壓水堆核電廠內(nèi)部水淹危害性分析方法初步探索

郭丁情

（深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東深圳518026）

內(nèi)部水淹是威脅核電廠安全的風(fēng)險(xiǎn)源之一。歷史上曾多次發(fā)生核電廠內(nèi)部水淹事件，其中包括1992年秦山核電廠的換料水箱失水事件和1998年華盛頓核電廠2號(hào)機(jī)組內(nèi)部水淹事件等。

根據(jù)《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》（HAF 102—2004）要求，核電廠設(shè)計(jì)中要考慮內(nèi)部水淹，“必須提供適當(dāng)?shù)念A(yù)防和緩解措施，以保證核安全不受到損害。”《核動(dòng)力廠安全評(píng)價(jià)與驗(yàn)證》（HAD102／17—2006）中也明確要求核電廠安全分析的始發(fā)事件包括內(nèi)部水淹。

本文首先根據(jù)國內(nèi)外核電廠內(nèi)部水淹防護(hù)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)踐，對(duì)內(nèi)部水淹危害性分析方法進(jìn)行初步探討及歸納，接著以國內(nèi)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電廠典型房間（K216裝卸區(qū)）為對(duì)象，進(jìn)行水淹危害性分析，并給出分析結(jié)果及結(jié)論。國內(nèi)核電廠在工程上尚無全面的內(nèi)部水淹危害性分析實(shí)踐，本文初步探討的典型房間（K216裝卸區(qū)）的水淹危害性分析方法具有工程實(shí)踐的參考意義，可推廣至核電廠全范圍的內(nèi)部水淹分析，并且，對(duì)于核電廠內(nèi)部水淹概率安全評(píng)價(jià)也具有參考意義。

1 方法概要

根據(jù)國內(nèi)外核電廠內(nèi)部水淹防護(hù)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)［4，5］及實(shí)踐，對(duì)內(nèi)部水淹危害性分析方法進(jìn)行探討及歸納后，建立下述兩個(gè)簡要的邏輯圖以表示核電廠內(nèi)部水淹危害性的分析過程。

圖1 水淹危害性分析邏輯圖（源方法）Fig.1 Logic of the internal flooding hazard analysis（source analysis method）

第一種方法，如圖1所示，從已確定的水淹源開始（例如某一區(qū)域的假想管道破裂或防火噴淋），確定對(duì)防淹構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的影響；第二種方法，如圖2所示，則是從確定的一個(gè)防淹物項(xiàng)（安全設(shè)備）開始，分析任何假想水淹源引起的可能后果。

圖2 水淹危害性分析邏輯圖（設(shè)備分析方法）Fig.2 Logic of the internal flooding hazard analysis（equipment analysis method）

本文分析參照第一種分析方法，其主要步驟包括：

（1）識(shí)別可能的水淹源和水淹路徑；

（2）識(shí)別可能受影響的安全設(shè)備（安全設(shè)備是指事故中起到緩解功能的設(shè)備）；

（3）分析水淹防護(hù)措施；

（4）評(píng)價(jià)安全設(shè)備是否受到水淹影響，是否失效及其影響（包括設(shè)備由于淹沒引起性能劣化）。

2 典型房間的水淹危害性分析

2.1 分析假設(shè)及輸入

2.1.1 分析假設(shè)

本文研究目的是對(duì)國內(nèi)百萬千瓦級(jí)核電廠內(nèi)部水淹危害性分析方法進(jìn)行探索，并考慮所選取房間內(nèi)需具備多個(gè)水淹源，管道種類多、尺寸、壓力等參數(shù)范圍分布廣，且布置有安全功能的設(shè)備，因此，選取國內(nèi)已有的百萬千瓦級(jí)壓水堆核電廠的某特定房間（K216裝卸區(qū)）作為分析對(duì)象。

根據(jù)國外核電廠內(nèi)部水淹危害性分析實(shí)踐以及相關(guān)的國內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，本分析具體假設(shè)如下：

