中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆技術(shù)規(guī)格書審評(píng)中重點(diǎn)關(guān)注問題探討

李珊珊，和 丹

(中國(guó)核電工程有限公司, 北京 100840)

快堆是我國(guó)“三步走”戰(zhàn)略中的關(guān)鍵一步，快堆也是第四代核能系統(tǒng)中主力堆型，代表四代核電發(fā)展的方向。中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆是我國(guó)第一座快堆，它的發(fā)展和安全是非常值得關(guān)注的，其中對(duì)快堆的技術(shù)規(guī)格書的相關(guān)內(nèi)容尤其重視。技術(shù)規(guī)格書是核設(shè)施運(yùn)行期間的“法律”，它規(guī)定了核設(shè)施在正常運(yùn)行、瞬態(tài)和異常工況下，遵照的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求，主要包括安全限值、保護(hù)閾值、運(yùn)行限制條件以及監(jiān)督要求。

技術(shù)規(guī)格書的審查是一種綜合性的審查，尤其對(duì)快堆，國(guó)內(nèi)并無(wú)參考，然而快堆又與傳統(tǒng)壓水堆存在很多不同，因此對(duì)快堆技術(shù)規(guī)格書的審查，需要投入更多的關(guān)注度。截至目前，快堆技術(shù)規(guī)格書的審查已經(jīng)持續(xù)了多年，在審評(píng)過(guò)程中，關(guān)注了很多重點(diǎn)的問題，在與營(yíng)運(yùn)單位設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行相關(guān)人員，經(jīng)過(guò)多輪的技術(shù)溝通，圓滿完成了中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆技術(shù)規(guī)格書的核安全審評(píng)工作。

1 法規(guī)、導(dǎo)則的現(xiàn)狀和審評(píng)依據(jù)

1.1 審評(píng)依據(jù)

我國(guó)現(xiàn)行的法規(guī)導(dǎo)則要嚴(yán)格遵守，《核安全法》[1]《中華人民共和國(guó)民用核設(shè)施安全監(jiān)督管理?xiàng)l例》[2]；中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆屬于研究堆，要按照研究堆設(shè)計(jì)和運(yùn)行安全規(guī)定的要求開展，如《研究堆設(shè)計(jì)安全規(guī)定》[3]《研究堆運(yùn)行安全規(guī)定》[4]；其次遵照相應(yīng)導(dǎo)則要求，《研究堆運(yùn)行管理》[5]《研究堆的應(yīng)用和修改》[6]；此外，由于技術(shù)規(guī)格書的編寫，最重要的依據(jù)是《中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆最終安全分析報(bào)告》相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容。

1.2 現(xiàn)狀分析

由于我國(guó)現(xiàn)行的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，大多都是按照壓水堆制定的，但現(xiàn)在很多堆型都在開展研究，很多新設(shè)計(jì)是無(wú)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。換句話說(shuō)，都是邊研究邊實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，作為設(shè)計(jì)依據(jù)。然而，作為依據(jù)的前提，也是在現(xiàn)有法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。此外，還借鑒國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，如NUREG-1431的要求[7]，以及中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆在設(shè)計(jì)和調(diào)試中總結(jié)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆是研究堆，遵照HAF202《研究堆運(yùn)行安全規(guī)定》，并參考執(zhí)行HAF103《核電廠運(yùn)行安全規(guī)定》。本技術(shù)規(guī)格書格式和內(nèi)容范圍還參照《鈉冷快中子反應(yīng)堆技術(shù)規(guī)格書的格式和內(nèi)容》文件的要求來(lái)編寫的。

2 審評(píng)實(shí)施情況及取得成效

本次增訂版是在批準(zhǔn)的2009版技術(shù)規(guī)格書基礎(chǔ)上，堆芯自然循環(huán)能力未得到試驗(yàn)驗(yàn)證之前，事故工況下堆芯余熱排出方式與原最終安全分析報(bào)告的相關(guān)事故分析發(fā)生改變情況下，對(duì)2009版技術(shù)規(guī)格書進(jìn)行增補(bǔ)修訂。

