失去重要廠用水的事故分析反冷及改進(jìn)措施

劉慧銀

【摘 要】重要廠用水對(duì)核電廠至關(guān)重要，核電廠若失去重要廠用水，就相當(dāng)于失去最終熱阱，設(shè)冷水系統(tǒng)將無(wú)法帶走用戶熱量，將嚴(yán)重威脅核電廠的安全，本論文將對(duì)失去廠用水進(jìn)行事故分析以及如何減輕該事故的后果。

【關(guān)鍵字】核電;廠用水;熱量;失去

中圖分類號(hào)： TL36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）03-0178-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.073

An accident analysis of the loss of seawater

（Reverse cooling and improvement measures）

LIU Hui-yin

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

【Abstract】Important plant water is very important for nuclear power plant. Nuclear power plant if the loss of important plant water，is equivalent to losing the final heat trap.Cold water system will not be able to take away the heat，Will seriously threaten the safety of nuclear power plants。This paper will analyze the loss of water in the plant and how to reduce the consequences of the accident.

【Key words】Nuclear power; Seawater; Heat quantity; Lose

0 引言

近幾年，隨著環(huán)境的變化，近海出現(xiàn)大量的水生物，易造成取水口堵塞，WANO分析了2004年以來(lái)發(fā)生的有關(guān)冷卻水取水口堵塞的44起事件，其中84%的取水口堵塞是水生物造成的（海藻、水草和其他草類、貝類、水母、蝦群、魚和其他海洋生物）。由于取水口的堵塞造成核電廠失去重要廠用水，導(dǎo)致核電廠失去最終熱阱，設(shè)冷水系統(tǒng)將無(wú)法帶走用戶熱量，致使主泵、停冷泵等重要設(shè)備無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，將嚴(yán)重威脅核電廠的安全。

1 失去重要廠用水對(duì)秦山核電的影響

對(duì)于秦山核電廠機(jī)組，外來(lái)物入侵是可能發(fā)生取水口堵塞的最重要因素，其中主要以水中雜物和海生物為主。水中雜物的始發(fā)事件主要是內(nèi)陸河流污染使水草大量生長(zhǎng)，在內(nèi)陸海道放水時(shí)進(jìn)入海面影響海水系統(tǒng)運(yùn)行。從秦山核電廠機(jī)組投入運(yùn)行后的歷史數(shù)據(jù)可見，影響機(jī)組運(yùn)行的海水中的雜物主要是水葫蘆，為南臺(tái)頭閘門放水引起。水葫蘆在水中生長(zhǎng)時(shí)間為每年5～10月，而南臺(tái)頭閘門放水時(shí)間一般在每年10月份秋雨期間，或者臺(tái)風(fēng)暴雨之后;每次放水后2～3天以后水葫蘆將到達(dá)取水口區(qū)域。夏季是水草生長(zhǎng)旺季，河道排放的大量水葫蘆和生活垃圾聚集在海邊，這些異物容易堵塞核電廠的取水口，引起循環(huán)冷卻水流量下降，造成凝汽器真空惡化，導(dǎo)致機(jī)組被迫降功率，甚至停機(jī)停堆。

2 失去重要廠用水時(shí)應(yīng)對(duì)措施

當(dāng)失去重要廠用水時(shí)，應(yīng)盡快恢復(fù)一列海水運(yùn)行，使冷卻恢復(fù)。以下為相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施：

2.1 用換料水箱水反冷設(shè)冷水

當(dāng)出現(xiàn)取水口堵塞失去重要廠用水時(shí)，為了保證機(jī)組的安全，操作人員應(yīng)通過(guò)換料水箱水來(lái)反冷設(shè)冷水。

利用換料水箱通過(guò)噴淋系統(tǒng)試驗(yàn)管線、安全殼噴淋泵和停冷熱交換器等設(shè)備來(lái)冷卻設(shè)冷水。

其原理為：噴淋泵從換料水箱吸水通過(guò)停冷熱交換器反冷設(shè)冷水，由于換料水箱中的水溫較低，反冷設(shè)冷水，再通過(guò)設(shè)冷熱交換器冷卻其他用戶。