（1）管道的故障模式（泄露或破裂）如表1所示。

表1 管道故障（泄漏或破裂）模式Table 1 Failure modes of pipe breakage or leakage

（2）對(duì)于低能管道產(chǎn)生的水淹，只考慮公稱直徑大于25mm（約為1英寸）的管道。

（3）管道破裂導(dǎo)致的水淹量，計(jì)算破口隔離前泄露的水淹量。

（4）若管道存在破裂的故障模式，則保守地假設(shè)管道發(fā)生雙端剪切斷裂，水淹流量的計(jì)算采用以下公式，即：

其中：S為管道橫截面面積（內(nèi)徑對(duì)應(yīng)的橫截面），m2；

g為重力加速度，9.8m2／s；

h為壓頭；

m為水柱。

（5）若管道僅存在泄漏的故障模式，則采用以下的水淹流量的計(jì)算公式，即：

其中：

0.62為流量喪失因子，無量綱；

ND為管道名義直徑，m；

e為管道厚度，m。

（6）公式（1）和（2）計(jì)算關(guān)系式成立的假設(shè)是管道破口的壓力維持和管道破裂前相同。

（7）假設(shè)管道破裂后具有功能監(jiān)測（Function detection），并據(jù)此假設(shè)，本分析涉及的管道破口流體泄漏的持續(xù)時(shí)間為1h（即1h內(nèi)能有效隔離破口）。

（8）假設(shè)防火門、屏蔽門、水密封門均能夠阻擋水的漫延。

（9）計(jì)算房間水淹高度時(shí)，房間內(nèi)水淹面積為房間面積減去設(shè)備的占地面積。

2.1.2 分析輸入

本分析輸入大致可以分為以下幾類：

（1）K216房間內(nèi)的管道清單（包括管道內(nèi)介質(zhì)類別、溫度、壓力參數(shù)等）

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，K216房間內(nèi)有43段管道，表2給出其中的兩段管道及其參數(shù)，作為示例。

表2 K216房間內(nèi)管道清單示例Table 2 Examples of pipes in room K216

（2）K216房間及其相鄰房間面積及房門類型

K216相鄰房間信息可見圖3。

K216房間及相鄰房間面積可見表3。

K216附近房間與房間之間門的類型信息匯總于表4。

（3）K216及其相鄰房間內(nèi)設(shè)備及其基礎(chǔ)高度和占地面積

K216房間水淹可能影響的房間及設(shè)備信息匯總于表5。

圖3 K216房間及相鄰房間信息Fig.3 Layout of K216and its adjacent rooms

表3 K216房間及相鄰房間面積Table 3 Areas of K216and its adjacent rooms

表4 房間與房間之間門的類型Table 4 Door types of K216and its adjacent rooms

表5 K216房間水淹可能影響的房間及設(shè)備信息Table 5 Equipment possibly affected by the flooding in K216

續(xù)表

（4）K216及其相鄰房間內(nèi)的水淹防護(hù)措施

在K216和K210房間內(nèi)共設(shè)有3個(gè)排水管徑為150mm的地漏，參考建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50015—2003），對(duì)于不通氣的排水立管，150mm管徑的排水能力為7L／s，即25.2m3／h，房間總共排水能力為75.6m3／h（25.2×3=75.6m3／h）。

2.2 分析過程

2.2.1 水淹源項(xiàng)的識(shí)別與分析

（1）水淹源項(xiàng)

根據(jù)2.1.1分析假設(shè)及2.1.2分析輸入，采用公式（1）和（2）分別對(duì)K216房間內(nèi)的43段管道破裂或泄漏的水淹量計(jì)算計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示：K216房間內(nèi)管道可能產(chǎn)生水淹流量，其最大的水淹流量為62.6m3／h，并根據(jù)“管道破口流體泄露的持續(xù)時(shí)間為1h”的假設(shè)條件，則其產(chǎn)生的水淹總量為62.6m3。

