方家山核電機(jī)組防誤稀釋分析

譚正　林志亮

【摘 要】根據(jù)國外同行運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋和事故分析結(jié)果，M310堆型原有設(shè)計(jì)中存在發(fā)生意外硼稀釋而導(dǎo)致堆芯熔化的潛在風(fēng)險(xiǎn)。核電廠誤稀釋事故發(fā)生頻率較高且一旦發(fā)生造成的安全后果比較嚴(yán)重，方家山核電機(jī)組在設(shè)計(jì)方面考慮了誤稀釋的風(fēng)險(xiǎn)，并對這些風(fēng)險(xiǎn)采取了相應(yīng)的措施。本文針對各種可能導(dǎo)致誤稀釋事故的原因以及方家山核電機(jī)組所采取的防誤稀釋措施進(jìn)行了簡要的分析和論述。

【關(guān)鍵字】誤稀釋；ADP；快稀釋；慢稀釋；行政隔離

中圖分類號： F426.23；F426.61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0124-003

Mistakenly Dilution Of Fangjia Shan Nclear Power Plant

TAN Zheng LIN Zhi-liang

（CNNP Xiapu Nuclear Power CO.，Ltd.Ningde Fujian Province，Ningde Fujian 352000，China）

【Abstract】According to the operating experience feedback and accident analysis results from foreign counterparts， M310 type of reactor accidents exists in the original design of boron dilution leads the potential risk of a core melt. The accident frequency of misuse dilution is higher happens on nuclear power plant， and will cause the serious safety consequences. Fangjia Shan nuclear power plant considers the risk of misuse dilution in the design， and takes the appropriate measures for these risks. This thesis briefly analyse and discuss the probably causes of the diluted accident and the measures of Fangjia Shan nuclear power plant will take to prevent misuse.

【Key words】Mistakenly dilution； ADP； Rapid dilution； Slow dilution； Administrative segregation

1 背景介紹

根據(jù)法國核電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋和PSA分析，原有設(shè)計(jì)中存在著發(fā)生意外硼稀釋而導(dǎo)致堆芯熔化的潛在風(fēng)險(xiǎn)。其假設(shè)條件為：

當(dāng)廠變突然失電時(shí)，反應(yīng)堆冷卻劑泵停運(yùn)，一回路強(qiáng)迫循環(huán)喪失，而由應(yīng)急廠用設(shè)備母線LHA/B供電的RCV上充泵和REA泵仍可繼續(xù)運(yùn)行。此時(shí)，如果稀釋未停止或進(jìn)行稀釋操作，就會(huì)因自然循環(huán)能力不足而在上充管線進(jìn)入一回路的入口處形成低硼濃度的“水塞”又稱“水團(tuán)” ，同時(shí)隨主泵軸封水的注入，也會(huì)在主泵泵殼內(nèi)積聚低硼水。當(dāng)外電源恢復(fù)，重新啟動(dòng)反應(yīng)堆冷卻劑泵時(shí)，就會(huì)將這些低硼水推入堆芯，從而快速引入正反應(yīng)性，有可能造成反應(yīng)堆超臨界。為防止上述情況的發(fā)生，增加了防止快稀釋反應(yīng)性事故的保護(hù)措施。

在反應(yīng)堆停堆狀態(tài)下，若由于某些設(shè)備，如熱交換器傳熱管破裂（RCV熱交換器、主泵軸封水高壓冷卻器）和含低硼水或清水系統(tǒng)與一回路連接的閥門等泄漏，導(dǎo)致低硼水或清水進(jìn)入一回路，緩慢地稀釋了反應(yīng)堆冷卻劑硼濃度，向堆芯引入了正反應(yīng)性，使反應(yīng)堆重返臨界。為防止上述情況的發(fā)生，增加了防止慢稀釋反應(yīng)性事故的保護(hù)措施。

2 防誤稀釋的改進(jìn)措施

為了防止安全屏障被破壞，保證反應(yīng)堆安全，針對上述兩種假設(shè)條件，方家山核電機(jī)組吸取國內(nèi)外同行的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，分別增加了防止快稀釋和慢稀釋的改進(jìn)措施。

2.1 防快稀釋措施

2.1.1 控制邏輯方面：

1）建立一個(gè)防誤稀釋保護(hù)信號ADP（Anti-Dilution Protection）

已經(jīng)進(jìn)行的反應(yīng)性事故研究表明：在一回路主泵停運(yùn)的運(yùn)行工況下，如果有一體積為硼濃度非常低的水和/或以m3數(shù)量級的冷水進(jìn)入一回路的話，反應(yīng)堆堆芯的后果將非常嚴(yán)重。所以，當(dāng)以下3個(gè)信號同時(shí)存在時(shí)，產(chǎn)生ADP信號：

