重水堆機組低水位檢修的核安全風(fēng)險管控

姜武

摘 要：重水堆停堆大修期間燃料仍留在堆芯并需要連續(xù)冷卻，給大修期間的核安全提出了非常高的要求，而低水位檢修是大修期間核安全風(fēng)險的最高階段，低水位檢修處于關(guān)鍵路徑或次關(guān)鍵路徑，工期的長短直接影響大修的總工期。以核安全至上和質(zhì)量第一為前提，合理安排好每項檢修任務(wù)，優(yōu)化低水位檢修計劃，采取核安全風(fēng)險控制措施，將核安全風(fēng)險降至最低。文章介紹了低水位期間的核安全風(fēng)險，分析了低水位檢修窗口安排策略，并闡述了在歷次大修中結(jié)合重水堆機組特點所采取的一系列核安全風(fēng)險管控措施，以確保低水位檢修的核安全。

關(guān)鍵詞：重水堆 低水位 核安全 風(fēng)險管理

中圖分類號：TM62 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0134-03

Nuclear Safety Risk Control in the Low Level Drained Maintenance of CANDU Unit

Jiang Wu

（CNNP Nuclear Power Operations Management Co. Ltd.， Haiyan Zhejiang， 314300， China）

Abstract：Nuclear fuel remains in the core during the outage of CANDU unit and needs continuous cooling， which brings very high requirements nuclear safety during the outage. And the low level drained maintenance is the highest stage of nuclear safety risk during outage. Low water level maintenance is in key path or second key path， and the length of a project directly affects the total duration of the outage. On the premise of nuclear safety first and quality first， optimize the low level drained maintenance plan， take nuclear safety risk control measures， and minimize the risk of nuclear security. This article introduces nuclear safety risks during the low water drained maintenance and elaborates a series of CANDU-specific risk control measures taken during the past plant outages to ensure nuclear safety during the low level drained maintenance.

Key Words：CANDU unit；Low level drained；Nuclear safety；Risk management

重水堆機組大修期間核燃料仍保持在堆芯，存在著與功率運行期間同樣的核安全風(fēng)險，即面臨反應(yīng)堆意外臨界、堆芯余熱不能及時導(dǎo)出引起堆芯燃料元件損壞，放射性物質(zhì)外泄等風(fēng)險。停堆大修期間存在工期緊任務(wù)重、狀態(tài)轉(zhuǎn)換頻繁、交叉檢修作業(yè)多、接口協(xié)調(diào)復(fù)雜等特點，是各類事件的高發(fā)期。核安全是貫穿大修全過程的頭等大事，秦山三廠自商運以來一直非常重視機組大修期間的核安全風(fēng)險管理。低水位檢修是大修期間核安全風(fēng)險最高階段，管理層到基層員工始終堅持核安全至上理念，借鑒國內(nèi)外同行經(jīng)驗，在實踐中逐漸摸索出一套行之有效的重水堆機組大修期間的核安全風(fēng)險管理辦法，以確保低水位檢修的核安全。

1 大修期間的運行模式和對熱阱的要求

重水堆機組的運行模式分為5種，詳見表1。大修期間，要求反應(yīng)堆處于保證停堆狀態(tài)，且主系統(tǒng)處于低溫低壓，即大修期間的運行模式主要有模式5B和5C兩種。模式5B指反應(yīng)堆功率小于0.1%FP，反應(yīng)堆出口集管溫度小于100 ℃，主系統(tǒng)處于滿水位運行，通常在慢化劑中添加硝酸釓毒物來保證足夠的停堆深度。在該模式下，堆芯余熱依靠停堆冷卻系統(tǒng)及熱交換器將熱量通過設(shè)備冷卻水系統(tǒng)帶出。模式5C功率和溫度要求與模式5B一致，主系統(tǒng)處于檢修水位運行，同樣是通過在慢化劑中添加硝酸釓來保證足夠的停堆深度。此模式下，主系統(tǒng)處于開口狀態(tài)，此時由進/出口集管的水位差保證流過燃料通道的冷卻劑流量，堆芯余熱同樣依靠停堆冷卻系統(tǒng)及熱交換器將熱量通過設(shè)備冷卻水系統(tǒng)帶出。