在《中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆技術(shù)規(guī)格書(修訂版)》[8]審評(píng)之后，原子能院結(jié)合審查問題及承諾對(duì)技術(shù)規(guī)格書進(jìn)行了升版，2020年底提交了《中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆最終安全分析報(bào)告 第十七章 技術(shù)規(guī)格書 修訂版》[9]，擬作為運(yùn)行期間的參照文件，對(duì)報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行了核實(shí)，除對(duì)歷次審評(píng)問題進(jìn)行落實(shí)外，無(wú)新增內(nèi)容。

通過(guò)對(duì)2020年修訂版的審查，審評(píng)方認(rèn)為，申請(qǐng)方按照法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和審評(píng)意見，進(jìn)行了修訂，技術(shù)規(guī)格書滿足要求。

3 審評(píng)中重點(diǎn)關(guān)注問題

3.1 運(yùn)行模式修訂和說(shuō)明

在對(duì)修訂的運(yùn)行模式審評(píng)中，審評(píng)方主要基于原運(yùn)行模式存在的問題、結(jié)合運(yùn)行模式的修訂依據(jù)，審查新運(yùn)行模式之間是否存在重疊和不連續(xù)，反應(yīng)堆狀態(tài)的界定參數(shù)、運(yùn)行特征含義的合理性正確性。

(1)將“IHX一次側(cè)進(jìn)口溫度”表征反應(yīng)堆狀態(tài)的合理性問題

中間熱交換器一側(cè)進(jìn)口溫度攪混了熱鈉池溫度，且熱鈉池溫度還受到三回路及獨(dú)立熱交換器余排系統(tǒng)的影響，不能直接和真實(shí)地反映出堆芯溫度，宜用堆芯出口溫度作為運(yùn)行模式特征參數(shù)。鑒于堆芯燃料組件狀態(tài)的重要性，增加“堆芯出口溫度”作為運(yùn)行模式特征參數(shù)，能夠更全面地表征反應(yīng)堆狀態(tài)。

(2)主容器鈉保溫的方式問題

在冷停堆和換料模式下，均有主容器鈉保溫的運(yùn)行特征，但兩個(gè)模式下主容器鈉保溫的方式不同，申請(qǐng)方對(duì)兩種方式以注釋的方式均作了補(bǔ)充描述。

(3)一回路鈉泵轉(zhuǎn)速問題

換料模式下鈉泵轉(zhuǎn)速小于310 r/min，但在組件流量測(cè)量下可達(dá)到500 r/min運(yùn)行，審評(píng)方認(rèn)為換料模式下將進(jìn)行組件測(cè)量試驗(yàn)時(shí)泵轉(zhuǎn)速作為運(yùn)行特征不合適。將換料模式下進(jìn)行的組件流量測(cè)量試驗(yàn)的內(nèi)容，作為特殊試驗(yàn)，補(bǔ)充在一回路鈉泵可運(yùn)行限值和條件中。

目前修訂后的5個(gè)模式，各個(gè)模式之間的轉(zhuǎn)換更為簡(jiǎn)潔，解決以往多個(gè)運(yùn)行模式互相重疊的問題，方便操縱員的理解和使用，較原模式更為合理。

但審評(píng)方認(rèn)為，運(yùn)行模式的修改是技術(shù)規(guī)格書一項(xiàng)重大的修改，申請(qǐng)方只是做了原則性的描述和論證，后續(xù)還應(yīng)結(jié)合開堆后的實(shí)踐，注重對(duì)新運(yùn)行模式的探索和反饋。