（1）RCP自然循環(huán)流量低──取自功率量程通道的P16信號。

該信號由功率量程通道的P16信號加延時(shí)而產(chǎn)生。其產(chǎn)生的機(jī)理是一回路的自然循環(huán)流量與反應(yīng)堆的衰變熱成正比。當(dāng)反應(yīng)堆從高功率狀態(tài)下停堆后，在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，其衰變熱維持在一個(gè)較高的水平，自然循環(huán)流量也相對較高。在經(jīng)歷了一段時(shí)間的衰變后，自然循環(huán)能力減弱。當(dāng)反應(yīng)堆從低功率水平向高功率水平過渡后，在功率水平到達(dá)一定水平并維持一段時(shí)間后，其停堆后的衰變熱才能達(dá)到一定的水平。因此：

當(dāng)反應(yīng)堆功率降低到P16以下時(shí)，延時(shí)T1（5h37min）發(fā)出保護(hù)信號（如果功率降至P16以下，且在5h37min鐘以內(nèi)重新恢復(fù)功率至P16以上，則立即出發(fā)失去自然循環(huán)信號）；

當(dāng)功率提升到高于P16時(shí)，延時(shí)T2切斷保護(hù)信號。設(shè)定值為46h26min（第一循環(huán)除外），第一循環(huán)為88h32min。

（2）RCP強(qiáng)迫循環(huán)喪失──該信號取自RPR系統(tǒng)三個(gè)環(huán)路同時(shí)存在流量低信號或主泵停運(yùn)信號。

（3）RRA未與RCP連接──該信號取自RRA/RCP吸入端隔離閥關(guān)閉位置限位開關(guān)（A列：RCP212VP或RRA001VP全關(guān)；B列：RCP215VP或RRA021VP全關(guān)）。

當(dāng)RRA連接時(shí)，這個(gè)保護(hù)被閉鎖，因?yàn)椴还苁Ｓ嘤酂岫嗌伲匀谎h(huán)流量都不能均勻一回路，并且RRA連接之后可以利用RRA泵對主系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)迫循環(huán)。

當(dāng)ADP信號生效時(shí)自動(dòng)將RCV上充泵吸入口從容控箱切換到換料水箱。自動(dòng)切換10min后，操縱員可以手動(dòng)將上充泵入口切回容控箱，以免一回路被過分硼化。

2）RCP強(qiáng)迫循環(huán)喪失或RRA與RCP連接時(shí)，禁止稀釋

如果一回路失去強(qiáng)迫循環(huán)（喪失強(qiáng)迫循環(huán)信號請見圖2）或RRA接入（因?yàn)镽RA的流動(dòng)對RCP自然循環(huán)是起阻礙作用的），就不能保證補(bǔ)水與一回路水的混合，會(huì)在上充管線進(jìn)入一回路的入口處和主泵的軸封注入處形成水團(tuán)。

為防止在此情況下重新啟動(dòng)主泵對一回路造成快稀釋，設(shè)置了自動(dòng)保護(hù)信號：

（1）當(dāng)RRA連接到RCP或者一回路失去強(qiáng)迫循環(huán)且正在進(jìn)行稀釋操作時(shí)，觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，停止并禁止稀釋或手/自動(dòng)補(bǔ)給；

（2）當(dāng)RRA連接到RCP時(shí)，由于手/自動(dòng)補(bǔ)給造成補(bǔ)給硼濃度不正常，此時(shí)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，停止并禁止稀釋或手/自動(dòng)補(bǔ)給。

3）控制注入一回路的硼濃度

為了防止REA補(bǔ)給水硼濃度過低或異常，方家山核電機(jī)組設(shè)置了補(bǔ)給水硼濃度低報(bào)警，如圖4所示：當(dāng)一回路的補(bǔ)給水硼濃度低于2000ppm時(shí)，若計(jì)算的補(bǔ)給水硼濃度比一回路硼濃度低200ppm，同時(shí)REA系統(tǒng)處于補(bǔ)給工作狀態(tài)，則發(fā)出補(bǔ)給水硼濃度低報(bào)警REA509KA。如果同時(shí)RRA處于接入到RCP的狀態(tài)，則停止并禁止補(bǔ)水。

4）TEP返回容控箱管線在RCP強(qiáng)迫循環(huán)喪失時(shí)關(guān)閉

一回路失去強(qiáng)迫循環(huán)（失去強(qiáng)迫循環(huán)信號請見圖2）時(shí)，不論RRA系統(tǒng)在什么狀態(tài)下，TEP除氣系統(tǒng)返回RCV管線的閥門1TEP053VP/2TEP054VP自動(dòng)隔離，同時(shí)RCV030VP在自動(dòng)模式下運(yùn)行。

5）短周期報(bào)警

在中間量程中子通量測量柜中設(shè)置了一個(gè)閾值，在中子通量倍增時(shí)間小于18s時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，同時(shí)產(chǎn)生C1信號閉鎖控制棒的提升。