大修期間的熱阱分為3類，即正常熱阱、備用熱阱和應(yīng)急熱阱。正常熱阱指停堆冷卻泵+停堆冷卻熱交換器+設(shè)備循環(huán)冷卻水+重要海水系統(tǒng)，最終熱阱為大海。備用熱阱分為兩類。備用熱阱一指主泵強迫循環(huán)+停冷熱交換器+設(shè)備循環(huán)冷卻水系統(tǒng)+重要海水系統(tǒng)，最終熱阱為海水；備用熱阱二指主泵自然循環(huán)+蒸汽發(fā)生器+主蒸汽安全閥，最終熱阱為大氣。應(yīng)急熱阱指應(yīng)急堆芯冷卻中、低壓系統(tǒng)+熱交換器+設(shè)備循環(huán)冷卻水或應(yīng)急給水系統(tǒng)+重要海水系統(tǒng)，最終熱阱為大海。大修期間必須始終保持一個正常熱阱可運行，至少一個備用熱阱能在規(guī)定時間內(nèi)可運行。機組處于5B模式時，要求應(yīng)急熱阱的一個系列盡量可運行；機組處于5C模式時，要求應(yīng)急熱阱必須可運行。允許在大修期間安排影響機組正常熱阱功能的計劃性檢修工作。如果正常熱阱的一個系列需要退出熱備用狀態(tài)，則在退出之前必須至少確保一個備用熱阱可運行。

2 低水位期間的核安全風(fēng)險

重水堆機組主系統(tǒng)低水位運行，即將蒸汽發(fā)生器一次側(cè)、主泵所在管段進行疏水至反應(yīng)堆進出口集管，以便開展蒸汽發(fā)生器一次側(cè)渦檢、主泵機械密封更換等預(yù)防性維修工作。低水位運行階段，流過堆芯燃料的流量依靠進出口集管10～20 cm液位差，而且這液位差會因為主系統(tǒng)裝量隨著停冷泵軸封回流引起減少而發(fā)生變化，需要操縱員定期對主系統(tǒng)進行補水，確保液位差保持在要求范圍內(nèi)。另外，如果這期間發(fā)生任何原因?qū)е聠闻_停冷泵停運，將會破壞已經(jīng)建立起來的反應(yīng)堆集管液位平衡，為了防止重水從主系統(tǒng)開口處溢出而帶來的人員輻射安全風(fēng)險，異常響應(yīng)程序要求停運另一臺停冷泵然后封堵開口，這樣勢必造成堆芯內(nèi)冷卻劑滯流而失去燃料冷卻。另外，在低水位期間也會安排一些其他檢修工作，如停堆系統(tǒng)檢修、鈷調(diào)節(jié)棒更換、安全殼隔離閥檢修等。這樣可能會影響停堆可用性和放射性包容系統(tǒng)的縱深防御屏障降級，因此必須認(rèn)真識別并嚴(yán)格管控低水位期間的核風(fēng)險活動。

3 低水位檢修窗口安排策略

低水位檢修為每次大修必須實施的工作，低水位期間主要工作有主泵機械密封更換、蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢查、熱傳輸系統(tǒng)液體釋放閥解體檢修、除氣流量控制閥解體檢修等。每次大修檢修項目均有所不同，為保障機組在大修期間的反應(yīng)堆安全，根據(jù)技術(shù)規(guī)格書和停堆大修核安全管理要求，核安全管理部門在大修前對機組大修核安全管理細(xì)則進行修訂和升版，以便更好地指導(dǎo)現(xiàn)場工作。根據(jù)電源配置和核安全管理要求大修前編制關(guān)鍵路徑圖，使實施部門清楚關(guān)鍵工作所在位置，各工作之間的接口和關(guān)系，以便順利實施大修工作。低水位占據(jù)大修關(guān)鍵路徑或次關(guān)鍵路徑，除必須實施的工作外，低水位期間不安排影響熱阱的檢修工作，如應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)、應(yīng)急供水系統(tǒng)、停堆冷卻系統(tǒng)等。在遵守核安全管理細(xì)則的前提下，對常見關(guān)鍵路徑和次關(guān)鍵路徑項目進行梳理和分析，受低水位影響的檢修設(shè)備和工況如下，計劃安排上應(yīng)錯開或串聯(lián)安排會。

（1）母線檢修。一次只能安排BUE、BUF電源母線中的一路停役檢修，同時必須對退出運行的母線所帶負(fù)荷進行核對，以滿足熱阱對電源的要求，必要時安裝臨時電源以滿足核安全相關(guān)要求。在低水位期間可以安排BUC、BUD母線停役檢修，不允許安排其他電源母線停役檢修。

（2）應(yīng)急供電系統(tǒng)（EPS）和不間斷電源（UPS）。低水位期間只能安排BUC、BUD母線停役檢修，不允許安排其他電源母線停役檢修，即不安排EPS和UPS檢修。

