壓水堆核電廠冷源喪失事件風(fēng)險(xiǎn)分析

李凌超

摘 要 近年來(lái)，核電廠冷源挑戰(zhàn)事件發(fā)生頻率日益增加，冷源問(wèn)題越來(lái)越受到核電廠的重視。本文通過(guò)對(duì)比，介紹了二代能動(dòng)電廠和三代非能動(dòng)電廠冷源配置、冷源喪失的風(fēng)險(xiǎn)分析和應(yīng)對(duì)措施等。

關(guān)鍵詞 核電廠;冷源喪失;設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故;超設(shè)計(jì)事故

堆芯冷卻、反應(yīng)性控制、放射性包容是核電廠安全的三要素，而其中的堆芯冷卻與冷源的可靠性密切相關(guān)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)核電廠多次發(fā)生海水取水口堵塞事件，使冷源的安全可靠受到了極大挑戰(zhàn)。核電廠取水系統(tǒng)堵塞問(wèn)題不但可能對(duì)機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生影響，導(dǎo)致機(jī)組被迫降功率或停堆停機(jī)，甚至?xí)?duì)電廠最終熱阱的可用性構(gòu)成威脅。因此，核電廠冷源喪失的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)當(dāng)?shù)玫胶穗姀S運(yùn)營(yíng)單位的高度重視。下文將針對(duì)國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的典型二代能動(dòng)電廠和三代非能動(dòng)電廠進(jìn)行分析。

1二代能動(dòng)電廠

1.1 二代能動(dòng)電廠冷源系統(tǒng)簡(jiǎn)介

二代能動(dòng)電廠設(shè)計(jì)上采用海水作為最終冷源，通過(guò)重要廠用水系統(tǒng)（SEC）來(lái)冷卻設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RRI），進(jìn)而冷卻相關(guān)的設(shè)備。SEC系統(tǒng)由兩個(gè)系列組成，每個(gè)系列設(shè)置2*100%容量的泵，SEC泵從海洋中吸取海水提供給SEC/RRI熱交換器。RRI系統(tǒng)由兩個(gè)系列構(gòu)成，每個(gè)系列對(duì)安全保護(hù)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)列的用戶(hù)和RRA進(jìn)行冷卻。RRI系統(tǒng)的其他用戶(hù)通過(guò)RRI的公用管線進(jìn)行冷卻。該公用管線由兩系列中的一個(gè)系列供水。RRI系統(tǒng)每個(gè)系列兩臺(tái)100%的RRI泵，正常運(yùn)行時(shí)1用1備。熱交換器同樣每列也設(shè)置了兩臺(tái)，但按50%的容量設(shè)計(jì)。

RRI/SEC系統(tǒng)可以向下列負(fù)荷提供冷卻：余熱排出系統(tǒng)RRA熱交換器（RRA運(yùn)行時(shí)）;安全殼噴淋系統(tǒng)EAS熱交換器（事故工況下導(dǎo)出余熱）;反應(yīng)堆和乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)PTR熱交換器（冷卻乏燃料水池）[1]。

1.2 二代能動(dòng)電廠冷源喪失風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)對(duì)措施

由于SEC和RRI系統(tǒng)都是按照安全級(jí)系統(tǒng)設(shè)置，喪失冷源事件屬于超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件。

在發(fā)生冷源喪失事故時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電廠失去下列功能：反應(yīng)堆冷卻劑泵（電動(dòng)機(jī)與熱屏）;化容控制系統(tǒng)（RCV）;安全殼冷卻（DEG-RRM）;核取樣系統(tǒng)（REN）;反應(yīng)堆堆腔和乏燃料池冷卻系統(tǒng)（PTR）;停堆余熱排出系統(tǒng)（RRA）;以及其他輔助功能（DEL、DWL……）。電廠需要后撤到后備模式（溫度小于170℃，壓力小于4.5MPa），在后備模式下兩臺(tái)機(jī)組共用的RIS試驗(yàn)泵間斷運(yùn)行便可確保向冷卻回路提供少量補(bǔ)給水，余熱由蒸發(fā)器帶走。為了應(yīng)對(duì)冷源喪失事件，電廠配置了冷源完全喪失事故處理規(guī)程（H1.1）。失去SEC時(shí)，仍可以利用RRI的熱容量，主控需要盡快切除非重要負(fù)荷，同時(shí)盡快啟動(dòng)EAS熱交換器以利用PTR水箱內(nèi)水的熱容量反向冷卻RRI，從而將機(jī)組帶入后備模式[2]。

