10MW 高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆運(yùn)行許可證申請(qǐng)審評(píng)

高泉源，高擁軍，王 偉，袁明豪，劉 瑩

（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

10 MW 高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆（HTR-10）的設(shè)計(jì)、建造和營(yíng)運(yùn)單位均為清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院，該堆設(shè)計(jì)熱功率為10 MW，采用包覆顆粒燃料元件、全陶瓷堆芯結(jié)構(gòu)，氦氣作冷卻劑，石墨作慢化劑。

2012年9月，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院向國(guó)家核安全局提交了HTR-10 運(yùn)行許可證申請(qǐng)書。2013年8月，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院又向國(guó)家核安全局提交了HTR-10定期安全審查（PSR）報(bào)告。國(guó)家核安全局考慮決定對(duì)HTR-10 運(yùn)行許可證申請(qǐng)文件及定期安全審查報(bào)告結(jié)合起來進(jìn)行審評(píng)。受國(guó)家核安全局委托，蘇州核安全中心負(fù)責(zé)對(duì)這兩部分報(bào)告進(jìn)行審評(píng)。

本文主要介紹HTR-10運(yùn)行許可證審評(píng)過程中對(duì)構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的設(shè)計(jì)及實(shí)際狀態(tài)方面問題、安全分析方面問題、設(shè)備合格性管理方面問題、老化管理方面問題、最終安全分析報(bào)告修訂版（RFSAR）、調(diào)試和試運(yùn)行情況、運(yùn)行階段質(zhì)量保證大綱等重要問題和方面的審評(píng)考慮。

1 構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的設(shè)計(jì)及實(shí)際狀態(tài)方面問題

1.1 一回路隔離系統(tǒng)的安全閥在役檢查頻跳的問題及糾正措施

HTR-10一回路安全閥的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)管路較細(xì)，安全閥與儲(chǔ)氣罐間距離較遠(yuǎn)，若在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在役檢查試驗(yàn)，則易造成頻跳，從而造成安全閥損壞。因此安全閥至今尚未進(jìn)行起跳試驗(yàn)檢查。針對(duì)此問題，營(yíng)運(yùn)單位考慮采購(gòu)新的先導(dǎo)式安全閥，對(duì)現(xiàn)有安全閥進(jìn)行更換。更換為先導(dǎo)式安全閥后，只試驗(yàn)導(dǎo)閥的起跳，試驗(yàn)狀態(tài)可滿足要求。審評(píng)者對(duì)營(yíng)運(yùn)單位提供的安全閥更新方案從技術(shù)規(guī)格書和供應(yīng)商資質(zhì)能力、安全閥設(shè)計(jì)和制造、安全閥更換對(duì)管道的影響、安全閥更換施工準(zhǔn)備等進(jìn)行了審評(píng)，并認(rèn)可了該更新方案。同時(shí)建議于反應(yīng)堆啟動(dòng)前實(shí)施此更新方案。

1.2 二回路隔離后導(dǎo)致蒸汽隔離閥意外開啟的問題及糾正措施

根據(jù)HTR-10的設(shè)計(jì)，二回路隔離系統(tǒng)命令發(fā)出后，主給水隔離閥和主蒸汽隔離閥20s內(nèi)完成關(guān)閉動(dòng)作。由于蒸汽發(fā)生器內(nèi)蒸汽不斷積累，從而造成二回路蒸汽安全閥意外起跳。就此問題，營(yíng)運(yùn)單位計(jì)劃將蒸汽隔離閥延遲時(shí)間由“4s”改為“34s”。根據(jù)要求，營(yíng)運(yùn)單位提供了定量的安全分析，分析結(jié)果表明：主蒸汽隔離閥延時(shí)30s關(guān)閉時(shí)，小部分的蒸汽和水會(huì)通過主蒸汽管線流向蒸汽透平，加速二次側(cè)的降壓，從而緩解向一回路的進(jìn)水。由蒸汽發(fā)生器換熱管斷裂事故分析結(jié)果可看出，各工況瞬態(tài)過程中破口噴放進(jìn)入一回路的水量和蒸汽發(fā)生器殘留水量不大于主蒸汽隔離閥門不延時(shí)關(guān)閉的工況，但由于流向透平的分流水量較小，因此總進(jìn)水量減少幅度不大。

審評(píng)者認(rèn)為：主蒸汽隔離閥延時(shí)關(guān)閉對(duì)于換熱管斷裂進(jìn)水事故的一回路總進(jìn)水量略有減少，因此改造不會(huì)使事故后果更加惡劣。而對(duì)于其他事故，延遲關(guān)閉主蒸汽隔離閥對(duì)二回路的壓力升高有一定的緩沖作用，減少了蒸汽安全閥的頻跳。因此，HTR-10 主蒸汽隔離閥延遲隔離實(shí)施方案基本可靠。建議反應(yīng)堆啟動(dòng)前完成該方案的實(shí)施。

