核電廠失水事故大LOCA處理策略分析

張志強(qiáng)

摘要：本文通過(guò)對(duì)失水事故LOCA的物理機(jī)制，大LOCA主要演變過(guò)程的的分析，結(jié)合大LOCA時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)事故規(guī)程EOP體系中處理大LOCA的事故策略進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：失水事故；LOCA；事故規(guī)程處理策略

一、物理機(jī)制

失水事故LOCA定義為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)管道或與系統(tǒng)連接的在第一個(gè)隔離閥以內(nèi)的任一管線的破裂。

破口的原因可能為：一回路一根管道或輔助系統(tǒng)（RCV RRA）的管道破裂；系統(tǒng)上的一個(gè)閥門意外打開或不能關(guān)；泵的軸封或閥桿泄漏；一根管道完全斷裂；破裂。

因?yàn)槭鹿实暮蠊S破口的大小、位置和系統(tǒng)的初始狀態(tài)的不同而有明顯的不同，這里主要針對(duì)大破口介紹：

大破口—當(dāng)量直徑>345mm直到最大的一回路管道的雙端剪切斷裂，PZR壓力迅速下降直至等于安全殼內(nèi)的壓力，由于大量的質(zhì)量和能量釋放到安全殼內(nèi)，安全殼內(nèi)的壓力和溫度將升高，SG的壓力同時(shí)也將逐漸下降。當(dāng)PZR壓力為低和低—低時(shí)，將分別自動(dòng)啟動(dòng)緊急停堆和安注。

二、大破口LOCA的主要演變過(guò)程

（一）降壓的力學(xué)影響

（1）降壓波在回路中的傳播。（2）主泵超速：下游出現(xiàn)大破口時(shí)，由于主泵的出口處壓力突然下降，這臺(tái)主泵就會(huì)超速運(yùn)轉(zhuǎn)。上游出現(xiàn)大破口時(shí)，泵內(nèi)的流動(dòng)將反向，轉(zhuǎn)動(dòng)也換向。在這種情況下，主泵轉(zhuǎn)飛輪的慣性很重要，它的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮能抗拒這種作用。（3）控制驅(qū)動(dòng)棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、堆內(nèi)構(gòu)件、壓力容器、一回路的支撐件在設(shè)計(jì)中均要考慮接受這種沖擊。

（二）熱工水力的影響

一般的熱工水力過(guò)程分為：一回路快速降壓、排空；堆芯再淹沒(méi)；燃料棒再浸濕。

（三）點(diǎn)考慮燃料和安全殼。

對(duì)于燃料棒，有如下方面要考慮：溫度的變化；包殼的機(jī)械特征；鎬—水反應(yīng)。

（四）對(duì)于安全殼，有如下方面要考慮

間隔的壓力上升；安全殼內(nèi)的壓力上升；壓力殼坑的壓力上升；熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力；安全殼內(nèi)的氫氣。

三、風(fēng)險(xiǎn)分析

LOCA失水事故至少使第二道屏障暫時(shí)失去完整性，并對(duì)其它兩道屏障和一回路部件及其支撐構(gòu)件產(chǎn)生危險(xiǎn)，主要有以下三個(gè)方面的危險(xiǎn)：包殼—發(fā)生DNB及鋯水反應(yīng)；安全殼—溫度壓力升高及氫爆；一回路—降壓波及流體噴射的沖擊。

四、采取的措施

設(shè)計(jì)階段，考慮到一回路破口形成的沖擊，一回路是按以下4個(gè)基本準(zhǔn)則來(lái)設(shè)計(jì)：某一環(huán)路的主管道破裂不應(yīng)導(dǎo)致另一環(huán)路的主管道破裂；某一環(huán)路的某一段破裂不應(yīng)導(dǎo)致同一環(huán)路的另一段破裂；一回路管道破裂不應(yīng)導(dǎo)致二回路管道破裂；一回路管道破裂不應(yīng)導(dǎo)致一回路設(shè)備的損壞。

自動(dòng)保護(hù)要達(dá)到以下目的：停止產(chǎn)生核功率（事故緊急停堆）；當(dāng)堆芯出現(xiàn)失水危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)避免或限制堆芯失水（安注）；壓力容器下封頭再充水和堆芯再淹沒(méi)（安注）；限制安全殼內(nèi)壓力峰值，特別是限制溫度升高（安全殼噴淋）；禁止放射性釋放到安全殼外（安全殼隔離）。

手動(dòng)保護(hù)達(dá)到以下目的：為保證安全殼的密封性，在一定條件下手動(dòng)啟動(dòng)EAS噴淋；堆芯長(zhǎng)期冷卻的建立需要冷、熱端的安注轉(zhuǎn)換；RRA連接時(shí)的破口處理可能手動(dòng)啟動(dòng)低壓安注。

五、大LOCA失水后事故規(guī)程處理策略

規(guī)程處理的目的是在大破口失水事故時(shí)使堆芯獲得冷卻，保證安全殼的完整和冷卻。由冷卻劑喪失引起的反應(yīng)堆冷卻劑卸壓將觸發(fā)反應(yīng)堆停堆和安全注射系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，這個(gè)事件的結(jié)果是高壓安注泵和低壓安注泵把PTR水箱中的水注入冷段（直接注入階段）。當(dāng)PTR水箱中水排空后，低壓安注泵從地坑吸水，地坑中的水由安全殼噴淋系統(tǒng)（EAS）熱交換器冷卻。低壓安注泵把地坑水注入冷段并為高壓安注泵增壓，高壓安注泵也把地坑水注入冷段（冷段再循環(huán)階段）。稍長(zhǎng)一段時(shí)間后，由于在堆芯可能析出硼和地坑中硼濃度的減小，要求轉(zhuǎn)入熱段注入。因此最終的運(yùn)行模式是冷熱段同時(shí)注入再循環(huán)，低壓安注泵從地坑吸水、注入冷段和熱段并為高壓安注泵增壓，高壓安注泵同樣把地坑水注入冷段和熱段。同時(shí)，安全殼噴淋系統(tǒng)也可能投入運(yùn)行使安全殼內(nèi)的溫度、壓力保持在可接受的范圍內(nèi)，從而保證安全殼的完整性。如果安全殼噴淋系統(tǒng)沒(méi)有在安全殼壓力高4信號(hào)下自動(dòng)啟動(dòng)，運(yùn)行人員就必須連續(xù)監(jiān)視安全殼穹頂?shù)臏囟?，?dāng)該溫度超過(guò)閾值時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)安全殼噴淋系統(tǒng)。

六、結(jié)論

對(duì)于現(xiàn)有的EOP規(guī)程體系，針對(duì)大LOCA事故的處理可以起到緩解事故后果，使堆芯冷卻，保證安全殼的完整性和冷卻的作用。但是存在一定的不足，比如未考慮疊加事故時(shí)的處理策略及與其他事故處理策略的銜接問(wèn)題，這個(gè)是需要在事故規(guī)程優(yōu)化中需要考慮的問(wèn)題。