重水堆端屏蔽冷卻系統(tǒng)的泄漏分析與處理

龍騰（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

重水堆端屏蔽冷卻系統(tǒng)的泄漏分析與處理

龍騰
（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

本文針對(duì)端屏蔽冷卻系統(tǒng)發(fā)生泄漏時(shí)，從反應(yīng)性控制、燃料冷卻、放射性物質(zhì)包容三個(gè)方面進(jìn)行分析進(jìn)行詳細(xì)分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出了在功率運(yùn)行時(shí)的處理原則，以及操作的重點(diǎn)。為操縱員在處理端屏蔽冷卻系統(tǒng)泄漏時(shí)提供決策支持，以便能快速的將反應(yīng)堆置于安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，使反應(yīng)堆的3C始終受控，以保證工作人員、環(huán)境和公眾免遭放射性的危害。

端屏蔽 堆腔 泄漏

1 概述

端屏蔽冷卻系統(tǒng)的目的是排出堆腔和端屏蔽中產(chǎn)生的熱量，降低在反應(yīng)堆周圍的劑量率，以保護(hù)人員和設(shè)備。

2 系統(tǒng)簡介

端屏蔽冷卻系統(tǒng)是設(shè)計(jì)來冷卻端屏蔽構(gòu)件和端屏蔽環(huán)以及堆腔。堆腔和端屏蔽可以保護(hù)裝卸料機(jī)操作區(qū)域免受反應(yīng)堆的直接輻射，因此，核熱量集聚在這些屏蔽構(gòu)件內(nèi)。其產(chǎn)生熱的途徑主要為輻射源和熱源：

2.1 輻射源

（1）來源于燃料裂變過程和裂變產(chǎn)物（中子和伽馬射線）。

（2）來源于結(jié)構(gòu)材料活化和活化產(chǎn)物的衰變（伽馬射線）。

2.2 熱源

（1）主熱傳輸系統(tǒng)熱傳導(dǎo)（主熱傳輸系統(tǒng)平均溫度約300℃）。

（2）慢化劑系統(tǒng)熱傳導(dǎo)（慢化劑系統(tǒng)平均溫度約70℃）。

（3）材料輻射吸收發(fā)熱。

這些熱源產(chǎn)生的熱量由堆腔、端屏蔽、屏蔽環(huán)以及它們各自循環(huán)回路中的除鹽水帶走，然后通過2臺(tái)熱交換器將熱量傳輸?shù)皆傺h(huán)冷卻水（RCW）系統(tǒng)中，從而控制端屏蔽出口溫度在60-66℃之間，堆腔出口溫度在54℃左右。端屏蔽冷卻系統(tǒng)的功能是：（1）導(dǎo)出堆腔中的熱量，維持堆腔溫度在可接受的水平，確保堆腔混凝土結(jié)構(gòu)不會(huì)干裂變脆；（2）導(dǎo)出端屏蔽環(huán)中的熱量，維持端屏蔽環(huán)的溫度在可接受的水平；（3）導(dǎo)出端屏蔽中的熱量，控制端屏蔽內(nèi)、外管板的溫差在可接受的限值內(nèi)；（4）在壓力管破裂或慢化劑冷卻失效的情況下，可作為慢化劑的最終熱阱。

3 喪失端屏蔽冷卻系統(tǒng)裝量時(shí)的安全分析

在反應(yīng)性控制、燃料冷卻、放射性物質(zhì)包容三個(gè)方面進(jìn)行分析：

在反應(yīng)性控制方面：發(fā)生端屏蔽冷卻系統(tǒng)喪失裝量事故時(shí)，系統(tǒng)裝量的喪失對(duì)堆芯的反應(yīng)性的影響為，當(dāng)屏蔽水位降為128kPa（g）時(shí)（相當(dāng)于相同端屏蔽水位109.71m），啟動(dòng)以每秒0.5%慢速設(shè)定降功率到2%滿功率。沒有自動(dòng)參數(shù)來觸發(fā)停堆系統(tǒng)，如果SETBACK不成功，則需要操縱員快速手動(dòng)觸發(fā)#1停堆系統(tǒng)。此事故情況下端屏蔽冷卻系統(tǒng)裝量的喪失對(duì)堆芯反應(yīng)性其實(shí)沒有影響，快速降功率是為了盡快的減小堆芯對(duì)端屏蔽冷卻系統(tǒng)相應(yīng)設(shè)備的傳熱，以減小熱應(yīng)力對(duì)相應(yīng)設(shè)備的影響。因此發(fā)生端屏蔽冷卻系統(tǒng)喪失裝量事故時(shí)，堆芯反應(yīng)性可控。

在燃料冷卻方面：此事故工況下蒸汽發(fā)生器二次側(cè)熱阱可用，停冷系統(tǒng)也可用，燃料正常冷卻。

在放射性物質(zhì)包容方面：當(dāng)發(fā)生端屏蔽冷卻系統(tǒng)喪失裝量事故時(shí)，泄漏地點(diǎn)可能是安全殼內(nèi)也可能是輔助廠房。與主熱傳輸系統(tǒng)里的放射性濃度相比，屏蔽冷卻系統(tǒng)中的放射性同位素濃度是可以忽略的。例如：屏蔽冷卻系統(tǒng)水里Co60的濃度比熱傳輸系統(tǒng)冷卻劑里的濃度低兩個(gè)量級(jí)以上。因此，屏蔽冷卻系統(tǒng)須比熱傳輸系統(tǒng)多排放100倍的水才能使安全殼內(nèi)達(dá)到相同的Co60活度。因此此事故工況下，放射性包容也能滿足輻射劑量限值的要求。