2.1.2 設(shè)備系統(tǒng)方面

保持RRA系統(tǒng)在2100ppm硼水加壓下，即當(dāng)RRA系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，RRA泵入口連接到乏燃料水池，當(dāng)PTR001BA打循環(huán)時(shí)，RRA泵入口連接到PTR001BA，RRA系統(tǒng)始終由硼濃度為2200±100ppm的硼水使其保持滿水狀態(tài)。

2.2 防慢稀釋措施

為了防止慢速反應(yīng)性事故，在源量程中子通量高緊急停堆信號生效時(shí)，產(chǎn)生如下自動(dòng)動(dòng)作：

A列：開啟RIS012VP，然后關(guān)閉RCV033VP和RCV376VP

B列：開啟RIS013VP，然后關(guān)閉RCV034VP和RCV375VP

為防止一回路被過份硼化，在RPR側(cè)設(shè)置了一個(gè)1min的延時(shí)繼電器。在上充泵吸入口從容控箱切換到換料水箱1min后，發(fā)出一指示燈信號，此時(shí)操縱員手動(dòng)將上充泵吸入口切回容控箱。

3 防誤稀釋個(gè)人小建議

方家山核電機(jī)組防誤稀釋的技術(shù)措施、運(yùn)行措施、管理措施都已經(jīng)很全面到位，筆者才疏學(xué)淺，不能提出什么全面系統(tǒng)的改進(jìn)措施，僅從以下方面提幾個(gè)小建議：

（1）裝設(shè)防水棚。為了防止火災(zāi)時(shí)在乏燃料廠房使用消防水導(dǎo)致乏燃料水池硼稀釋，同時(shí)又解決在乏燃料廠房發(fā)生火災(zāi)時(shí)不得不使用消防水的情況，我們可以在在乏燃料水池周圍設(shè)置導(dǎo)水槽，在乏燃料水池上方安裝可移動(dòng)（或者收合）防水棚， 使得灑落在乏燃料水池上方的消防水落在防水棚上面，再通過導(dǎo)水槽流進(jìn)指定容器。同時(shí)，防水棚還可以起到防異物掉落到乏燃料水池中，取到防異物的作用，在要進(jìn)行燃料操作時(shí)再將防水棚移走。

（2）操作票 “稀釋風(fēng)險(xiǎn)“提示。在操作票風(fēng)險(xiǎn)分析中設(shè)立專門的“稀釋風(fēng)險(xiǎn)“提示項(xiàng)，從而給隔離經(jīng)理、操縱員及現(xiàn)場操作人員給出提示和警示，多重保護(hù)減少人因失誤。

（3）閥門標(biāo)牌標(biāo)注。對于那些連接兩個(gè)不同的系統(tǒng)，而這兩個(gè)系統(tǒng)中的硼濃度又存在不相等情況的閥門，在閥門標(biāo)牌中做出專門的“稀釋”標(biāo)注，從而提示操作者在開啟閥門前要清楚閥門兩側(cè)硼濃度情況，考慮防誤稀釋的問題。

（4）大修清水源隔離。換料大修時(shí)，隔離所有硼濃度在2100ppm以下的清水源，如果需要使用這些水源，必須提出專門申請，經(jīng)批準(zhǔn)之后才能解除隔離，使用完后重新隔離。

（5）SG一二次側(cè)壓差報(bào)警。為了防止二回路的清水通過SG進(jìn)入一回路，導(dǎo)致一回路硼稀釋，可以設(shè)置專門的壓差報(bào)警，當(dāng)一二次側(cè)壓差小于一定值時(shí)發(fā)出報(bào)警。由于方家山核電機(jī)組采用DCS，所有要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能比較容易，但對于防誤稀釋的卻可以取到一定的效果。

4 結(jié)語

發(fā)生誤稀釋事故的原因有很多，且在換料停堆到滿功率運(yùn)行期間的所有工況下都有可能發(fā)生，并可能形成比較嚴(yán)重的后果。雖然方家山核電機(jī)組采用了有各種不同措施來防止發(fā)生防硼誤稀釋事故，在設(shè)計(jì)中不但保留了常規(guī)壓水堆核電站防硼誤稀釋的手段，并且針對法國核電站運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)反饋在設(shè)計(jì)中加入了很多改進(jìn)措施。但是，作為運(yùn)行人員特別是操縱員，仍然應(yīng)該保持足夠的警惕，實(shí)際工作中加強(qiáng)此類事故的學(xué)習(xí)，實(shí)際工作中嚴(yán)格按規(guī)程辦事，嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行技術(shù)規(guī)范和規(guī)程中的各項(xiàng)措施和要求，加強(qiáng)防范，確保方家山核電機(jī)組投運(yùn)后安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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