技術規格書篩選準則1的應用探究

黃增彬

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

0 引言

國內核電廠運行技術規范轉換大都采用美國聯邦法規10 CFR 50.36的4項篩選準則，其中篩選準則1用于在現場安裝的探測反應堆冷卻劑壓力邊界顯著異常降級并在主控室顯示的儀表。而法系運行技術規范的篩選準則并未專門對用于探測反應堆冷卻劑壓力邊界顯著降級的在現場安裝并在主控室顯示的儀表做出規定。因此，結合國內二代堆型核電廠的技術規格書轉換的應用實踐與三代堆型核電廠的調研情況，對技術規格書篩選準則1進行應用研究，并給出應用建議。

1 篩選準則1介紹

技術規格書篩選準則1用于探測反應堆冷卻劑壓力邊界顯著異常降級的在現場安裝且在主控室顯示的儀表，其提出體現了縱深防御的理念，主要用于保護公眾的健康與安全。準則1基于預防事故發生的理念，通過安裝相關儀表以探測一回路壓力邊界(RCPB)降級的重大異常，以允許反應堆操縱員采取糾正行動或者安全停堆，降低發生一回路失水事故的可能性。其用意為確保技術規格書對探測一回路過度泄漏的儀表的控制，而不應被解讀為用來探測一回路壓力邊界泄漏先兆的儀表和那些判斷實際泄漏源的儀表(如松動部件監測器、地震儀表、閥位指示等)。

滿足準則1的泄漏探測方式、探測儀表、探測靈敏度主要參考美國核管會(NRC)監管導則RG 1.45 (Guidance on Monitoring and Responding to Reactor Coolant System Leakage)要求，技術規格書應包括可識別泄漏、不可識別泄漏、壓力邊界泄漏和系統間泄漏的運行限制條件，并涵蓋電廠各個運行階段(不包括冷停堆和換料運行)的不同類型儀表。

反應堆冷卻劑泄漏探測可通過不同的探測儀表與探測方式實現，這些探測儀表與探測方式具有不同響應時間、靈敏度和精度，可通過不同方式的探測儀表與探測方式的組合實現有效探測。但用于一回路水裝量平衡計算的儀表，如化學和容積控制系統(RCV)容控箱水位指示儀表、穩壓器水位指示儀表，以及核取樣系統隔離閥位指示等與反應堆冷卻劑系統相連的儀表均不滿足準則1的理念。RCPB與相鄰系統間的泄漏一般通過監測系統間的放射性變化與反應堆冷卻劑系統(RCS)水裝量平衡計算進行探。

2 篩選準則1適用性分析

準則1從縱深防御的角度，通過在運行階段探測RCPB降級的重大異常，以允許反應堆操縱員采取糾正行動或者安全停堆，以降低發生一回路失水事故的可能性。目前，二代堆型核電廠應用了破前漏(LBB)概念，其目的為以下三點。

(1) 證明在運行工況下，沒有任何損傷機理會導致管線失效。

(2) 證明潛在的加工缺陷在壽期末的疲勞擴展仍然是可控的，且在最惡劣的載荷下仍然保持穩定。

(3) 泄漏探測系統通過監測泄漏率對應貫穿裂紋的出現，避免裂紋擴展至導致管道雙端剪切斷裂的臨界裂紋。

因此，核電廠應參考RG1.45的導則，建立滿足探測性能的探測手段，降低發生一回路失水事故的可能性。

歐洲先進壓水堆(evolutionary power reactors，EPR)等三代核電廠在設計建造以及在役監測階段采用了更高的標準，RCPB與二回路側壓力邊界(SSPB)的管線應用了破裂排出(BP)概念，其與LBB不同主要體現在對材料的缺陷的可接受性以及缺陷轉變成穿透裂紋的可能性上。法國安全當局在弗拉芒維勒核電廠3號機EPR項目中要求：BP不要求進行泄漏監測(需要進行LBB論證)，即使泄漏監測可以應用在BP管上作為附加措施。因此，RG 1.45不完全適用于BP技術。

事實上，BP和LBB概念是完全不同的：BP概念的應用排除了臨界缺陷的出現；LBB則決定了大缺陷的尺寸和方法以監測相應的泄漏。但在EPR設計中，為了從縱深防御的角度體現臨界裂紋的裕量，進行了一個額外的分析，與LBB分析方法中泄漏監測系統功能需求是一致的。

綜上，對于采用LBB概念的二代核電廠，應通過技術規格書對泄漏探測系統進行管理，體現了縱深防御的理念，對于采用了更高標準的三代電廠，泄漏探測系統僅作為一個縱深防御中額外的附加手段，提供額外的安全裕量，可結合電廠實際考慮是否進行管理。

3 篩選準則1應用分析

3.1 泄漏探測現場應用分析

對于關鍵區域與關鍵設備，泄漏探測系統應具備在泄漏發生后盡可能快定位泄漏來源的能力，限制泄漏潛在的安全影響。對于二代核電廠，基于泄漏探測技術的工程實踐，美國業界用于泄漏探測的手段主要有安全殼地坑(液位或排放流量)監測、安全殼大氣放射性監測(氣溶膠或惰性氣體)、安全殼大氣冷凝器流量監測(可選項)。某二代核電廠中系技術規格書中運行限制條件(limiting condition for operation，LCO)關于泄漏探測儀表(LCO 3.4.15)的應用如下。

