的要求及符合國際慣例。

1.1 鈉火風險

鈉火事故作為鈉冷快堆嚴重事故之一，已經受到有快堆國家的普遍重視，針對鈉火問題國外已經做了較多的研究工作。發生鈉火時，著火房間的溫度和壓力快速升高，會對房間內的系統和設備造成損壞[2]。同時高溫會使混凝土內的水分蒸發，建筑結構遭到破壞[3]。對人員而言，當鈉飛濺到皮膚上時，會造成嚴重灼傷。鈉燃燒產生的氣溶膠通過呼吸道或口腔進入人體時，會引起氣管、肺、粘膜腔、食管和胃的灼傷。當氣溶膠進入人眼睛時，會引起水腫，損傷虹膜、甚至導致失明。不同鈉氣溶膠濃度下對人的影響如表1所示。

表1 不同鈉氣溶膠濃度狀態下后果

1.2 鈉水隱患

與鈉火事故相比，目前國內外對鈉水事故研究較少，一方面，鈉水反應產生的壓力波在二回路中傳播使二回路各處壓力升高[4]，可能造成二回路結構失效，使主回路喪失傳熱能力；另一方面，鈉水反應會損壞傳熱管，影響蒸汽發生器使用壽命[5]。現階段認為的鈉水反應規模是依據水/水蒸氣向鈉中的泄漏量來判斷的，按照泄漏量不同分為小泄漏：水/水蒸汽向鈉中的泄漏量，≤1g/s；大泄漏：蒸發器單根換熱管發生雙端斷裂時，水/水蒸汽向鈉中的泄漏量，25～40kg；和最大泄漏：系統最大的工作能力，水/水蒸汽向鈉中的泄漏量，100kg；所以及早地探測并阻止鈉水反應規模進一步擴大變得非常重要。

2 涉鈉安全系統

2.1 鈉火安全系統

2.1.1 鈉火及鈉泄漏探測系統

為及時探測鈉泄漏及鈉火，鈉冷快堆電廠一般采取多種手段進行鈉泄漏探測和火災報警。對于鈉泄漏，一般采取分布式或單點式鈉泄漏探測器，及時進行報警提示；對于漏鈉形成的鈉火，通過閉路電視、煙霧報警探測系統、放射性泄漏報警系統等多種探測手段，及時確認鈉火狀況。同時鈉泄漏和火災探測信號聯鎖消防設施和報警控制器，便于后續采取有效措施，及時干預滅火。

2.1.2 氮氣淹沒系統

氮氣淹沒系統是鈉火消防的一個重要部分，屬于主動消防設施。氮氣淹沒系統一般用于一回路放射性鈉火的撲滅，通過保持鈉工藝間的惰性氣體環境來抑制鈉火，達到窒息滅火的目的。氮氣淹沒系統具有滅火可靠性高、滅火后殘留物少，便于事故后處理、價格便宜等優點；缺點是對于鈉工藝間的密封性要求高，對人員有窒息風險。

2.1.3 膨脹石墨噴灑系統

膨脹石墨噴灑系統是撲滅二回路低放射性鈉火的重要手段之一，屬于主動消防設施。當房間發生鈉火時，啟動固定式膨脹石墨滅火劑噴灑系統，使氮氣迅速進入滅火劑罐中攪動石墨并噴出以覆蓋鈉火，隔絕空氣。固定式膨脹石墨滅火劑噴灑系統具有滅火效率較高、對系統的要求較低(不需要系統設備及管道的高密封、工藝間不需要較高的密封性)的優點；缺點是會產生大量的石墨顆粒附著在設備或管道上，不便于事故后處理。

2.1.4 被動鈉火消防系統

漏鈉接收抑制盤屬于被動鈉火消防系統，當發生鈉泄漏時，鈉工藝間地面上設置的漏鈉抑制接收盤能及時收集泄漏的鈉，從而抑制鈉火的進一步蔓延和燃燒。在鈉工藝間中，在混凝土墻表面鋪設了鋼覆面和絕熱材料，以防止混凝土結構遭到破壞。

