余熱排出系統(tǒng)事故對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)功能需求影響分析

丁小川，田 苗，劉 亞，張 勇，毛 歡

(1.中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840；2.生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心，北京 102401)

某新機(jī)組在參考電廠基礎(chǔ)上，設(shè)備分級(jí)參照2014年發(fā)布的SSG-30《核電廠構(gòu)筑物，系統(tǒng)和部件的安全分級(jí)》進(jìn)行了調(diào)整，以滿足安全狀態(tài)、設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況等新的安全要求。受此影響余熱排出系統(tǒng)(RHR)原母管拆分為獨(dú)立的兩列，RHR在安全殼外的設(shè)備和管道移至燃料廠房(K廠房)集中布置。相比于M310等機(jī)組，某新機(jī)組需要考慮RHR連接期間管線破口事故(設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，極限事故)，其中RHR安全殼外管線破口(下文簡(jiǎn)稱余排管線破損事故)造成的放射性物質(zhì)釋放影響燃料廠房通風(fēng)系統(tǒng)(VFL)等；此外，為滿足HAF102—2016[1]第6.2.1.2節(jié)關(guān)于冷卻劑壓力邊界隔離的要求，需要考慮界面LOCA(即一回路冷卻劑通過與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)相接的低壓系統(tǒng)在安全殼外喪失)的影響，考慮到事故發(fā)生頻率，該事故為設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況。

針對(duì)余排管線破損等事故，部分核電機(jī)組采用新增輻射監(jiān)測(cè)儀表、碘回路的設(shè)計(jì)方案，事故下根據(jù)輻射信號(hào)啟動(dòng)碘回路對(duì)泄漏所在房間進(jìn)行碘排風(fēng)；針對(duì)上述兩個(gè)新增RHR事故，本項(xiàng)目需要結(jié)合放射性后果等評(píng)估對(duì)VFL等通風(fēng)系統(tǒng)的功能需求，進(jìn)而為確定通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案提供指導(dǎo)。

1 通風(fēng)系統(tǒng)功能需求分析

1.1 余排管線破損事故影響分析

1.1.1 余排管線破損事故假設(shè)與分析[2]

根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，事故分析中假設(shè)最大內(nèi)徑的RHR管線發(fā)生雙端剪切斷裂，一回路初始溫度、壓力、衰變熱取RHR接入時(shí)對(duì)應(yīng)參數(shù)，穩(wěn)壓器水位取最小值。破口導(dǎo)致一回路壓力迅速下降，ΔTsat降低，一回路水裝量減少，安全注入系統(tǒng)投運(yùn)后觸發(fā)RHR管線隔離，一回路水裝量隨著安注投運(yùn)逐步恢復(fù)。對(duì)主泵停運(yùn)及不停運(yùn)的情況進(jìn)行了分析，系統(tǒng)的熱工水力計(jì)算采用CATHARE程序，保守起見事故計(jì)算中不考慮RHR根據(jù)安注信號(hào)隔離。根據(jù)計(jì)算，最惡劣的工況為主泵停運(yùn)工況，安全注入系統(tǒng)在200 s內(nèi)投運(yùn)，最高包殼溫度<230 ℃。

1.1.2 放射性后果計(jì)算與分析

余排管線破損事故屬于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故中的極限事故，在上述事故分析基礎(chǔ)上，計(jì)算其對(duì)非居住區(qū)(600 m)及規(guī)劃限制區(qū)(5 000 m)邊界處公眾造成的潛在放射性后果。計(jì)算時(shí)假設(shè)源項(xiàng)直接釋放到環(huán)境中，不考慮燃料廠房等的屏蔽作用，事故持續(xù)時(shí)間保守按照2 h考慮[3-4]。

余排管線破損事故源項(xiàng)見表1，造成的公眾個(gè)人有效劑量和甲狀腺當(dāng)量劑量計(jì)算結(jié)果見表2，在不考慮燃料廠房等的屏蔽作用時(shí)，事故造成的放射性劑量滿足參考文獻(xiàn)[5]中的要求。

表1 事故源項(xiàng)Table 1 Accident source term

余排管線破損事故與貯氣罐破損事故(稀有事故)、容控箱破損事故(稀有事故)類似，即不考慮廠房等的屏蔽作用也滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則的要求(見表1、表2)。

表2 放射性劑量結(jié)果Table 2 Radiation dose results

1.1.3 通風(fēng)系統(tǒng)功能需求影響分析

NUREG 0800第6.5.1節(jié)[6-7]中規(guī)定，如果失水事故后對(duì)應(yīng)的輻照后果小于10CFR100規(guī)定的限值，則不需要設(shè)置過濾系統(tǒng)，計(jì)算結(jié)果表明針對(duì)余排管線破損事故可以不設(shè)置碘排風(fēng)。