1.3 控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分機(jī)械限位失效的問題及糾正措施

HTR-10控制棒系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了由棒位比較法確定的電氣限位作為機(jī)械限位的冗余配置。目前部分控制棒的機(jī)械限位出現(xiàn)了失效現(xiàn)象，但電氣限位工作正常。由于機(jī)械限位維修困難，營(yíng)運(yùn)單位考慮目前及今后運(yùn)行將采用電氣限位來控制控制棒的動(dòng)作。

審評(píng)者要求營(yíng)運(yùn)單位評(píng)估電氣限位也失效的后果。營(yíng)運(yùn)單位作了如下說明：控制棒的機(jī)械限位分為提升上限限位和下降下限限位，電氣限位也設(shè)定為上述兩個(gè)。目前，HTR-10 控制棒提升和下降均由操縱員手動(dòng)操作?？刂瓢籼嵘蛳陆档竭_(dá)上限或下限限位時(shí)，提升電路自動(dòng)切斷，控制棒停止上升或下降動(dòng)作。電氣限位失效不會(huì)對(duì)反應(yīng)堆的安全和控制棒系統(tǒng)的安全產(chǎn)生影響。審評(píng)者認(rèn)為營(yíng)運(yùn)單位的回答不夠充分，建議反應(yīng)堆啟動(dòng)前修復(fù)控制棒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)失效的機(jī)械限位。

1.4 部分控制棒在某些位置上棒位顯示不準(zhǔn)確的問題及糾正措施

HTR-10控制棒經(jīng)過多年的運(yùn)行，部分控制棒在某些位置上棒位顯示不準(zhǔn)確。針對(duì)此問題，營(yíng)運(yùn)單位準(zhǔn)備對(duì)位于主控室儀器間執(zhí)行棒位測(cè)量功能的自整角機(jī)變送器裝置進(jìn)行檢驗(yàn)。

營(yíng)運(yùn)單位對(duì)該問題的糾正措施作了如下說明：控制棒系統(tǒng)中進(jìn)行棒位測(cè)量的自整角機(jī)旋轉(zhuǎn)角度為360°，控制棒行程約2 700mm。此種配置中，由于控制棒行程長(zhǎng)，自整角機(jī)旋轉(zhuǎn)角度較小，因此當(dāng)棒位變化不大時(shí)，自整角機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度很小，產(chǎn)生的相位勢(shì)也小，導(dǎo)致自整角機(jī)未跟隨動(dòng)作?？赏ㄟ^使用控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間和棒位實(shí)際提升距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)自整角機(jī)變送器裝置進(jìn)行檢驗(yàn)。但到目前為止，營(yíng)運(yùn)單位尚未采取糾正措施。審評(píng)者建議HTR-10在重新啟動(dòng)前解決部分控制棒在某些位置上棒位顯示不準(zhǔn)確的問題。

1.5 中間量程核測(cè)系統(tǒng)未投入使用的問題及糾正措施

由于HTR-10 中間量程核測(cè)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，未投入使用。營(yíng)運(yùn)單位說明這不影響反應(yīng)堆的中子測(cè)量，因源量程為0.01～500 W，功率量程為100 W～13 MW，兩者能夠搭接。另外核功率正變化率在500 W 以上才開始起作用，由此可知，保護(hù)系統(tǒng)中的功率正變化率計(jì)算變量是來自于功率量程給出的測(cè)量值。所以停用中間量程對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的正常工作無影響。

審評(píng)者認(rèn)為，源量程核測(cè)系統(tǒng)的功能是進(jìn)行啟動(dòng)過程和事故后的監(jiān)測(cè)，只提供顯示功能，而不作為保護(hù)信號(hào)。雖然在“冷啟動(dòng)工況下，1根控制棒失控提升”事故中，即使中間量程核測(cè)量系統(tǒng)無法提供保護(hù)信號(hào)，其事故后果也會(huì)被“冷啟動(dòng)工況下，所有控制棒全部失控提升”所包容，不會(huì)造成燃料包覆顆粒的破壞。但從縱深防御角度考慮，建議營(yíng)運(yùn)單位制定計(jì)劃修復(fù)中間量程核測(cè)系統(tǒng)。