下列反應堆冷卻劑系統(RCP)泄漏探測儀表在泄漏發生后必須可用。

(1) 1個安全殼地坑液位測量通道(核島排水和疏水系統RPE006SN/007SN/008MN)。

(2) 1個安全殼大氣放射性測量通道(輻射監測系統KRT008/009/028MA)。

為保證安全殼地坑液位異常探測手段的多樣性，該電廠管理了3個安全殼地坑的液位探測器：RPE006/007SN與RPE008MN。其中RPE008MN用于安全殼地坑的液位指示，并在主控室電腦實時顯示，滿足篩選準則1；RPE006/007SN用于啟動RPE疏水泵(RPE003/004PO)與觸發液位高報警，疏水泵的啟動與液位高報警也可在主控室電腦顯示，同樣滿足篩選準則1。

根據控制邏輯，RPE003PO由RPE006SN控制，當地坑液位達HI3 (-3.69 m，第三高水位設定值)時自動啟動，液位降至LOW (-4.04 m，低水位設定值)時自動停運；RPE004PO由RPE007SN控制，液位達HI4 (-3.66m，第四高水位設定值)時自動啟動，液位降至LOW時自動停運。為排除觸發啟泵抽水對液位探測器造成的干擾，選取LOW到HI、HI到HI2的觸發時間間隔作為監測對象，監督相關數據，LOW到HI的時間間隔為2～2.5天，HI到HI2為2～2.5天。估算地坑來水的速率在10～18.75 L/h，與同時期執行的一回路水平衡計算計算的結果相當，驗證了液位探測器的觸發定值是準確的。

按照當前電廠一回路水裝量平衡計算試驗的頻度(每24 h一次)為基準進行評估，假設地坑恰好處于LOW到HI的區間(該區間觸發定值間隔為0.15 m)，液位探測器RPE006/007SN的探測能力下限為37.5 L/h，滿足RG 1.45關于探測不可識別泄漏靈敏度(1 gal/min，228 L/h)的要求。因此，該液位探測器用于探測RCPB泄漏是可行的。

綜上，液位探測器的探測靈敏度滿足RG 1.45的要求，通過管理安全殼地坑液位測量通道也滿足了RG 1.45通過不同方式的探測儀表與探測方式的組合實現對安全殼地坑泄漏探測要求。

3.2 方案選擇分析

在編制電廠技術規格書時，部分方案未得到采納，主要分析如下。

(1) 參考NUREG-1431，管理安全殼地坑排放流量。核電廠安全殼地坑排放流量計為機械式流量計，目前在主控室無顯示，需要通過改造才能實現在主控室顯示，不滿足篩選準則1。調研美國North Anna電廠等，其采用了液位計作為輸入信號，通過計算得出地坑排放流量，實現對安全殼地坑的多樣化監測手段。因此，未考慮該方案。

(2) 管理容控箱液位計(RCV011/012MN)。RCV011/012MN的指示受一回路平均溫度，運行操作(稀釋硼化、升降功率)等影響較大，調研國內外核電廠未見采用容積控制箱液位計來探測RCPB顯著惡化降級的實踐。因此，也未考慮該方案。

另外，RG 1.45中對滿足篩選準則1的泄漏探測儀表還提出了抗震的要求，要求至少一種泄漏探測儀表應在地震中保證功能可用。KRT008/009MA設計為抗震1級設計，滿足RG 1.45的要求。

4 后續優化改進

如前所述，某核電廠參考NUREG-1431管理了安全殼大氣放射性測量通道KRT008/009/028MA，分別用于探測安全殼大氣的氣溶膠、惰性氣體和碘的放射性，這三個探頭共用了同一個取樣回路、同一個取樣泵，因此，核電廠應關注安全殼內大氣放射性監測手段的多樣性問題。另外，也應考慮采取措施，防止取樣回路或取樣泵故障引起放射性測量通道同時不可用的極端狀況，導致運行機組不必要的后撤。

5 結束語

通過對技術規格書篩選準則1的解讀與應用分析，準則1體現了核安全管理的縱深防御的理念。對于二代核電廠，為防止一回路冷卻劑破口事故的發生，技術規格書應管理包括可識別泄漏、不可識別泄漏、壓力邊界泄漏和系統間泄漏的運行限制條件，用于泄漏探測應管理用于RCPB顯著降級的儀表，而不是用來探測一回路壓力邊界泄漏先兆的儀表和那些判斷實際泄漏源的儀表，泄漏探測儀表的性能、多樣化配置及抗震要求應滿足RG 1.45的要求。對于在設計建造與在役檢查采用了更高標準的三代電廠，泄漏探測系統僅作為一個縱深防御中額外的附加手段，提供額外的安全裕量，可結合電廠實際的設計考慮是否進行管理。