M 310核電機(jī)組防止誤稀釋措施和分析

劉德祥

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

1 誤稀釋的概念及防范誤稀釋的重要性

為了保證核電廠安全，讓核電廠的工作人員、周邊的公眾、環(huán)境免遭放射性危害，就必須建立一套行之有效的防護(hù)措施。眾所周知反應(yīng)堆的反應(yīng)性可控、堆芯持續(xù)冷卻和放射性物質(zhì)的包容是核電廠核安全的三個(gè)重要因素，其中反應(yīng)性控制是最重要的因素，而反應(yīng)性控制中硼的濃度控制是重要的手段之一，所以防止誤稀釋是核電廠運(yùn)行中重要的課題。

誤稀釋是指反應(yīng)堆冷卻劑中意外引入硼濃度相對(duì)低的液體，會(huì)使反應(yīng)堆意外引入正反應(yīng)性。根據(jù)稀釋速率，硼稀釋事故包括兩種情況，即快稀釋和慢稀釋。針對(duì)快稀釋,堆芯內(nèi)會(huì)進(jìn)入大量的硼濃度較低的水，這屬于超出設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的事故。針對(duì)慢稀釋，因硼濃度變化較慢，這種工況屬于中等頻率事故，必須滿足二類工況驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定保護(hù)系統(tǒng)在達(dá)到整定值時(shí)，能夠使反應(yīng)堆關(guān)閉，反應(yīng)堆在進(jìn)行了糾正動(dòng)作后可重新投入運(yùn)行。

2 誤稀釋分類

根據(jù)硼稀釋事件的機(jī)制不同，失控硼稀釋被分為兩類。

2.1 失控非均勻硼稀釋（快稀釋）

典型的事故工況為：正常運(yùn)行（RRA未接入RCP）時(shí)，當(dāng)失去廠用變電源時(shí)，此時(shí)主泵停運(yùn)，意味著一回路喪失了強(qiáng)迫循環(huán)。但是化容上充泵和硼水補(bǔ)給泵在應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電下仍可繼續(xù)運(yùn)行。此時(shí)，如果正在進(jìn)行稀釋操作或稀釋沒有停止，自然循環(huán)能力不足會(huì)導(dǎo)致在化容上充管線進(jìn)入一回路的入口處形成較低硼濃度的“水團(tuán)”，而隨著反應(yīng)堆冷卻劑泵軸封水的注入，在主泵泵殼內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生低硼濃度的水。一旦廠用變電源恢復(fù)，主泵重新啟動(dòng)，這些低濃度硼水就會(huì)被推入堆芯，向堆芯引入正反應(yīng)性，可能造成超瞬發(fā)臨界事故，損壞堆芯。本文所要探討的ADP保護(hù)信號(hào)即是針對(duì)這種情況而設(shè)計(jì)的，通過觸發(fā)上充泵入口切換等動(dòng)作可以有效防止低硼濃度的“水團(tuán)”形成，從而避免失控的快稀釋事故。

2.2 慢速均勻稀釋

在反應(yīng)堆停堆工況下，如果發(fā)生熱交換器傳熱管等設(shè)備破裂，或某個(gè)含有低硼濃度水或清水的系統(tǒng)與主回路連接處發(fā)生泄漏，堆芯也會(huì)由于這些低硼水或清水進(jìn)入主回路而引入正反應(yīng)性，反應(yīng)堆會(huì)重返臨界。這種情況下，由源量程中子通量高觸發(fā)上充泵入口切換等動(dòng)作，避免清水團(tuán)的形成。

3 硼稀釋事故的原因及后果

3.1 硼稀釋事故原因

硼稀釋事故的原因可以是單獨(dú)或者共模引起的，具體原因有以下幾個(gè)方面：

（1）人因失誤。主要表現(xiàn)在：運(yùn)行人員違反技術(shù)規(guī)范、規(guī)程辦事，在工作中疏忽、少執(zhí)行有關(guān)操作或者誤操作等。因此防止人因失誤特別重要，即使在設(shè)備故障以及設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致硼稀釋事故時(shí)，操縱員正確的判斷及操作可以防止事故的發(fā)生或者緩解事故的后果。

（2）管理及規(guī)程屏障的失效。

（3）與主系統(tǒng)直接或間接相連系統(tǒng)或設(shè)備的異?；蚬收?。

（4）相關(guān)存放含硼水的箱罐被意外稀釋后進(jìn)入主系統(tǒng)。

3.2 硼稀釋事故后果

無論是RP模式工況，還是一直到RCS模式工況。硼稀釋事故的后果主要體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：

（1）在RP模式下，會(huì)引起功率失控增加或局部功率增加，若引起偏離泡核沸騰，則會(huì)導(dǎo)致燃料元件包殼破損，造成放射性外泄。

（2）在停堆工況下，低硼濃度水或清水進(jìn)入堆芯，引起反應(yīng)堆次臨界度降低，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)堆重新臨界。

4 誤稀釋事故的防范措施

M310核電機(jī)組防止誤稀釋采取了很多措施，主要從以下幾個(gè)方面著手。

4.1 相關(guān)文件的保證

一個(gè)合格的人員按正確的行為辦事能使犯錯(cuò)概率降低，但如何更低，那就是合格的人遵循正確的文件按照正確的行為辦事，所以防誤稀釋中相關(guān)文件的正確保證也是一個(gè)重要的方面。各個(gè)文件對(duì)防止誤稀釋的規(guī)定的很多內(nèi)容在各文件中都能找到，但是這恰好符合了核電站的縱深防御原則。