（3）RCW/RSW。冬季可以在低水位期間投RCW檢修備用系統(tǒng)，并檢修RCW/RSW；春季由于環(huán)境溫度較高，不能在低水位期間投用RCW檢修備用系統(tǒng)，也就不能檢修RCW/RSW。

（4）控制計算機DCCX。主系統(tǒng)低液位監(jiān)測信號只在DCCX上安裝，故低水位檢修不安排DCCX檢修。

（5）控制計算機DCCY。退出低水位要求啟動上充泵，而上充泵啟動的先決條件是DCCX和DCCY運行正常。故一般不安排DCCY檢修，如確實要安排，必須在退出低水位前完成檢修。

4 低水位檢修核安全風(fēng)險控制措施

大修期間對保證停堆狀態(tài)和熱阱設(shè)備進行定期檢查、熱阱進行分組管理、核安全監(jiān)督工作常態(tài)化、編制機組大修核安全管理程序外，低水位檢修期間還采取了如下核安全風(fēng)險管理措施。

4.1 編制大修風(fēng)險評估報告

大修前組織專業(yè)技術(shù)人員對大修期間的核安全風(fēng)險、工業(yè)安全和輻射防護風(fēng)險、質(zhì)量風(fēng)險和大修進度風(fēng)險進行評估并編制風(fēng)險評估報告，報告針對識別出來的每一項風(fēng)險給出具體的應(yīng)對措施。建立低水位占據(jù)大修關(guān)鍵路徑或次關(guān)鍵路徑，制約后續(xù)主系統(tǒng)低水位運行、核島電動閥、核島重水開口檢修等一系列重要工作的開展，建立低水位的操作時間超出原計劃工期，將直接影響次關(guān)鍵路徑工期，造成后續(xù)重要工作時間窗口的延遲、進度控制壓力增大，并可能影響關(guān)鍵路徑。提前做好低水位的演練工作；提前安排好歷次大修中有經(jīng)驗的人員實施該工作，確保歷次大修的經(jīng)驗反饋到位，確保按計劃順利實施建立和退出低水位運行操作。低水位期間主要涉及主系統(tǒng)低水位運行與機組熱阱相關(guān)系統(tǒng)的開口工作。維修人員在執(zhí)行一回路開口工作時，除進行風(fēng)險評估及重水泄漏時的事故預(yù)想外，應(yīng)按照熱阱管理細(xì)則的要求提前準(zhǔn)備和配置應(yīng)急封堵工器具、應(yīng)急文件和應(yīng)急通訊設(shè)施以及應(yīng)急待命人員。明確應(yīng)急待命人員正常待命期間的管理要求和應(yīng)急啟動后的執(zhí)行管理要求；現(xiàn)場需要做好系統(tǒng)開口工作管理，同時確保有足夠的應(yīng)急待命人員；低水位運行期間，當(dāng)班主控室運行人員應(yīng)了解和熟悉單臺停冷泵故障后的處理措施。通過以上的防范措施，有效降低風(fēng)險。

4.2 系統(tǒng)開口管理

在承擔(dān)機組熱阱功能的系統(tǒng)上實施的開口計入系統(tǒng)開口管理，系統(tǒng)開口因破壞了系統(tǒng)的完整性而嚴(yán)重影響系統(tǒng)承擔(dān)熱阱功能甚至使系統(tǒng)完全喪失熱阱功能。低水位期間的開口工作主要有蒸發(fā)器一次側(cè)人孔開口、主泵機械密封更換。如果已經(jīng)采用隔離或臨時封堵等有效措施恢復(fù)了系統(tǒng)的完整性，并能夠保證系統(tǒng)執(zhí)行其原有的熱阱功能，則不再將其視為系統(tǒng)開口。比如：蒸發(fā)器一次側(cè)開口，在使用能承擔(dān)其工作壓力和溫度的蓋板進行封堵后，不再計入系統(tǒng)開口。停堆時間不同，堆芯余熱水平不同，技術(shù)規(guī)格書對備用熱阱的投入，即主系統(tǒng)開口封閉并開始充水規(guī)定了相應(yīng)的時限，時間關(guān)系對照表見表2。規(guī)定時間為主熱傳輸系統(tǒng)自失去強迫循環(huán)冷卻至完成系統(tǒng)開口封堵并開始向主熱傳輸系統(tǒng)注水的時間要求。主熱傳輸系統(tǒng)失去強迫循環(huán)冷卻是指停冷泵不能啟動或者停冷泵處于運行狀態(tài)下其熱交換器失去RCW。此規(guī)定時間同樣適用于恢復(fù)備用熱阱。大修前梳理重水系統(tǒng)開口工作，經(jīng)專業(yè)部門討論并識別出計入開口管理的工作，編制實施邏輯圖，大修期間對實施進展動態(tài)更新，嚴(yán)格按要求同一時間內(nèi)的系統(tǒng)開口數(shù)量不得超過3個，以降低應(yīng)急封堵時的總體風(fēng)險。

