M310及改進型機組運行階段共性問題研究

王婭琦，陶書生，李世欣，尹寶娟，趙 力，張澤宇

(環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082)

M310及改進型機組運行階段共性問題研究

王婭琦，陶書生，李世欣，尹寶娟，趙 力，張澤宇

(環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082)

M310及改進型機組在我國運行核電機組中占有重要比例，對其共性問題進行總結(jié)和梳理不僅有助于提高已建成核電廠的安全運行水平，也可對今后核電廠的設(shè)計、建造、運行提供幫助和指導(dǎo)。本文列出六條M310型機組共性問題的篩選準(zhǔn)則，梳理出M310型核電廠設(shè)計類和運行類共性問題共46項，并給出了這些問題存在的方面和系統(tǒng)。對M310型機組的共性問題進行總結(jié)為核電廠的運行和監(jiān)管提供有益的參考。

M310機組；共性問題；核電機組

截至2016年3月31日，我國運行的核電機組已有31臺。其中，絕大部分是壓水堆堆型，而在這些壓水堆中，大部分是M310機組及其改進型。從最早引進的大亞灣1、2號機組到現(xiàn)在，改進型機組在我國已有20多年運行歷史，積累了豐富的運行經(jīng)驗。

在長期的運行經(jīng)驗積累中也發(fā)現(xiàn)了M310型機組存在的諸多共性問題。這些問題不僅涉及技術(shù)規(guī)格書的不合理規(guī)定，如PTR乏燃料水池要求在凈化期間也不能中斷冷卻；也涉及不合理的設(shè)計導(dǎo)致運行階段安裝、維修困難；還包括在運行中發(fā)現(xiàn)的設(shè)計時未曾考慮的系統(tǒng)間相互作用導(dǎo)致的缺陷等。這些共性問題普遍存在于M310型機組及其改進型機組中，其中一些已經(jīng)找到完善的解決方案并在實施，也有一些在搜集、分析之中。共性問題的識別和解決不僅有助于提高已建成核電廠的安全運行水平，也可對今后核電廠的設(shè)計、建造、運行提供幫助和指導(dǎo)。

本文旨在通過建立M310型機組共性問題的篩選準(zhǔn)則，梳理出M310及改進型機組存在的共性問題，并對其進行分類統(tǒng)計和分析，給后續(xù)M310機組共性問題研究提供依據(jù)和參考。從經(jīng)驗反饋的角度來看，對共性問題的識別分析并反饋有關(guān)單位，將有助于促進國內(nèi)核電廠經(jīng)驗交流共享，從而提升核安全水平。

1 M310型機組共性問題篩選準(zhǔn)則

根據(jù)相關(guān)審評和研究經(jīng)驗以及與運行核電廠的深入溝通，確定篩選M310共性問題如下準(zhǔn)則：

1) 執(zhí)照文件中沒有明確說明的核電廠實際運行中的特殊情況。例如，技術(shù)規(guī)格書中要求在任何模式下不能中斷乏燃料水池冷卻，但在反應(yīng)堆和乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)(PTR)凈化期間必須中斷乏燃料水池冷卻的問題;冷卻劑流量超差問題。

2) 在核電廠運行階段發(fā)現(xiàn)的與始發(fā)事件和緩解系統(tǒng)相關(guān)的不符合國家核安全局認可的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的問題。

3) 運行核電廠在運行階段發(fā)現(xiàn)的潛在或?qū)嶋H導(dǎo)致始發(fā)事件發(fā)生或緩解系統(tǒng)失效的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件方面的缺陷。例如，鍋爐效應(yīng)是指加熱處于關(guān)閉狀態(tài)的閘閥上部閥腔空間內(nèi)的介質(zhì)，使閥腔壓力異常升高，會使得閥板同時與兩個閥座緊密接觸，這樣閘閥實際需求的開啟力矩大于其電動頭的設(shè)計值，嚴重情況下，這一壓力升高可能超出閘閥的設(shè)計壓力，從而使得閘閥無法開啟或閘板出現(xiàn)變形而不能保證其密封性。

