福清核電廠嚴重事故下氫氣可燃性控制方案分析

臧樂 張仕玉 賈玉強

摘要：日本福島核事故后，針對其氫氣爆炸會帶來安全殼失效和放射性物質外泄的嚴重后果，給出了福清核電廠嚴重事故下氫氣可燃性控制方案的分析，提供了各個方案的介紹，使用方法，由此帶來的優(yōu)點和副作用，以初步確定根據(jù)氫氣爆炸的風險大小。幫助操縱員認識氫氣可燃控制方案，并可恰當?shù)剡x擇方案中最合適的緩解事故后果的措施，給出了相應建議和意見。

關鍵詞：福島核事故；氫氣爆炸；安全殼完整性；分析；

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

Analysis of Hydrogen Flammability Control Methodsin FQNPCduring Severe Accidents

ZANGLe，ZHANGShiyu，JIAYuqiang

（Fujian Fuqing Nuclear Power CO.LTD， Fuqing 350318， China）

Abstract：After Fukushima-Tragedy in Japan，due to severeconsequencessuch as containment losing effectiveness and radioactivity breaking out which caused by hydrogen explosion，havemaked analysis of hydrogenflammabilitycontrol methods in FQNPC during severe accidents，and provided introductions，usages，superiorities and side effectes of eachmethods，topreliminarydefinite the risk of hydrogen explosion.To help reactor operators to recognize hydrogenflammabilitycontrol methods. and then they can choose correctmedthods to deal Severe Accidents，gived correct advices.

Key words：Fukushima-Tragedy；hydrogenexplosion；completenessof containment；analysis

1前言

2011年日本大地震使得福島第一核電廠1-4號機組發(fā)生全廠斷電事故，堆芯冷卻水源喪失，引發(fā)不同程度的堆芯熔化，從而在安全殼內產生大量的氫氣，發(fā)生氫氣爆炸，導致了非常嚴重的后果。因此，有必要對新建核電站進行嚴重事故下安全殼內氫氣可燃性制定有效的氫氣控制措施，滿足核安全的要求。

福清核電1、2號機組針對控制氫氣可燃性方面進行了相關改進。本文主要對福清核電廠嚴重事故下氫氣可燃性控制方案進行分析。

2福清核電廠嚴重事故下控制安全殼內氫氣可燃性方案的分析

2.1嚴重事故下控制氫氣可燃性的方案介紹

控制氫氣可燃性的目的是為了緩解氫氣燃燒對安全殼完整性的嚴重威脅。對于福清1、2號機組，在嚴重事故下控制氫氣可燃性的方案大體分為兩種思路，一種是執(zhí)行氫氣燃燒緩解措施，另一種是直接進行安全殼排放。

2.1.1嚴重事故下控制氫氣可燃性的方案介紹

1安全殼排放

在嚴重事故時需要控制氫氣可燃性的條件下，在TSC確定如何防止氫氣燃燒的對策前，安全技術顧問可以要求一回路操縱員進行安全殼排放。在至少一路的安全殼排放路徑可用的情況下，選擇ETY低流量清掃管線進行排放，或者采用EUF過濾進行排放。

2蒸汽惰化安全殼

降低氫氣在安全殼中氣體內所占的比重以遠離爆炸極限的低值，稱之為蒸汽惰化安全殼。首先停止安全殼噴淋，增大安全殼的壓力，然后打開穩(wěn)壓器安全閥進一步增加安全殼內水蒸氣的比重，從而減少氫氣在安全殼內混合氣體的比重。

3隔離潛在點火源。

任何運行的電動機都是潛在點火源，對其動作必須予以限制。

4非能動氫復合器

在安全殼隔室內根據(jù)氫氣的產生和聚積情況布設一定數(shù)量的自動催化氫復合器，當安全殼內的氫濃度達到一定數(shù)值時，氫復合器自動工作，將安全殼內的氫濃度控制在安全范圍之內。