對(duì)比貯氣罐破損事故、RCV容控箱破損事故，這兩個(gè)事故后放射性物質(zhì)由核輔助廠房通風(fēng)(VNA)系統(tǒng)收集后經(jīng)核輔助廠房煙囪排放，當(dāng)觸發(fā)煙囪惰性氣體低量程β活度高2報(bào)警時(shí)，操作員將VNA系統(tǒng)手動(dòng)切換至碘回路運(yùn)行，相關(guān)功能為非安全級(jí)，詳見表3。

余排管線破損事故的區(qū)別在于VFL系統(tǒng)排風(fēng)口直接排往VNA煙囪，不經(jīng)過VNA的碘回路，因此在RHR系統(tǒng)破口時(shí)，放射性物質(zhì)有必要經(jīng)過VFL碘過濾器后再排放，相關(guān)功能為非安全級(jí)；考慮到事故后果，可以由操作員在確定余排管線破口事故后，手動(dòng)啟動(dòng)VFL碘回路對(duì)RHR房間進(jìn)行小流量排風(fēng)，除此之外無需設(shè)置其他自動(dòng)動(dòng)作。

針對(duì)事故后放射性監(jiān)測(cè)，余排管線破損事故的源項(xiàng)及后果(見表1～表2)大于貯氣罐破損事故、RCV容控箱破損事故，利用VNA煙囪惰性氣體低量程、高量程β活度儀表監(jiān)視余排管線破損事故是足夠的。

VFL現(xiàn)有的核級(jí)碘吸附用于應(yīng)對(duì)燃料裝卸事故，由于該事故的源項(xiàng)[3]要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于余排管線破損事故的源項(xiàng)，因此針對(duì)余排管線破損事故，VFL系統(tǒng)碘吸附器活性炭體積等無需改動(dòng)。

余排管線破損事故后，事故規(guī)程中需要確認(rèn)破口位置，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可由核輔助廠房煙囪、燃料廠房輻射監(jiān)測(cè)表定位K廠房的泄漏；同時(shí)RHR系統(tǒng)管道破裂時(shí)泄漏水進(jìn)入地漏，已設(shè)置了相應(yīng)的液位報(bào)警以進(jìn)一步確認(rèn)泄漏位置，滿足事故診斷的要求。

1.2 功率運(yùn)行期間界面LOCA影響分析

為應(yīng)對(duì)界面LOCA，RHR系統(tǒng)需能承受一回路正常運(yùn)行壓力不破裂，根據(jù)對(duì)閥門、泵、換熱器、法蘭和墊片的分析，界面LOCA下會(huì)通過RHR泵軸發(fā)生泄漏，兩臺(tái)泵泄漏率≤12 m3/h[8]，此泄漏可由化學(xué)和容積控制系統(tǒng)補(bǔ)償，泄漏持續(xù)30 min后隔離RHR系統(tǒng)停止泄漏。放射性后果計(jì)算時(shí)假設(shè)源項(xiàng)直接釋放到環(huán)境中，不考慮核燃料廠房等的屏蔽作用，非居住區(qū)邊界600 m處公眾在整個(gè)事故持續(xù)期間可能受到的最大有效劑量為2.25 mSv[8]，放射性后果滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則的要求。

從前述分析可以看出，VFL系統(tǒng)在該事故下提供非安全級(jí)通風(fēng)，主控室操作員根據(jù)事故規(guī)程將VFL手動(dòng)切換至碘回路對(duì)RHR房間進(jìn)行小流量排風(fēng)。

2 結(jié)論

NUREG 0800第6.5.1節(jié)中規(guī)定了可以不設(shè)置碘通風(fēng)的情景，實(shí)踐中建議充分利用現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)，在不增加成本或僅增加微小成本的情況下實(shí)現(xiàn)輻射防護(hù)最優(yōu)化。

根據(jù)GB 6249的要求，核輔助系統(tǒng)相關(guān)的放射性廢氣統(tǒng)一通過VNA煙囪監(jiān)視后排放，同時(shí)VNA系統(tǒng)也設(shè)置有碘回路，這為失水事故后通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了便利條件。

由于余排管線破損事故、界面LOCA后泄漏量較少，不考慮通風(fēng)系統(tǒng)也滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則要求；本項(xiàng)目根據(jù)已有儀表進(jìn)行事故規(guī)程診斷，并根據(jù)診斷結(jié)果由主控室操縱員利用VFL碘回路提供碘通風(fēng)，不需要新增輻射監(jiān)測(cè)儀表及碘回路。

余排管線破損事故、界面LOCA等安全殼外主冷卻劑喪失事故后通風(fēng)系統(tǒng)功能需求設(shè)計(jì)流程總結(jié)見圖1。

圖1 設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Design process

可以看出，如果RHR系統(tǒng)無法布置在K廠房，還可以結(jié)合源項(xiàng)、位置等在其他設(shè)置有碘排風(fēng)的廠房中優(yōu)選后布置在相應(yīng)廠房。

上述設(shè)計(jì)方案對(duì)VFL等通風(fēng)系統(tǒng)影響較小，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)運(yùn)行，相關(guān)方法可在同類事故下通風(fēng)系統(tǒng)功能需求分析時(shí)參考。