4.3 編制應(yīng)急方案并組織演練

任何涉及影響保證停堆狀態(tài)和熱阱有效性的檢修和運行操作，都必須按照管理程序進行風(fēng)險評估。對于主系統(tǒng)開口、涉及熱阱有效性的開口等有較高風(fēng)險的活動還要編制應(yīng)急方案，維修人員則需根據(jù)應(yīng)急方案進行事故預(yù)演并準(zhǔn)備臨時應(yīng)急措施。如果預(yù)計的主系統(tǒng)開口作業(yè)時間大于規(guī)定時間，則必須制訂應(yīng)急方案，并確保有獨立的應(yīng)急人員、材料、工具、通訊渠道并在工作期間連續(xù)值班待命，以保證所有開口在規(guī)定時間內(nèi)完成封堵。如果預(yù)計的系統(tǒng)開口作業(yè)時間小于規(guī)定時間，則要求系統(tǒng)開口工作連續(xù)進行，工作人員必須始終在現(xiàn)場，不得離開。蒸發(fā)器一次側(cè)開人孔前，組織工作人員在模擬體上進行應(yīng)急封堵演練。

4.4 開發(fā)應(yīng)急運行規(guī)程并組織演練

根據(jù)大修期間機組狀態(tài)，對有可能發(fā)生嚴(yán)重影響熱阱及堆芯冷卻的事故進行排序，針對主系統(tǒng)低水位運行這一特殊工況，編制了“低水位工況下失去一臺停冷泵后重新建立堆芯冷卻”的異常運行規(guī)程。為了使操縱員熟悉掌握機組大修期間可能發(fā)生的預(yù)期事故處理流程，大修前組織主控室操縱員在模擬機上進行演練，演練內(nèi)容除了應(yīng)急事故處理，還包括一些不經(jīng)常進行的建立低水位操作。

4.5 建立低水位采用大修指令控制

建立主系統(tǒng)低水位的釋放采用大修管理指令的形式進行控制，確保相關(guān)工作經(jīng)過核實確認(rèn)都已完成，確保風(fēng)險處于受控狀態(tài)。當(dāng)班值長只有拿到大修管理指令后才能下令進行相應(yīng)的操作。釋放建立主系統(tǒng)低水位控制點時，運行部門需確認(rèn)建立主系統(tǒng)低水位運行必須投用的系統(tǒng)已投入運行，導(dǎo)致正常熱阱、備用熱阱和應(yīng)急熱阱不可用的工作票已終結(jié)或停止；維修部門完成低水位前需要完成的大修工作，并經(jīng)大修管理部門簽字確認(rèn)；核安全部門獨立審查確認(rèn)低水位運行期間熱阱相關(guān)的系統(tǒng)滿足《機組大修核安全管理細(xì)則》要求，最終由大修執(zhí)行指揮簽發(fā)大修管理指令釋放控制點。

4.6 重大專項采用項目組的方式運作

對于接口或者交叉部門較多的重要工作成立項目組，如低水位期間實施的主泵電機更換、蒸汽發(fā)生器渦流檢查、重要閥門檢修。專項組大修準(zhǔn)備階段就成立，負(fù)責(zé)大修準(zhǔn)備、實施，直至大修后總結(jié)，按照項目管理的方式運作。專項實施不僅有利于保證責(zé)任的落實以及提高大修期間的實施效率，更為重要的是由于采用專項組的形式，準(zhǔn)備會更加充分，實施過程人員相對固定，能實時掌握現(xiàn)場檢修工作的執(zhí)行情況，更加有利于大修期間的風(fēng)險管控，促進大修工作的順利開展。

5 結(jié)語

秦山三廠至今已累計完成16次機組大修，大修工期控制良好，對低水位檢修的核安全風(fēng)險管控到位，從未發(fā)生影響核安全的運行事件。實踐證明，這些風(fēng)險管理措施是行之有效的。后續(xù)通過停堆低功率概率安全分析，不斷優(yōu)化大修計劃，借鑒國內(nèi)外同行的良好實踐經(jīng)驗，進而完善大修期間的核安全管理手段和方法，使大修期間的核安全風(fēng)險得到更好的管控。

參考文獻

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