3.2 一回路鈉泵的可運(yùn)行要求

中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆在堆芯自然循環(huán)能力未得到試驗(yàn)驗(yàn)證之前，一回路鈉泵必須執(zhí)行安全功能。通過(guò)對(duì)鈉泵進(jìn)行抗震可運(yùn)行性分析、應(yīng)急供電系統(tǒng)改造和移動(dòng)電源車接入方式的改造等，并按安全級(jí)設(shè)備管理，一回路鈉循環(huán)泵基本具備了安全級(jí)設(shè)備的功能。因此在技術(shù)規(guī)格書中，對(duì)一回路鈉泵規(guī)定相應(yīng)的運(yùn)行限值和條件，鈉泵可運(yùn)行判據(jù)包括電機(jī)、變頻器、鈉泵、雙電源切換箱和移動(dòng)電源車等14條的運(yùn)行限值和條件。移動(dòng)電源車作為鈉泵應(yīng)急電源，是保障鈉泵可靠運(yùn)行的必要條件之一，作為鈉泵可運(yùn)行狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。為了保障鈉泵的安全性，從保守運(yùn)行上考慮，先將反應(yīng)堆停堆，確保反應(yīng)堆安全，后續(xù)根據(jù)情況在決定是否停泵。處置事故過(guò)程中，避免通過(guò)停泵來(lái)執(zhí)行停堆。

3.3 超壓保護(hù)系統(tǒng)

超壓保護(hù)系統(tǒng)是保護(hù)主容器和保護(hù)容器避免其他超壓，防止壓力邊界受到破壞，提供足夠的氣腔空間，來(lái)補(bǔ)償反應(yīng)堆在各個(gè)過(guò)渡工況時(shí)氣體的熱膨脹。它是作為專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)。

超壓保護(hù)系統(tǒng)在各個(gè)運(yùn)行模式下的狀態(tài)，能夠起到高壓和低壓時(shí)的保護(hù)功能，對(duì)于“超壓保護(hù)系統(tǒng)可運(yùn)行”即液封器充油液位滿足要求；液封器與主容器/保護(hù)容器連通，相關(guān)閥門打開；定期試驗(yàn)滿足要求。

3.4 安全停堆地震的保護(hù)定值

安全停堆地震的整定值設(shè)定為SL-2，需要明確地震整定值設(shè)置原因，是否能夠?yàn)榉磻?yīng)堆提供保護(hù)，此外要考慮地震監(jiān)測(cè)儀表的設(shè)置情況(如測(cè)點(diǎn)位置、地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的抗震類別等)。鑒于部分核動(dòng)力廠不將地震信號(hào)引入保護(hù)系統(tǒng)，如發(fā)生SL-2級(jí)地震，從SL-1到SL-2的時(shí)間較短，SL-1級(jí)地震為運(yùn)行基準(zhǔn)地震，在該地震強(qiáng)度下可以保證安全運(yùn)行，因此在設(shè)計(jì)時(shí)將安全停堆地震SL-2級(jí)地震信號(hào)作為保護(hù)定值。

目前，根據(jù)地震監(jiān)測(cè)儀表的發(fā)展情況，能夠在地震作用下進(jìn)行工作，因此有了進(jìn)入保護(hù)系統(tǒng)的前提，若要使地震信號(hào)起到對(duì)反應(yīng)堆保護(hù)作用，必須在地震波到達(dá)反應(yīng)堆之前，將反應(yīng)堆安全的停下來(lái)。CEFR現(xiàn)有的地震儀表設(shè)置不能用SL-2作為保護(hù)定值，必須取低。

關(guān)于安全停堆地震信號(hào)的保護(hù)定值，參考NRC導(dǎo)則RG1.12[10]及其引用法規(guī)10CFR相關(guān)條款的規(guī)定，同時(shí)還考慮到SL-1與SL-2之間保證留有一定的裕量，目前考慮將SSE的保護(hù)整定值設(shè)置修改為120%(SL-1)，即為0.128g。

3.5 緩發(fā)中子保護(hù)整定值

緩發(fā)中子保護(hù)整定值為本底的3倍。反應(yīng)堆不同功率條件下，中子計(jì)數(shù)率本底數(shù)值會(huì)隨之變化，CEFR在系統(tǒng)調(diào)試完成后會(huì)給出本底數(shù)據(jù)，在堆芯裝載達(dá)到平衡后給出最終本底數(shù)據(jù)。