4.2 防誤稀釋的一些儀表控制

電廠運(yùn)行期間，通過監(jiān)視相關(guān)參數(shù)，參數(shù)超限后會(huì)自動(dòng)報(bào)警，一方面能有助于運(yùn)行人員盡早發(fā)現(xiàn)誤稀釋事故，從而通過判斷采取行動(dòng)，避免擴(kuò)大誤稀釋事故后果；另一方面在稀釋事故來不及處理的情況下觸發(fā)一些相應(yīng)的保護(hù)，防止堆芯惡化。停堆期間及功率運(yùn)行期間也有對(duì)應(yīng)的主要報(bào)警及保護(hù)。

4.3 提高設(shè)備可靠性

對(duì)于設(shè)備故障及運(yùn)行異?？赡軐?dǎo)致的誤稀釋，在核電站運(yùn)行期間主要是加強(qiáng)預(yù)防性維修，提高維修質(zhì)量。同時(shí)對(duì)相關(guān)重要設(shè)備及相關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)做定期試驗(yàn),驗(yàn)證其動(dòng)作的正確性，如發(fā)現(xiàn)問題第一時(shí)間解決。

5 防誤稀釋的改進(jìn)措施

核電廠在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中為了預(yù)防硼稀釋事故采取了各種措施，很多國(guó)家對(duì)誤稀釋事故也做了大量的研究，為了較少硼稀釋事故的發(fā)生，對(duì)已運(yùn)行的電廠進(jìn)行了相關(guān)的改進(jìn)措施。M310核電機(jī)組在設(shè)計(jì)中，根據(jù)法國(guó)核電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，增加了防止誤稀釋的措施。

5.1 建立一個(gè)防誤稀釋保護(hù)信號(hào)

在反應(yīng)堆冷卻劑泵停運(yùn)的工況下，如果有較大體積的低硼濃度水或清水進(jìn)入主回路，將會(huì)對(duì)反應(yīng)堆堆芯造成非常嚴(yán)重的沖擊。若失去強(qiáng)迫循環(huán)或自然循環(huán)能力不足的話，清水團(tuán)通過一些連接回路會(huì)在主回路中不斷聚集，主泵啟動(dòng)時(shí)，這些清水團(tuán)被推入堆芯，向堆芯引入正反應(yīng)性，將引起反應(yīng)堆準(zhǔn)瞬時(shí)重返臨界。

防稀釋自動(dòng)裝置的目的是為了防止這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。防誤稀釋保護(hù)由下列信號(hào)組成：RRA與RCP未連接；RCP自然循環(huán)流量低；RCP強(qiáng)迫循環(huán)流量不足。這些信號(hào)共同產(chǎn)生“防誤稀釋保護(hù)”（ADP）。這個(gè)信號(hào)觸發(fā)上充泵吸入口切換至PTR水箱，一旦切換至PTR，只能在10分鐘之后才能切回RCV，此報(bào)警信號(hào)警告操縱員機(jī)組處于自然循環(huán)流量不足的工況。

5.2 RRA與RCP連接時(shí)，禁止稀釋

RRA接入RCP時(shí)對(duì)自然循環(huán)起阻礙作用，所以RRA與RCP連接時(shí)，如果正在稀釋，則自動(dòng)停止相關(guān)稀釋；如果沒有稀釋，則自動(dòng)禁止相關(guān)稀釋。

5.3 控制注入一回路硼濃度

假設(shè)計(jì)算得出的補(bǔ)給水硼濃度比主回路硼濃度低200 ppm，而主回路硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2000 ppm以下，REA系統(tǒng)此時(shí)又處于補(bǔ)給工作狀態(tài)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警“補(bǔ)給水硼濃度低”。如果同時(shí)余熱排出系統(tǒng)已接入主系統(tǒng)，則停止并禁止補(bǔ)水。

5.4 TEP返回管線在RCP強(qiáng)迫循環(huán)喪失時(shí)關(guān)閉

在RRA連接到RCP之前，若TEP返回管線的閥門已處于開啟狀態(tài)，則RRA與RCP連接后。閥門仍然保持開啟狀態(tài)；在RRA在連接到RCP之前，若TEP返回管線的閥門已處于關(guān)閉狀態(tài)，則RRA與RCP連接后，閥門將閉鎖開啟；“一回路失去強(qiáng)迫循環(huán)”信號(hào)同時(shí)也強(qiáng)制去硼回或容控箱三通調(diào)節(jié)閥置于“自動(dòng)”模式下。

5.5 設(shè)置防慢速誤稀釋的自動(dòng)措施

正常停堆工況下，源量程中子注量率高出定值時(shí)，緊急停堆信號(hào)會(huì)觸發(fā)，化容系統(tǒng)的RCV上充泵吸入口將自動(dòng)切換到PTR換料水箱。通過這種自動(dòng)命令去隔離掉可能的稀釋來源，而不用靠運(yùn)行人員采取措施。

6 結(jié)語

導(dǎo)致發(fā)生誤稀釋事故的原因有很多，從RP模式到RCS的所有模式下皆可能發(fā)生。M310核電機(jī)組的防誤稀釋從人員培訓(xùn)、文件、儀表控制、設(shè)備等方面著手，設(shè)計(jì)中既有常規(guī)壓水堆核電站防誤稀釋的方法，后續(xù)通過國(guó)外核電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋又加入了一些改進(jìn)措施，盡量限制誤稀釋事件的發(fā)生。作為運(yùn)行人員尤其是操縱員，在實(shí)際工作中應(yīng)加強(qiáng)此類事故的學(xué)習(xí)，嚴(yán)格按照規(guī)程辦事，加強(qiáng)防范，以確保M310核電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。