2.2 鈉水安全系統

2.2.1 蒸汽發生器事故保護系統

蒸汽發生器事故保護系統作為專設安全設施之一，其功能是及時探測蒸汽發生器在運行過程中發生的不同規模的水/水蒸汽向鈉中的泄漏，并能夠迅速采取措施終止鈉水反應、排放鈉水反應產物，確保蒸汽發生器及二回路主冷卻系統壓力不超過允許值，達到保護蒸汽發生器及二回路主冷卻系統設備的目的。

本系統作為鈉水反應監測包容的一個系統，其失效會影響到反應堆的正常運行。蒸汽發生器事故保護系統具有自動響應，自動處理，不需要手動干預等優點[6]，可以實現集鈉泄露探測、隔離鈉水反應邊界及事故包容、超壓保護、事故后處理于一體的鈉水反應全流程事故處理功能。優點在于事故緩解效果顯著；缺點是系統排鈉管道需要一直加熱、事故后處理比較麻煩。

2.3 涉鈉操作規范

近年來中國核電A/B類事件報告顯示，在壓水堆電廠中，由人因導致的或與人因相關的各類安全事件或事故占比較高。鑒于快堆電廠使用金屬鈉作為冷卻劑的特殊性及鈉泄漏和鈉火所帶來的可能風險和隱患，有必要對涉鈉相關設備的運行和維修人員在電廠工作中的行為規范進行規定，減少人因事件發生的潛在因素，有利于確保人員在涉鈉操作過程中的人身安全以及鈉冷快堆電站機組的穩定運行。

2.3.1 涉鈉操作規范

在涉鈉操作過程中，應避免直接用手或身體任意部位接觸鈉管道，若管道內有鈉需戴好安全帽上的面擋，防止鈉從閥桿處噴出對人身造成傷害。除需要注意鈉泄漏及鈉火風險外，還需要注意鈉凍結或堵塞管道的風險。對涉鈉系統進行預熱時，速度控制在15～30℃/h；對含有凝固鈉的管道應從鈉存在自由膨脹空問的區域開始加熱；在鈉閥操作中，操作鈉閥前必須確認鈉閥本體溫度高于150℃。

2.3.2 個人防護和急救

所有從事涉鈉操作的工作人員都應配備合適的個人防護用品，穿著個人防護服時，需將連體服褲腿套在長筒靴外面，衣服袖子套在皮手套外面，防止鈉火飛濺物進入，傷害身體。涉鈉工作結束后應檢查防護服完整性并清洗。禁止不佩戴個人防護用品在進行鈉金屬工作的房間內逗留。

現場人員發生鈉灼傷事故或吸入鈉氣溶膠時，首先盡快撤離發生事故的房間，使用專用刮棒或干的或浸有植物油、脫水礦物油等的紗布去除殘留的金屬鈉；并使用大量清水沖洗受傷的地方；清洗后涂抹潤濕燒傷膏；并用干凈的紗布進行包扎；若是吸入氣溶膠，則應及時漱口并用清水清洗鼻孔，喝果汁，并盡快送往醫院進行治療。

3 結語

鈉冷快堆電廠在設計建造過程中充分考慮了鈉火風險和鈉水隱患，并設置了相應的安全系統來應對和處理這些問題。涉鈉安全系統的設計和運用，提高了電廠的安全性，大大降低了鈉泄漏及鈉火所引起的放射性及工業安全風險，是確保核安全的重要一環。但僅僅依靠涉鈉安全系統，來確保鈉冷快堆的安全還遠遠不夠。規范人員的涉鈉操作，提高風險防控意識，定期開展事故演練，加強人員對堿金屬的相關培訓，是實現鈉冷快堆電廠中核安全的另外重要一環。