在切除不必要的設(shè)冷水熱負(fù)荷同時(shí)，開始打通噴淋試驗(yàn)管線，啟動(dòng)噴淋泵，通過(guò)停冷熱交換器用換料水箱的水反冷設(shè)冷水。操縱員在切除不必要的熱負(fù)荷時(shí)速度要快，將設(shè)冷水熱負(fù)荷及時(shí)降至基本熱負(fù)荷（基本熱負(fù)荷工況是假設(shè)操縱員很快切除不必要的熱負(fù)荷并作好反冷準(zhǔn)備的工況，這是一種理想工況），確保反冷的成功建立。

若反冷成功，應(yīng)快速將機(jī)組通過(guò)蒸發(fā)器排氣進(jìn)行降溫降壓，冷卻堆芯，使機(jī)組處于安全狀態(tài)。

2.2 添加溶于水吸熱物質(zhì)

銨鹽，由銨根離子和酸根離子構(gòu)成的化合物，常溫常壓下是白色固態(tài)晶體，易溶于水，溶于水后大量吸熱，常見的銨鹽有硫酸銨、氯化銨、碳酸氫銨、硝酸銨等等。

當(dāng)出現(xiàn)取水口堵塞失去重要廠用水時(shí)，可以在設(shè)冷水中適當(dāng)添加銨鹽類物質(zhì)，吸收設(shè)冷水中的熱量，達(dá)到冷卻設(shè)冷水的效果。

當(dāng)失去重要廠用水時(shí)，設(shè)冷水系統(tǒng)將失去冷源，設(shè)冷水溫度會(huì)逐漸升溫，最后達(dá)不到冷卻效果，威脅反應(yīng)堆安全。設(shè)冷水系統(tǒng)有個(gè)緩蝕劑添加箱，這時(shí)可以通過(guò)緩蝕劑添加箱往設(shè)冷水添加銨鹽類物質(zhì)，銨鹽類物質(zhì)溶解于設(shè)冷水中開始吸熱，帶走設(shè)冷水的熱負(fù)荷。

由于取水口堵塞，失去廠用水的時(shí)間將會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，但銨鹽類物質(zhì)在水中的溶解度很有限的，短時(shí)間內(nèi)可以冷卻設(shè)冷水，但隨著時(shí)間的增加，當(dāng)銨鹽類物質(zhì)的溶解度達(dá)到上限時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶，無(wú)法達(dá)到吸熱的效果;另外，由于銨鹽類物質(zhì)溶于水后可能發(fā)生其他的化學(xué)反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生氨氣等氣體，若產(chǎn)生的氣體量逐漸增大，就可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)冷泵氣蝕，無(wú)法正常運(yùn)行，加劇了事故的損害程度。如何才能避免此類事情的發(fā)生呢？

當(dāng)事故發(fā)生開始添加銨鹽類物質(zhì)時(shí)，打開各熱交換器設(shè)冷水側(cè)放氣閥，始終保持有穩(wěn)定的水流流出，流出的設(shè)冷水通過(guò)除鹽水對(duì)波動(dòng)水箱進(jìn)行補(bǔ)水，以達(dá)到設(shè)冷水保持平衡狀態(tài)。通過(guò)這種方法可以達(dá)到三種效果：

（1）當(dāng)銨鹽類物質(zhì)溶于水后產(chǎn)生的氣體會(huì)通過(guò)各熱交換器放氣閥逸出，去除設(shè)冷水中的氣體，避免設(shè)冷泵出現(xiàn)氣蝕的問(wèn)題。

（2）當(dāng)設(shè)冷水通過(guò)各熱交換器放氣閥流出時(shí)，除鹽水對(duì)其補(bǔ)充，這樣變相降低了銨鹽類物質(zhì)在設(shè)冷水中的溶解度，能達(dá)到持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的添加銨鹽類物質(zhì)，保證冷卻設(shè)冷水的連續(xù)性。

（3）當(dāng)設(shè)冷水通過(guò)各熱交換器放氣閥流出時(shí)，流出的設(shè)冷水帶走了部分設(shè)冷水的熱量，又除鹽水對(duì)其補(bǔ)充，起到了對(duì)設(shè)冷水的降溫作用，總體來(lái)說(shuō)，對(duì)帶走設(shè)冷水熱量，降低設(shè)冷水溫度起到了積極作用。