2.1.2防止氫氣燃燒設備的分析

1安全殼排放

對于安全殼排放，有兩條可用的安全殼排氣路徑如下：

ETY低流量清掃管線；

EUF濕式過濾排放；

通過交流電源可用、直流電源可用、閥門可操作、風扇可運行、過濾器可運行來判斷這兩條路徑的可用性，然后選擇首選的路徑，優(yōu)先選擇條件如下：

首選帶過濾的路徑；

首選不為安全殼內氫氣提供點火源的路徑；

首選被監(jiān)測的釋放路徑，而不是沒有被監(jiān)測的釋放路徑。

2蒸汽惰化安全殼

蒸汽惰化安全殼可以通過以下手段：

打開穩(wěn)壓器安全閥RCP020/021/022VP

停止安全殼噴淋泵EAS001/002PO

這兩個手段都并無首選的要求，可以并行使用。執(zhí)行氫氣燃燒緩解措施時，可以根據(jù)措施的可用性，同時執(zhí)行不少于一個措施的操作。

3隔離潛在點火源。

任何運行的電動機都是潛在點火源，一般來說，認為如下系統(tǒng)都具有潛在點火源的風險：

RCP、RCV、RIS、EAS、RRI、RRM、RRA、RAZ、ETY、EVR、EVF、EBA；

4非能動氫復合器

非能動的氫復合器的啟動閾值為1.0～2.0 vol %，停止閾值為0.5% vol%，點火閾值為8 vol%。有效的減少了氫氣濃度接近爆炸極限的可能性。由于其是非能動的裝置，因此無需電源，即可有效實行其固有功能。

2.2福清核電廠嚴重事故下控制氫氣可燃性方案中各措施的作用和不利影響的條件分析

2.2.1控制氫氣可燃性的措施的優(yōu)點

1安全殼排放

安全殼排放可以很明顯地降低安全殼內氫氣的濃度，且很顯著的降低安全殼內的壓力，對于保護安全殼的完整性有積極的作用。同時，安全殼排放的路徑都有過濾器，可以有效減少排放氣體的放射性濃度，從而有效控制排放放射性。

2蒸汽惰化安全殼

使用蒸汽惰化安全殼，可以有效增大安全殼內的壓力，降低安全殼內的氫氣比重，從而使氫氣濃度下降，顯著控制氫氣可燃性。使用蒸汽惰化安全殼的方法不用考慮放射性外泄的問題。

3隔離潛在點火源。

氫氣爆炸發(fā)生的前提就是需要有點火源，若隔離潛在點火源，可以有效降低氫氣爆炸的風險。此項能有效控制氫氣爆炸發(fā)生的風險，因此放在降低氫氣可燃性的措施中是必須執(zhí)行的。

4非能動氫復合器

非能動的氫復合器可以有效降低氫氣濃度，特別是在全廠失電的情況下，即使沒有任何外電源，非能動的氫復合器依然可以控制氫氣濃度在一定范圍內。

2.2.2控制氫氣可燃性的措施的不利影響

1安全殼排放

安全殼排氣有其較大的局限性，排氣可能受到廠外劑量考慮的限制。與TSC的輻射防護顧問協(xié)商排氣的時機和持續(xù)時間以確定廠外劑量考慮的合適時機。當進行安全殼排氣時，不應當執(zhí)行緩解裂變產物釋放，這對于嚴重事故情況下的裂變產物釋放的緩解是十分不利的。

同時，因為兩條排放管線的過濾器過濾能力有限，所以安全殼排氣的使用也受此制約。此外，安全殼排氣還會導致安全殼內壓力大幅下降，安全殼內壓力的下降會導致水蒸氣在安全殼內的比重下降而提升氫氣的濃度，有可能增加氫氣可燃性。