1.6 源量程靈敏度低的問題及糾正措施

HTR-10核測(cè)系統(tǒng)源量程由于靈敏度較低、HTR-10運(yùn)行時(shí)間較短等原因，長(zhǎng)期停堆后，需使用兩套靈敏度較高的非核級(jí)3He計(jì)數(shù)管來完成啟動(dòng)。

營(yíng)運(yùn)單位考慮增加兩套3He計(jì)數(shù)管作為反應(yīng)堆啟動(dòng)臨界的輔助監(jiān)測(cè)通道，以避免盲區(qū)啟動(dòng)。審評(píng)者認(rèn)為營(yíng)運(yùn)單位的方案可接受。

1.7 應(yīng)急電力系統(tǒng)蓄電池老化的問題及糾正措施

HTR-10應(yīng)急電力系統(tǒng)的蓄電池已接近最低使用年限，出現(xiàn)老化現(xiàn)象。審評(píng)者對(duì)營(yíng)運(yùn)單位提出的應(yīng)急電力系統(tǒng)蓄電池改造方案從新舊蓄電池技術(shù)差異、依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、制造商資質(zhì)、鑒定報(bào)告、安裝場(chǎng)地環(huán)境條件等方面進(jìn)行了審評(píng)。經(jīng)審評(píng)批準(zhǔn)后，應(yīng)急電力系統(tǒng)蓄電池已完成改造。

2 安全分析方面的問題

在HTR-10調(diào)試和運(yùn)行期間，有兩個(gè)保護(hù)信號(hào)和1個(gè)保護(hù)動(dòng)作發(fā)生了變化，安全分析審查報(bào)告就這些變化對(duì)安全分析的影響進(jìn)行分析。

2.1 一、二回路流量比

HTR-10保護(hù)系統(tǒng)過程變量的保護(hù)定值中，一、二回路流量比原為≤0.75 或≥1.3，在HTR-10調(diào)試期間，對(duì)這一定值進(jìn)行了修改，變?yōu)椤?.5或≥2。

審評(píng)者認(rèn)為，HTR-10的事故分析均保守地假定，第1停堆信號(hào)不起作用，保護(hù)系統(tǒng)由第2停堆信號(hào)觸發(fā)。在FSAR 的事故列表中，可能由一、二回路流量比保護(hù)定值觸發(fā)緊急停堆的事故有：主氦風(fēng)機(jī)誤加速、喪失正常給水流量、喪失正常給水流量同時(shí)氦風(fēng)機(jī)隔離擋板關(guān)閉失效、壓力殼與一回路隔離閥之間的大聯(lián)接管（DN65）斷裂、喪失正常給水ATWS。在FSAR 中，對(duì)上述事故進(jìn)行分析時(shí)，一、二回路流量比保護(hù)定值均為第1停堆信號(hào)，并未起作用。經(jīng)計(jì)算，即使該保護(hù)定值更改為≤0.5 或≥2，其出現(xiàn)的時(shí)間也還是早于上述事故中的第2停堆信號(hào)，仍不會(huì)起作用。所以，在現(xiàn)有事故分析的保守假定下，一、二回路流量比保護(hù)定值的改變并不影響現(xiàn)有的分析結(jié)果，反應(yīng)堆的安全仍是可保證的。故該修改方案可接受。

2.2 中間量程核測(cè)量系統(tǒng)未投入使用及主蒸汽隔離閥隔離延時(shí)修改

有關(guān)此兩個(gè)問題的審評(píng)意見已在本文第1.2、1.5節(jié)描述。

3 設(shè)備合格性管理和老化管理方面的問題

3.1 安全級(jí)設(shè)備的初始鑒定

經(jīng)審評(píng)，HTR-10安全級(jí)設(shè)備基本均完成了必要的初始鑒定（環(huán)境鑒定和抗震鑒定），只有少數(shù)系統(tǒng)和設(shè)備缺乏事故工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。審評(píng)者建議營(yíng)運(yùn)單位為缺乏事故工況下試驗(yàn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和設(shè)備制定相應(yīng)的工作計(jì)劃，補(bǔ)充相應(yīng)數(shù)據(jù)或必要時(shí)結(jié)合實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行替換。

3.2 老化管理大綱及程序編制

HTR-10編制了初步的老化管理大綱，但未編制老化管理程序。HTR-10需在對(duì)篩選出的老化管理設(shè)備的老化機(jī)理及老化劣化根本原因、老化監(jiān)測(cè)功能參數(shù)和狀態(tài)指標(biāo)、所使用的監(jiān)測(cè)和緩解設(shè)備老化的方法進(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，于2014年12月底前完善老化管理大綱，并編制完成篩選出的老化管理設(shè)備的老化管理程序。