4) 運行核電廠中會潛在或?qū)嶋H導(dǎo)致始發(fā)事件發(fā)生或緩解系統(tǒng)失效的標(biāo)識、人機界面等問題。

5) 在核電廠運行階段發(fā)現(xiàn)的與設(shè)備相關(guān)的安裝錯誤或布置不合理導(dǎo)致影響維修、運行和檢查的情況。例如，國內(nèi)多個M310改進型機組電廠均發(fā)生了EUF入口臨時盲板試驗后未拆除，影響EUF系統(tǒng)事故工況下安全功能的實現(xiàn)，違反了技術(shù)規(guī)范的要求；安全注入系統(tǒng)(RIS)閥門066/069VP存在維修需要拆除周圍樓板的問題。

6) 外部自然環(huán)境例如氣溫、水溫、惡劣天氣引起運行核電廠的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件產(chǎn)生缺陷的問題。比如，全球氣溫升高以及惡劣氣候的變化，電廠冷源取水的水溫升高，導(dǎo)致重要廠用水系統(tǒng)(SEC)的設(shè)計最高溫度限值可能被突破，從而潛在影響機組的安全。

2 M310型機組共性問題分類[1]

M310型機組的共性問題可分為兩大類，一類是設(shè)計共性問題，另一類是運行共性問題。

2.1 設(shè)計共性問題

(1) 總體問題

(2) 堆芯

(3) 部件完整性

(4) 一回路及其相連系統(tǒng)

(5) 安全系統(tǒng)

(6) 電氣和其他支持系統(tǒng)

(7) 儀表和控制系統(tǒng)

(8) 安全殼和其他構(gòu)筑物

(9) 內(nèi)部危害

(10) 外部危害

(11) 事故分析

2.2 運行共性問題

(1) 管理

(2) 運行

(3) 試驗和維修

(4) 培訓(xùn)

(5) 應(yīng)急準(zhǔn)備(包括實物保護)

(6) 輻射防護

(7) 燃料貯存

(8) 廢物管理

2.3 共性問題的發(fā)現(xiàn)來源

(1) 運行經(jīng)驗

(2) 與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和實踐的偏差

(3) 確定論或者概率論識別出的潛在薄弱環(huán)節(jié)

3 M310型機組共性問題統(tǒng)計

3.1 共性問題統(tǒng)計

結(jié)合國外機構(gòu)對共性問題的研究成果[1]和電廠的實際調(diào)研情況，確定了M310型機組共性問題的篩選準(zhǔn)則和分類方法，根據(jù)上述篩選準(zhǔn)則和分類方法，初步梳理了國內(nèi)M310運行核電廠的共性問題，并考慮國外核電廠運行共性問題的適用性，得出了M310核電廠運行階段共性問題46項。值得說明的是，本文梳理的主要是核電廠發(fā)生的事件和定期安全審查糾正行動中存在的問題，而不涉及應(yīng)急、安保等其他領(lǐng)域。表1給出了設(shè)計類共性問題23項，從問題存在的系統(tǒng)和方面看，安全系統(tǒng)的占比最大，約27%，一回路及相關(guān)系統(tǒng)和事故分析次之。從問題的來源看確定論或概率論分析的潛在薄弱環(huán)節(jié)和運行經(jīng)驗是識別共性問題的主要途徑。表2給出了運行共性問題23項，試驗和維修以及管理是這些問題存在的主要方面，且運行經(jīng)驗和與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的差異在問題來源中的占比較重。

表1 設(shè)計共性問題統(tǒng)計表

表2 運行共性問題統(tǒng)計表

3.2 共性問題舉例

“鍋爐效應(yīng)”是一個M310機組存在的設(shè)計上的共性問題，問題來源是運行經(jīng)驗。

“鍋爐效應(yīng)”是指加熱處于關(guān)閉狀態(tài)的閘閥上部閥腔空間內(nèi)的介質(zhì)，使閥腔壓力異常升高，會使得閥板同時與兩個閥座緊密接觸，這樣閘閥實際需求的開啟力矩大于其電動頭的設(shè)計值，嚴重情況下，這一壓力升高可能超出閘閥的設(shè)計壓力，從而使得閘閥無法開啟或閘板出現(xiàn)變形而不能保證其密封性(見圖1)。[2]