2三代非能動(dòng)核電廠

2.1 三代非能動(dòng)電廠冷源系統(tǒng)簡(jiǎn)介

三代非能動(dòng)電廠廠用水系統(tǒng)（SWS）為設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（CCS）熱交換器提供冷卻水，并將熱量帶至循環(huán)水系統(tǒng)排水渠，并最終排入大海。通過(guò)CCS可以為正常余熱排出系統(tǒng)（RNS）、主泵、乏燃料池冷卻系統(tǒng)（SFS）等提供冷卻。廠用水和設(shè)冷水系統(tǒng)均采用兩列布置，每列包含一臺(tái)泵和一個(gè)熱交換器。正常運(yùn)行時(shí)單列運(yùn)行，停堆換料階段兩列運(yùn)行。區(qū)別于二代電廠的是，廠用水和設(shè)冷水為非安全級(jí)系統(tǒng)[3]。

2.2 三代非能動(dòng)電廠冷源喪失風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)對(duì)措施

當(dāng)電廠喪失冷源后，主泵失去冷卻而跳泵，反應(yīng)堆也隨即停堆，主控室執(zhí)行E-0規(guī)程。

非能動(dòng)電廠的廠用電系統(tǒng)和給水系統(tǒng)都是按照非安全級(jí)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故情況下不要求可用。失去冷源后，使用蒸汽發(fā)生器進(jìn)行冷卻可以作為一種縱深防御手段。即便是蒸汽發(fā)生器不可用，電廠還設(shè)置了非能動(dòng)余熱排出熱交換器（PRHR HX）用于將一回路熱量導(dǎo)出到安全殼內(nèi)換料水箱（IRWST）。IRWST中水被加熱到沸騰后產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入安全殼內(nèi)，通過(guò)非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)（PCS）對(duì)安全殼外壁進(jìn)行噴淋，對(duì)安全殼進(jìn)行冷卻。IRWST產(chǎn)生的蒸汽在安全殼內(nèi)壁凝結(jié)，凝結(jié)水沿安全殼內(nèi)壁向下流，由集水槽收集后引回IRWST，使之繼續(xù)作為冷卻介質(zhì)。通過(guò) PCS噴灑的冷卻水和安全殼外空氣的自然對(duì)流冷卻，反應(yīng)堆衰變熱排入最終熱阱—大氣。通過(guò)PRHR可以將電廠維持在安全停堆狀態(tài)（溫度低于216℃），并且維持72h無(wú)須干預(yù)[4]。

3結(jié)束語(yǔ)

相較于二代電廠，三代非能動(dòng)電廠安全級(jí)系統(tǒng)的熱阱不再是海水，在面對(duì)海洋生物等冷源挑戰(zhàn)事件時(shí)的安全性大大增加。但是，冷源事件仍然會(huì)造成停機(jī)、跳堆事件的發(fā)生，電廠仍然需要提高對(duì)于影響冷源事件的關(guān)注程度。

參考文獻(xiàn)

[1] 環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心.關(guān)于海洋異物堵塞影響核電廠冷源事件的專(zhuān)題報(bào)告[R].北京：環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，2016.

[2] 郭城.核電廠冷源喪失事故處理存在的風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策[C].首屆中國(guó)工程院/國(guó)家能源局能源論壇.首屆中國(guó)工程院/國(guó)家能源局能源論壇論文集.北京：中國(guó)工程院 國(guó)家能源局，2010：402-407.

[3] WANO SOER2007-2.Intake Cooling Water Blockage[R].USA：WANO，2007.

[4] 吳彥農(nóng)，王婭琦，候秦脈，等.海洋異物堵塞核電廠取水系統(tǒng)事件的經(jīng)驗(yàn)反饋[J].核安全，2017，16（1）：26-32.