4 最終安全分析報(bào)告修訂版

HTR-10RFSAR審評(píng)主要關(guān)注以下三方面問題：1）首次裝料批準(zhǔn)書條件要求完成的工作是否反映在最終安全分析報(bào)告修訂版中；2）FSAR審評(píng)中業(yè)主的承諾以及遺留問題是否已經(jīng)得到反映和解決；3）機(jī)組首次裝料以來所有的安全重要的設(shè)計(jì)修改是否已經(jīng)在最終安全分析報(bào)告修訂版相應(yīng)章節(jié)中作出描述并提供了有關(guān)安全分析的論證。通過審評(píng)會(huì)和多次溝通，審評(píng)者提出的多數(shù)問題因得到了滿意的答復(fù)而關(guān)閉，少數(shù)尚未解決的重要問題如主蒸汽隔離閥隔離時(shí)間延遲的修改等則要求提供進(jìn)一步的論證。

5 調(diào)試和試運(yùn)行情況

營(yíng)運(yùn)單位提交的審評(píng)資料（包括提交的調(diào)試和試運(yùn)行總結(jié)報(bào)告及審評(píng)問題回答等）表明：HTR-10完成了裝料后的B 階段試驗(yàn)和C 階段試驗(yàn)，順利地執(zhí)行了HTR-10相關(guān)系統(tǒng)的試驗(yàn)程序，有效地驗(yàn)證了HTR-10 設(shè)備、系統(tǒng)的符合性能和安全性能，并對(duì)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷進(jìn)行了有效的管理和控制。試運(yùn)行期間，HTR-10遵守運(yùn)行限值和條件，按照技術(shù)規(guī)格書的頻度和要求開展了定期試驗(yàn)和檢查工作，對(duì)出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行了檢修，對(duì)一些系統(tǒng)進(jìn)行了改造和優(yōu)化，對(duì)運(yùn)行事件按規(guī)程進(jìn)行了處理。試運(yùn)行期間，HTR-10 還開展了運(yùn)行特性試驗(yàn)和安全特性試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了運(yùn)行特性試驗(yàn)和安全特性。因此，審評(píng)者認(rèn)為《10 MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆裝料后調(diào)試和試運(yùn)行總結(jié)報(bào)告》是可接受的。

6 運(yùn)行階段質(zhì)量保證大綱

審評(píng)過程中，審評(píng)者對(duì)《10 MW 高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆質(zhì)量保證大綱（運(yùn)行階段）》提出了審評(píng)問題。營(yíng)運(yùn)單位根據(jù)審評(píng)問題，對(duì)質(zhì)保大綱進(jìn)行了相應(yīng)的修改，修改的主要內(nèi)容為：

1）補(bǔ)充了“反應(yīng)堆安全委員會(huì)、高溫堆總體室”的職責(zé)描述；

2）補(bǔ)充了“每年清理一次全部規(guī)程制度，重新確認(rèn)其有效性”的規(guī)定；

3）補(bǔ)充了反應(yīng)堆的啟動(dòng)、反應(yīng)堆的功率運(yùn)行、反應(yīng)堆的停閉，以及倒料與換料等活動(dòng)的原則要求和控制措施；

4）補(bǔ)充了有關(guān)運(yùn)行限值和條件、運(yùn)行指令和運(yùn)行規(guī)程、定期試驗(yàn)等方面的原則要求和控制措施；

5）補(bǔ)充了“堆芯運(yùn)行、堆芯監(jiān)測(cè)、新燃料的采購(gòu)和設(shè)計(jì)修改、換料大綱的實(shí)施、已輻照燃料的檢查、已輻射燃料裝運(yùn)的準(zhǔn)備”等方面的原則要求和控制措施；

6）補(bǔ)充了不符合項(xiàng)的分類原則、不符合項(xiàng)的處理方案、不符合項(xiàng)的處理3個(gè)章節(jié)。

7 結(jié)論

通過對(duì)HTR-10 運(yùn)行許可證申請(qǐng)及相關(guān)技術(shù)文件的審評(píng)，得出以下基本結(jié)論：

1）《10 MW 高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆裝料后調(diào)試和試運(yùn)行總結(jié)報(bào)告》是可接受的；

2）針對(duì)《10 MW 高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆最終安全分析報(bào)告修訂版（C版）》提出的多數(shù)問題可關(guān)閉；

3）HTR-10目前實(shí)際狀態(tài)和安全狀況的檢查、分析及校核結(jié)果表明，通過調(diào)試和試運(yùn)行以來進(jìn)行的試驗(yàn)、檢查和維護(hù)及開展的系列更新、升級(jí)改造，HTR-10的停堆、冷卻及包容等三大基本安全功能滿足要求。