余熱排出系統隔離閥配電方案研究

李 博，皮 月，白會賢

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

“華龍一號”工程項目的余熱排出系統[1]從安全殼內移到安全殼外，而殼外由于布置空間有限，無法設置兩個系列支管，只能保持殼外母管設計。根據安全殼隔離閥設置原則，為了保證隔離，殼外母管位置需增加安全殼隔離閥。安全殼外的隔離閥設置在母管上，而安全殼內的隔離閥和與反應堆冷卻劑系統的隔離閥都設置在支管上。這類安全殼隔離閥設置較稀少，而且其功能上還需有如下幾個方面考慮：

（1）余熱排出系統無法投運的風險；

（2）安全殼旁通的風險；

（3）余熱排出系統和一回路之間無法隔離帶來的風險。

因此，這些閥門設置后，如何按照上述原則選擇動力源（供電列）保證安全及其功能是一個重要的問題。

1 設計思路及理念

根據上述電動隔離閥的電源配置方案需要考慮的三個風險原則，按照每個閥門的可能配電列方案進行分析。初步篩選出以下 6種方案。

第1種方案（030VP和031VP常開或者常關兩種情況），如圖1所示。

第2種方案（030VP和031VP常開或者常關兩種情況），如圖2所示。

第3種方案（030VP和031VP常開或者常關兩種情況），如圖3所示。

圖3 第3種方案示意圖Fig.3 Schematic of the third scheme

第4種方案（030VP和031VP常開或者常關兩種情況），如圖4所示。

圖4 第4種方案示意圖Fig.4 Schematic of the forth scheme

第5種方案（030VP和031VP常開或者常關兩種情況），如圖5所示。

圖5 第5種方案示意圖Fig.5 Schematic of the fifth scheme

第6種方案（030VP和031VP常開或者常關兩種情況），如圖6所示。

圖6 第6種方案示意圖Fig.6 Schematic of the sixth scheme

2 設計優化和分析

通過分析各種方案中不同的供電配置組合系統可能出現的運行情況，繪制應對風險的能力表格。該部分分析通過確定論[2]角度，基于不同情況組合的假設賦予相應的閥門狀態，從而從流程上分析得出系統能否實現相應的功能。

（1） 方案 1

方案1如表1所示。

表1 方案1系統運行情況分析表Table 1 Analysis for system operation in Scheme 1

（2） 方案 2

方案2如表2所示。

表2 方案2系統運行情況分析Table 2 Analysis for system operation in Scheme 2

（3） 方案 3

方案3如表3所示。

表3 方案3系統運行情況分析Table 3 Analysis for system operation in Scheme 3

（4） 方案 4

方案4如表4所示。

表4 方案4系統運行情況分析Table 4 Analysis for system operation in Scheme 4

（5） 方案 5

方案5如表5所示。

表5 方案5系統運行情況分析Table 5 Analysis for system operation in Scheme 5

（6） 方案 6

方案6如表6所示。

表6 方案6系統運行情況分析Table 6 Analysis for system operation in Scheme 6

通過分析上述6種方案應對風險的能力，可以看出：

（1） 方案1和方案3應對風險的能力相同，在安全殼外隔離閥常開的情況下，無論失去任一列電源或者一個保護組壓力聯鎖信號，余熱排出系統均可投運。但是失去A列電源均無法實現余熱排出系統與一回路的隔離以及安全殼的隔離（見表7）。

表7 方案1/3應對風險對比分析表Table 7 Risk comparison analysis for Scheme 1 and Scheme 3

（2） 方案2/5/6應對風險的能力相同，在失去任一列電源或者一個保護組壓力聯鎖信號時，能保證余熱排出系統與一回路的隔離，保證安全殼的隔離。但是失去任一列電源，余熱排出系統無法投運（見表8）。

表8 方案2、方案5、方案6應對風險對比分析表Table 8 Risk comparison analysis for Scheme 2、Scheme 5、Scheme 6

（3） 方案 4對應一種應對風險能力，在失去任一列電源或者一個保護組壓力聯鎖信號時，能保證余熱排出系統與一回路的隔離。但是失去任一列電源，余熱排出系統無法投運（見表 9）。

表9 方案4應對風險對比分析表Table 9 Risk comparison analysis for Scheme 4

綜合來看，得出如下結論。

（1） 基于余熱排出系統與一回路隔離以及安全殼隔離的角度，從表 7可以看出，方案 1和方案3失去A列電源的工況下，無法保證安全殼的有效隔離。從表 8可以看出，方案 2、方案 5、方案 6在各種工況下均能保持安全殼的有效隔離。從表9可以看出，方案4在失去B列電源時無法保證安全殼的有效隔離。因此，方案2、方案5、方案6優于方案1、方案3、方案 4，并且殼外隔離閥常開或者常關對結果無影響。

（2） 從實現余熱排出系統投運的角度，從表7可以看出，方案1和方案3且保持殼外隔離閥常開能保證余熱排出系統的投運，從表 8和表9可以看出，方案2、方案4、方案5、方案 6都有工況不能保證余熱排出系統的投運。因此，方案1和方案3中保持殼外常開的方案優于方案2、方案4、方案5、方案6。

3 結論

從上述分析可以看出，從保證隔離角度，方案2、方案5、方案6優于方案1、方案3、方案 4；從余熱排出系統投運角度，方案 1和方案3優于方案2、方案4、方案5、方案6。沒有一個方案同時在兩個方面均占優。

進一步基于安全性從放射性包容的角度分析，安全殼作為第三道屏障，其可靠的隔離更為重要，因此保證安全殼隔離的方案2、方案5、方案6在設置上更保守。

為了進一步區分方案2、方案5、方案6的優劣，依托概率安全分析[2]（PSA）開展相應的分析。根據PSA的分析，方案2（安全殼外隔離閥常關方案）的界面失水事故（LOCA）的始發事件頻率比其他方案要低一些，因此，方案2比方案5、方案6更優。

綜上所述，選擇方案2中安全殼隔離閥常關的方式最合理。

余熱排出系統隔離閥配電方案分析方法基于初步篩選方案，從安全、功能要求、PSA、放射性后果分析等各專業角度進行分析，量化影響，從中選取安全風險最低的方案。該方法為后續工程項目，類似閥門方案問題分析提供了寶貴的經驗。此外，應當注意的是，該分析方法是一種選取風險最小方案的方法，在實踐中為了防范方案中存在的不利風險，也可以采用一些手動、臨時等手段應對，提高系統事故后的可靠性和安全性。