2蒸汽惰化安全殼

蒸汽惰化安全殼也有其固有的局限性。當一回路壓力低壓的情況下，RCP中只有少量的蒸汽可以排到安全殼中。同時，由于RCP向安全殼排放，會導致安全殼水位也會上升，有可能會淹沒穩(wěn)壓器卸壓箱，因此通過穩(wěn)壓器安全閥排放的蒸汽會被冷凝，從而達不到惰化安全殼的效果。此外，蒸汽惰化安全殼有可能造成安全殼超壓，從而產生安全殼完整性失效的風險。

3隔離潛在點火源。

安全殼內包含潛在點火源的系統(tǒng)無法進行完全隔離，其中RIS，EAS等的電機和電動閥門，在嚴重事故情況下，是有可能需要用來緩解事故的，如果全部都予以隔離，則有可能對于緩解放射性物質釋放和安全殼完整性保護帶來不利的影響。

4非能動氫復合器

由于非能動性氫復合器的放置是固定的，所以無法對安全殼內所有位置的氫氣進行復合。同時，非能動氫復合器的運作表現(xiàn)不明顯，不利于監(jiān)測。

2.3嚴重事故下氫氣可燃性控制方案與RCP卸壓、向RCP注水或向安全殼注水等操作沖突時的評定準則

如果正在使RCP卸壓，向RCP注水或向安全殼注水等行動，則在嚴重事故下確定控制氫氣對策時，要考慮到氫氣產生增加的可能性，對此，給出這些行動的評定準則。

1RCP卸壓

主要有氫氣燃燒對安全殼的嚴重威脅，除非發(fā)生了安全殼旁通，堆芯產生的絕大部分氫氣會通過破口或穩(wěn)壓器安全閥釋放到安全殼中。但是，仍可能有少量氫氣滯留在壓力容器上封頭、穩(wěn)壓器或者SG 傳熱管內。實施RCP 排氣可能將一部分氫氣從上述區(qū)域排放至安全殼內。然后，氫氣可能被點燃，甚至導致安全殼失效。通過當前的安全殼壓力和安全殼氫氣濃度來進行監(jiān)測。

緩解措施如下：

停止安全殼能動熱阱，使水蒸氣惰化安全殼大氣；

使用GCT-A，GCT-C或穩(wěn)壓器輔助噴淋；

隔離安全殼內所有可能的點火源，防止氫氣燃燒。

2向RCP注水

當向裸露堆芯進行注水時，在再淹沒過程中會產生大量的氫氣，會嚴重威脅安全殼的完整性。

緩解措施如下：

停止安全殼能動熱阱，使水蒸氣惰化安全殼大氣；

隔離安全殼內所有可能的點火源，防止氫氣燃燒；

將RCP注水流量加到至最大；

打開所有可用的穩(wěn)壓器安全閥，使水蒸氣惰化安全殼大氣、

3向安全殼注水

主要有氫氣燃燒對安全殼的嚴重威脅，如果安全殼內有足夠的蒸汽，則積聚在安全殼大氣中的氫氣不可能燃燒。如果運行安全殼噴淋凝結了安全殼大氣中的蒸汽，安全殼內大氣可能失去惰性，已經(jīng)積聚在安全殼內的氫氣可能被點燃，從而可能使安全殼失效。通過當前的安全殼壓力和安全殼氫氣濃度來進行監(jiān)測。

緩解措施如下：

控制噴淋流量維持安全殼處于蒸汽惰化狀態(tài)；

隔離安全殼內所有可能的點火源，防止氫氣燃燒；

采用不會導致安全殼卸壓的注水路徑

3結論

經(jīng)過綜合分析福清核電1.2號機組嚴重事故時控制氫氣可燃性措施中的優(yōu)缺點和控制氫氣可燃性方案與其他嚴重事故措施的沖突，幫助操縱員明確事故原理、緩解措施的優(yōu)缺點，方便操縱員選擇方案中最合適的措施，有助于操縱員對嚴重事故下氫氣可燃性控制方案的理解和執(zhí)行。

參考文獻

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