2.3 增設(shè)一路冷卻水源

根據(jù)電廠的設(shè)計(jì)，最終熱阱為海水，設(shè)冷水來(lái)帶走各用戶的熱負(fù)荷，而海水帶走設(shè)冷水的熱量，將熱量傳給大海，達(dá)到冷卻各用戶的目的。

由于設(shè)冷水的唯一冷源為海水，當(dāng)發(fā)生取水口堵塞事件后，設(shè)冷水將失去最終冷源，導(dǎo)致無(wú)法帶走各用戶的熱量，威脅機(jī)組安全。若此時(shí)還有一路冷源，就不會(huì)出現(xiàn)上述情況。

根據(jù)設(shè)計(jì)，海水通過(guò)設(shè)冷熱交換器對(duì)設(shè)冷水進(jìn)行冷卻，若在海水管路上增設(shè)一路水源（消防水、生活水、化學(xué)水、工業(yè)水）。

根據(jù)設(shè)計(jì)，可以在設(shè)冷熱交換器兩道入口隔離閥之間增加備用水源，如何來(lái)增設(shè)備用水源？

（1）對(duì)海水管道進(jìn)行變更，在冷熱交換器兩道入口隔離閥之間進(jìn)行開口，此開口與消防水、生活水、化學(xué)水、工業(yè)水管網(wǎng)相連，然后進(jìn)行焊接處理，在正常情況下，用海水對(duì)設(shè)冷水進(jìn)行冷卻，備用水源用隔離閥與之隔離;若出現(xiàn)失去重要廠用水時(shí)，可以關(guān)閉入口第一道隔離閥，打開備用水源隔離閥，使設(shè)冷熱交換器與消防水等管網(wǎng)相連通，用消防水等對(duì)設(shè)冷水進(jìn)行冷卻，帶走各用戶的熱量。

（2）在海水入口第二道隔離閥旁裝設(shè)一個(gè)快速接頭，當(dāng)出現(xiàn)失去重要廠用水時(shí)，通過(guò)快速接頭連接在海水入口第二道隔離閥上，將消防水等和海水管道相連，消防水流過(guò)設(shè)冷熱交換器冷卻設(shè)冷水，以達(dá)到冷卻設(shè)冷用戶的目的。

3 應(yīng)對(duì)措施的優(yōu)劣

（1）用換料水箱水反冷設(shè)冷水：該方法為核電廠在發(fā)生取水口堵塞失去重要廠用水時(shí)保護(hù)機(jī)組安全的唯一方法，其一來(lái)對(duì)操縱員的操作要求較高，需要操縱員非常熟悉各項(xiàng)操作，并和現(xiàn)場(chǎng)人員迅速配合完成各種操作，由于時(shí)間緊，操作量大，這就需要操縱員在平時(shí)培訓(xùn)時(shí)多加訓(xùn)練;二來(lái)過(guò)于依賴天氣，氣溫過(guò)高，反冷的成功率較小。

（2）添加溶于水吸熱物質(zhì)：該方法較方便，實(shí)施起來(lái)迅速有效，但還存在一些問(wèn)題：a、需要調(diào)研哪種銨鹽類物質(zhì)的吸熱效果最好，需進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證;b、銨鹽類物質(zhì)吸熱量具體數(shù)值為多少，由此可以精確計(jì)算添加量;c、銨鹽類物質(zhì)對(duì)設(shè)備、管道等是否有腐蝕作用，若有如何防止其腐蝕問(wèn)題;d、銨鹽類物質(zhì)的排放對(duì)環(huán)境是否存在影響。

（3）增設(shè)一路冷卻水源：該方法如改造成功，將會(huì)增加一路備用水源，對(duì)機(jī)組的安全性能大大加強(qiáng)，但由于海水管道管徑較粗，實(shí)施起來(lái)較為困難，需耗費(fèi)大量工程，以及大量時(shí)間。且海水隔離閥較大，拆裝快速接頭難度較大，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

320MW機(jī)組失去重要廠用水系統(tǒng)，導(dǎo)致設(shè)冷水失去最終熱阱，致使機(jī)組被迫降功率，甚至停機(jī)停堆將對(duì)反應(yīng)堆安全存在重大威脅，通過(guò)上述方法可以將機(jī)組帶入安全狀態(tài)，保證反應(yīng)堆始終處于穩(wěn)定可控狀態(tài)。