圖1 鍋爐效應(yīng)原理示意圖Fig.1 the principle of boiler effect

每個M310及改進型機組有11個閘閥受鍋爐效應(yīng)影響而無法開啟或密封性得不到保證：即核島冷凍水系統(tǒng)安全殼內(nèi)側(cè)電動隔離閥(DEG 044VD)；反應(yīng)堆和乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)安全殼內(nèi)側(cè)排水手動隔離閥(PTRl45VB)；余熱排出系統(tǒng)(RRA)與乏燃料水池冷卻和處理(PTR)系統(tǒng)安全殼內(nèi)側(cè)連通手動隔離閥(PTR 022VB)[3]；余熱排出系統(tǒng)出口電動隔離閥(RRA 014VP和RRA015VP)；冷端高壓安全注水安全殼外側(cè)電動隔離閥(RIS020VP)；安全注入系統(tǒng)熱端低壓安全注水安全殼外側(cè)電動隔離閥(RIS063VP和RIS064VP)；化學(xué)容積控制系統(tǒng)上充管線安全殼外側(cè)電動隔離閥(RCV048VP)；安全殼內(nèi)的化學(xué)容積控制系統(tǒng)上充管線電動隔離閥(RCV050VP)；化學(xué)容積控制系統(tǒng)主泵密封回流安全殼內(nèi)側(cè)電動隔離閥(RCV088VP)。

針對“鍋爐效應(yīng)”共性問題，法國28個M310改進型機組中已有26個實施了改進。南非Koeberg核電廠分別于2005年和2006年完成了鍋爐效應(yīng)的改造。

國內(nèi)某核電廠在2002年及2004年，乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)PTR022VB曾因鍋爐效應(yīng)使得閘板產(chǎn)生嚴重變形，導(dǎo)致其喪失密封性而且手動開啟非常困難。對此，該核電廠開展了相關(guān)分析并進行了改造。改進流程分為五步：a)第一步，甄別需改進閘板閥；b)第二步，確定需改進的閥門類型； c)第三步，根據(jù)閥門的實際功能，確定潛在需改進的閥門；d)第四步，結(jié)合概率安全分析和技術(shù)經(jīng)濟分析最終確定所需改進的閥門；e)第五步，實施改進，基本原理是將閥門的閥腔卸壓，使得閥腔內(nèi)的壓力恢復(fù)至閥門高壓側(cè)的壓力。

4 結(jié)束語

核電機組共性問題的發(fā)生和發(fā)現(xiàn)都需要一個相對長的時間，隨著核電廠運行時間的增長，共性問題的潛在風(fēng)險會增加。本文建立的M310及改進型機組運行階段共性問題的篩選準(zhǔn)則，可為搜集已有及今后的M310機組共性問題提供標(biāo)準(zhǔn)，有助于監(jiān)管當(dāng)局、核電廠及相關(guān)單位對共性問題的識別和梳理。加強共性問題的研究和監(jiān)督，做好預(yù)防，出現(xiàn)共性問題后，根據(jù)準(zhǔn)則分類處理，及時做好解決方案和經(jīng)驗反饋，將提高核安全水平。

此外，本文識別出中國核電業(yè)界M310及改進型機組存在的46個共性問題，對確定監(jiān)管重點、核電廠定期安全評價有積極的作用，是核電廠運行和監(jiān)管不可多得的資料和參考。

[1] IAEA. IAEA-TECDOC-1044, Generic safety issues for nuclear power plants with light water reactors and measures taken for their resolution [R]. Vienna, Austria, 1998.

[2] 依巖. 試論核電廠閘閥的鍋爐效應(yīng)現(xiàn)象[J].核安全，2010,2:58-62.

[3] 王安.大亞灣核電站閘閥鍋爐效應(yīng)狀況及其改進[J]. 核動力工程, 2006,27(4):64-67.

GenericSafetyIssuesforOperatingNuclearPowerPlantsofM310anditsAdvancedDesign

WANGYa-qi，TAOShu-sheng，LIShi-xin,YINBao-juan，ZHAOLi,ZHANGZe-yu

(Nuclear and Radiation Safety Center, Beijing 100082, China)

The M310 and its advanced nuclear power plant design occupies an important proportion in China’s operating NPPs. The summarizing and analyzing of the generic safety issues of M310 contributes to improve the safety operation level of operating NPPs. Furthermore, it will provide the guide for the NPPs’ design, construction, and operation hereafter. This paper lists 6 screening rules of the generic issues of M310, and presents 46 kinds of designing and operating generic issues and gives the existing aspects of the issues . The analysis and discussion of M310 and its advanced design NPP give the beneficial reference for the NPP operation and regulation.

M310 unit；generic safety issues, nuclear power plant

2017-03-20

王婭琦 (1987—)，女，河北人，工程師，碩士，現(xiàn)主要從事核安全審評

趙 力：zhaoli@chinansc.cn

TL48

A

0258-0918(2017)06-0902-06