3.6 鈉火

考慮鈉的各種燃燒模式(含噴放燃燒)。一回路鈉管道壓力相對(duì)低，正常運(yùn)行壓力低于50 kPa，鈉泄漏無(wú)明顯噴放現(xiàn)象，并且一回路鈉泄漏信號(hào)與電磁泵停運(yùn)聯(lián)鎖且雙道截止閥關(guān)閉，減少泄漏量。

審評(píng)方進(jìn)一步關(guān)注到霧狀鈉火的情況。參考CFR600鈉火設(shè)計(jì)情況，CFR600的PSAR15.6.2[11]中關(guān)于鈉火燃燒分析是鈉泄漏后池式燃燒疊加10%霧火燃燒。使用BOX程序計(jì)算池式鈉火，使用FEUMIX程序計(jì)算霧狀鈉火。CEFR在分析鈉火時(shí)，按照10%霧火燃燒作為輸入，與CFR600初步安全分析報(bào)告中關(guān)于霧狀鈉火份額是一致的。

一回路鈉火排煙系統(tǒng)要考慮鈉的噴放燃燒，事故排煙系統(tǒng)要等到鈉燃燒終止后才能投入。鈉管道采用316奧氏體不銹鋼，表面敷設(shè)保溫層和不銹鋼外套，鈉回路管道壓力低，泄漏的鈉噴放效果相對(duì)于高能管道來(lái)說(shuō)，并不明顯，同時(shí)一回路鈉泄漏信號(hào)與電磁泵停運(yùn)聯(lián)鎖，并進(jìn)行泄壓，減小泄漏量；在事故排煙早期投入，有助于抑制房間的壓力峰值。但審評(píng)方認(rèn)為，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)不可接受的壓力峰值，需要通過(guò)計(jì)算進(jìn)行分析。

3.7 氬氣釋放事故包容小室定期試驗(yàn)

氬氣釋放事故包容小室302房間泄漏率定期試驗(yàn)情況，302房間泄漏應(yīng)是有要求的，而且必須要進(jìn)行定期試驗(yàn)，以證明現(xiàn)在仍能滿足限值要求。將泄漏率暫定為每3年一次，根據(jù)后續(xù)CEFR運(yùn)行的實(shí)際情況，對(duì)泄漏率的定期試驗(yàn)做進(jìn)一步補(bǔ)充分析，盡量將定期試驗(yàn)頻次固定下來(lái)。

302房間的負(fù)壓情況，經(jīng)核實(shí)環(huán)評(píng)報(bào)告，房間的泄漏率設(shè)計(jì)值是根據(jù)“三無(wú)”事故的包容要求設(shè)計(jì)的，“三無(wú)”事故環(huán)境后果分析中沒有302房間負(fù)壓監(jiān)測(cè)的要求和假設(shè)。

4 結(jié)論

技術(shù)規(guī)格書是核設(shè)施運(yùn)行的頂層文件，是核設(shè)施運(yùn)行的一項(xiàng)最為重要的“法規(guī)”，要嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行。在對(duì)中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆技術(shù)規(guī)格書的審查過(guò)程中，對(duì)運(yùn)行模式、一回路鈉泵可運(yùn)行性、超壓保護(hù)系統(tǒng)、安全地震保護(hù)信號(hào)整定值、緩發(fā)中子保護(hù)整定值、鈉火、氬氣釋放事故包容小室定期試驗(yàn)等重點(diǎn)問題進(jìn)行關(guān)注，并找到了相應(yīng)的解決方案，圓滿完成了中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆技術(shù)規(guī)格書的核安全審評(píng)。

綜述，《中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆最終安全分析報(bào)告 第十七章技術(shù)規(guī)格書 修訂版》的內(nèi)容符合變更有關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，只要認(rèn)真執(zhí)行承諾，保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行，確保工作人員、環(huán)境和公眾不會(huì)受到危害。