4 喪失端屏蔽冷卻系統(tǒng)裝量的事故處理

事故處理操作步驟如下：

確認(rèn)停堆。EOP-013是應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程中唯一沒有立即觸發(fā)停堆系統(tǒng)的應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程。因?yàn)槠帘卫鋮s系統(tǒng)故障屬于緩慢變化的事件，所以這就決定了線性降功率的方法是可行的，而不需要冒著反應(yīng)堆可能進(jìn)一步失調(diào)的危險(xiǎn)來手動(dòng)觸發(fā)反應(yīng)堆停堆。在確認(rèn)了端屏蔽冷卻系統(tǒng)存在失去裝量事故情況下，端屏蔽管板中產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能使壓力管彎曲且與端部件接觸，那么端屏蔽冷卻系統(tǒng)故障可能會(huì)影響主熱傳輸系統(tǒng)。如果此時(shí)還沒有自動(dòng)觸發(fā)反應(yīng)堆自動(dòng)線性降功率（SETBACK），操縱員手動(dòng)啟，并確認(rèn)成功啟動(dòng)。

反應(yīng)堆降功率到0.1%F P。在反應(yīng)堆自動(dòng)線性降功率（SETBACK）至2%額定功率結(jié)束時(shí)，操縱員將通過手動(dòng)輸入0.1%額定功率的反應(yīng)堆功率值，繼續(xù)使反應(yīng)堆功率降低到低水平。隨著反應(yīng)堆降功率，操縱員同時(shí)可繼續(xù)執(zhí)行規(guī)程，不必等待反應(yīng)堆功率降到0.1%FP。因?yàn)樵诘凸β氏?，反?yīng)堆功率下降較慢，操縱員如果等待功率下降到0.1%FP以下將浪費(fèi)寶貴的恢復(fù)系統(tǒng)時(shí)間。

HTS降溫。操縱員將根據(jù)蒸汽發(fā)生器壓力控制程序啟動(dòng)降溫措施，將主熱傳輸系統(tǒng)降溫到 149℃。同時(shí)，采取其它的操作措施，診斷和穩(wěn)定事件。主熱傳輸系統(tǒng)早期降溫是一個(gè)保守的操作措施，這可減輕較嚴(yán)重事件的影響（對(duì)于那些端屏蔽在幾分鐘內(nèi)排空的情況，可避免端屏蔽產(chǎn)生高應(yīng)力）。如果在蒸汽發(fā)生器壓力控制降溫過程結(jié)束時(shí)事件已經(jīng)穩(wěn)定，那么就無需利用停堆冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步降溫。如果事件迅速得以恢復(fù)（例如泄漏能夠及時(shí)隔離，并能夠補(bǔ)水，重新啟動(dòng)系統(tǒng)），在確認(rèn)事件已得到成功緩解后，值長可決定停止降溫過程。

監(jiān)測(cè)端屏蔽冷卻系統(tǒng)參數(shù)。如果已成功地緩解事件，端屏蔽冷卻系統(tǒng)參數(shù)應(yīng)回到指示的正常范圍內(nèi)。操縱員將驗(yàn)證端屏蔽冷卻系統(tǒng)參數(shù)是否在正常運(yùn)行值內(nèi)。如果未能使端屏蔽返回正常狀態(tài)，操縱員將根據(jù)以往的培訓(xùn)和自己的經(jīng)驗(yàn)繼續(xù)采取操作措施，操縱員手冊(cè)可以提供進(jìn)一步的指導(dǎo)，例如提供對(duì)各種報(bào)警信號(hào)的響應(yīng)。若主熱傳輸系統(tǒng)已經(jīng)降溫，操縱員在采取進(jìn)一步操作措施修復(fù)屏蔽冷卻系統(tǒng)故障的同時(shí)，可確保堆芯冷卻。

核電廠穩(wěn)定時(shí)退出規(guī)程。操縱員將評(píng)估電廠條件，并根據(jù)當(dāng)前情況采取適當(dāng)?shù)牟僮鞔胧?。這些行動(dòng)包括：重新檢查機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和技術(shù)要求，以確定適當(dāng)?shù)臋C(jī)組運(yùn)行模式；重新檢查報(bào)警概要；重新恢復(fù)已經(jīng)啟用的安全系統(tǒng)。

5 結(jié)語

端屏蔽冷卻系統(tǒng)由于發(fā)生不能隔離的泄漏致使系統(tǒng)喪失水裝量事件時(shí)，堆芯反應(yīng)性始終可控，燃料能得到正常冷卻，放射性包容也能滿足輻射劑量限值的要求。從而可以得出結(jié)論：端屏蔽冷卻系統(tǒng)發(fā)生喪失水裝量事件時(shí)，反應(yīng)堆排管容器/端屏蔽組件將保持結(jié)構(gòu)完整性。同時(shí)值長和操縱員能依據(jù)現(xiàn)有的規(guī)程，對(duì)事故進(jìn)行有效處理，能快速的將反應(yīng)堆置于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。

［1］98-34110-DM-000，Shield Cooling System［S］.

［2］98-91120-TBD-013，端屏蔽冷卻系統(tǒng)故障［S］.

［3］98-91120-EOP-013，端屏蔽冷卻系統(tǒng)故障應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程［S］.