（2）水淹路徑

水淹源發(fā)生在K216房間內(nèi)，根據(jù)表4“K216及相鄰房間的房門類型”及“防火門、屏蔽門、水密封門能夠阻擋水的漫延的假設(shè)”，水淹僅能在K216、K210和K212房間內(nèi)漫延，即水淹從K216漫延至K212和K210房間。

（3）水淹面積

根據(jù)在K216房間內(nèi)發(fā)生水淹后的漫延路徑，以及表3給出的K216及相鄰房間的面積，可以得到在不考慮設(shè)備占地面積條件下的水淹面積為：

若考慮K216房間及其相鄰房間內(nèi)設(shè)備的占地面積，則考慮設(shè)備占地面積條件下的水淹面積約為371m2。

2.2.2 可能危及的安全設(shè)備分析

對(duì)表5“K216房間水淹可能影響的房間及設(shè)備信息”進(jìn)行篩選分析，即可得到水淹可能危及到的安全設(shè)備，如表6所示。

表6 K216房間水淹可能危及安全設(shè)備清單Table 6 Safety equipment possibly affected by the flooding in K216

2.3 分析結(jié)果

根據(jù)2.2節(jié)分析，結(jié)果表明：

1）在不考慮水淹防護(hù)措施的情況下，K216房間內(nèi)可能的最大水淹總量為62.6m3，最大水淹高度169mm，而K216房間內(nèi)安全設(shè)備的高度分別為110mm和150mm（參見表6），因此，對(duì)該房間內(nèi)的安全設(shè)備構(gòu)成威脅；

2）若考慮該房間的水淹防護(hù)措施，即考慮房間內(nèi)地漏的排水功能（75.6m3／h的排水能力），則K216內(nèi)的水淹不會(huì)對(duì)安全設(shè)備造成危害。

3 結(jié)論

通過對(duì)國內(nèi)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電廠典型房間（K216裝卸區(qū)）內(nèi)的水淹危害性分析，分析結(jié)果及其意義如下：

（1）K216房間內(nèi)的水淹源不會(huì)對(duì)核電廠的安全設(shè)備構(gòu)成威脅，因此，不會(huì)對(duì)核電廠的安全構(gòu)成威脅；

（2）國內(nèi)核電廠在工程上尚無全面的內(nèi)部水淹危害性分析實(shí)踐，本文初步探討的典型房間（K216裝卸區(qū)）的水淹危害性分析方法具有工程實(shí)踐的參考意義，可推廣至核電廠全范圍的內(nèi)部水淹分析；此方法對(duì)于核電廠內(nèi)部水淹概率安全評(píng)價(jià)同樣具有參考意義；

（3）本文探討的水淹危害性分析方法在分析假設(shè)上具有一定的保守性，但較為簡便，易于工程上實(shí)踐。

［1］ ELECTRICTE DE FRANCE，F(xiàn)RAMATOME.RCC-P 900PWR，Design and Construction Rules for System Design of 900MWe PWR Nuclear Power Plants（Rev.4（Sept.1991）Modified 1995）［S］.France：1995.

［2］ 黃衛(wèi)剛，楊志超，戴忠華，等.水淹廠房的風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.水電和新能源，2011，93（1）：58-62.

［3］ 劉海濱，張琴芳，仇永萍.核電廠內(nèi)部水淹一級(jí)概率安全評(píng)價(jià)［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，2010.9，44（suppl）：261-263.

［4］ 中國核工業(yè)總公司.EJ／T 335-1998輕水堆核電廠假想管道破損事故防護(hù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則［S］.北京：中國核工業(yè)總公司，1998.

［5］ 中國核工業(yè)總公司.EJ／T 1079-1998輕水堆隔間淹沒效應(yīng)防護(hù)準(zhǔn)則［S］.北京：中國核工業(yè)總公司，1998.

［6］ 國家核安全局.HAF102-2004核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定［S］.北京：國家核安全局，2004.

［7］ 國家核安全局.HAD102／17-2006核動(dòng)力廠安全評(píng)價(jià)與驗(yàn)證［S］.北京：國家核安全局，2006