移動(dòng)泵應(yīng)急補(bǔ)水在田灣二期工程的應(yīng)用

劉航

江蘇核電有限公司 江蘇連云港 222000

日本福島核事故由極端自然災(zāi)害引起，地震造成反應(yīng)堆自動(dòng)停堆，停堆后電站供電系統(tǒng)切換為場外供電，但由于地震的破壞，場外供電系統(tǒng)失效，電站立即啟動(dòng)應(yīng)急柴油機(jī)對(duì)堆芯及乏燃料水池進(jìn)行冷卻，由于強(qiáng)烈地震引發(fā)的海嘯，導(dǎo)致應(yīng)急柴油機(jī)全部被淹沒，應(yīng)急冷卻系統(tǒng)失效，堆芯溫度不斷升高，冷卻劑流失，一回路水位下降，失去強(qiáng)迫循環(huán)，最終導(dǎo)致嚴(yán)重核事故的發(fā)生。

1 類似福島核事故案例分析

假設(shè)在極端的自然災(zāi)害下，田灣核電站失去全部廠內(nèi)外電源，此時(shí)，以下保護(hù)動(dòng)作：

——反應(yīng)堆停堆；

——汽輪機(jī)跳閘；

——主給水及輔助給水系統(tǒng)隔離；

——旁排閥關(guān)閉；

其事故進(jìn)程如下：在反應(yīng)堆功率大于5%額定功率的情況下，兩臺(tái)以上主泵喪失電源信號(hào)觸發(fā)緊急停堆保護(hù)，控制棒下插，堆芯建立自然循環(huán)冷卻工況。事故初始階段，由于汽輪機(jī)跳閘，同時(shí)蒸汽發(fā)生器給水喪失，二回路蒸汽壓力增大，當(dāng)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)壓力上升到7.154MPa時(shí)，大氣釋放閥開啟，并維持6.86MPa壓力控制模式運(yùn)行。由于蒸汽發(fā)生器失去給水，且泄壓裝置開啟，蒸汽發(fā)生器水位開始下降。當(dāng)蒸汽發(fā)生器燒干后，一回路喪失熱阱，此時(shí)冷卻劑水位低于反應(yīng)堆出口管嘴，堆芯自然循環(huán)中斷，一回路冷卻劑壓力和溫度迅速增加。當(dāng)一回路壓力達(dá)到18.11MPa時(shí)，穩(wěn)壓器安全閥的先導(dǎo)閥動(dòng)作，冷卻劑通過安全閥排至泄壓箱，當(dāng)泄壓箱壓力達(dá)到0.68MPa時(shí)，爆破膜爆破，大量冷卻劑釋放到安全殼中，導(dǎo)致安全殼內(nèi)壓力迅速上升。在整個(gè)事故過程中，由于6KV應(yīng)急段母線失電，導(dǎo)致高、低壓安注系統(tǒng)，應(yīng)急給水系統(tǒng)均無法投入運(yùn)行，且由于一回路持續(xù)高溫高壓，使非能動(dòng)的中壓安注箱也無法投入，導(dǎo)致通過穩(wěn)壓器安全閥排出的冷卻劑無法得到補(bǔ)充，堆芯內(nèi)冷卻劑水裝量減小，水位降低，堆芯出現(xiàn)沸騰并且開始裸露。在堆芯裸露后傳熱進(jìn)一步惡化，鋯合金與飽和蒸汽發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生的大量反應(yīng)熱進(jìn)一步加劇了堆芯溫度的上升，同時(shí)伴有大量氫氣產(chǎn)生。隨著堆芯溫度的升高，控制棒、燃料包殼和支撐結(jié)構(gòu)出現(xiàn)熔化，最終導(dǎo)致壓力容器失效，釋放出不可凝氣體和大量放射性物質(zhì)。安全殼可能因不可凝氣體聚積造成安全殼超壓威脅其完整性。安全殼內(nèi)氫氣濃度不斷上升，最終可能發(fā)生燃爆，導(dǎo)致安全殼超壓失效。安全殼失效后，放射性氣體和氣溶膠將釋放到環(huán)境中，造成環(huán)境核污染的嚴(yán)重事故。

2 移動(dòng)泵應(yīng)急補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能介紹

若廠區(qū)配置有移動(dòng)式柴油泵，在事故發(fā)生后，立即組織人員搭接臨時(shí)軟管，建立從除鹽水箱向蒸汽發(fā)生器供水通道，在二次側(cè)失去給水后，啟動(dòng)移動(dòng)泵向選定的蒸汽發(fā)生器供水，維持蒸汽發(fā)生器液位，并將相應(yīng)蒸汽發(fā)生器大氣釋放閥前置隔離閥開啟，通過二回路“充-排”的方式導(dǎo)出堆芯熱量。當(dāng)一回路壓力降低至5.9MPa時(shí)，非能動(dòng)中壓安注系統(tǒng)動(dòng)作，向堆芯注入大量硼酸溶液，同時(shí)，通過外部補(bǔ)油，可使移動(dòng)泵保持72小時(shí)連續(xù)供水，確保堆芯冷卻及第三道安全屏障的完整性，防止類似福島核事故的發(fā)生。

移動(dòng)泵應(yīng)急補(bǔ)水系統(tǒng)主要由車載式移動(dòng)泵，儲(chǔ)水箱，應(yīng)急補(bǔ)水軟管，管道接頭，閥門及控制組件組成。在應(yīng)急給水系統(tǒng)補(bǔ)水管線上設(shè)置補(bǔ)水接口，移動(dòng)泵上游水源為除鹽水箱，其有效容積4*700m3，由水箱出口設(shè)置取水接口，采用軟管引至廠房外，由移動(dòng)泵連接補(bǔ)水路徑及取水路徑，從而建立由水箱至二回路的補(bǔ)水回路，實(shí)現(xiàn)事故工況下對(duì)蒸汽發(fā)生器應(yīng)急補(bǔ)水。

在進(jìn)行二回路應(yīng)急補(bǔ)水系統(tǒng)對(duì)堆芯冷卻時(shí)，由于采用移動(dòng)補(bǔ)水泵對(duì)蒸汽發(fā)生器應(yīng)急補(bǔ)水，首先需要對(duì)二回路進(jìn)行泄壓操作。在事故工況時(shí)，若大氣釋放閥可電動(dòng)操作，則由操縱員電動(dòng)開啟大氣釋放閥降低蒸汽發(fā)生器壓力，確保移動(dòng)泵能順利將水注入蒸汽發(fā)生器內(nèi)。當(dāng)大氣釋放閥無法執(zhí)行電動(dòng)操作時(shí)，現(xiàn)場運(yùn)行人員先關(guān)閉補(bǔ)水通道上的大氣釋放閥，維修人員使用專用工具開啟對(duì)應(yīng)補(bǔ)水通道上大氣釋放閥的前置隔離閥，并由運(yùn)行人員調(diào)節(jié)大氣釋放閥開度，以保證泄壓速率在允許范圍內(nèi)，現(xiàn)場人員此時(shí)根據(jù)操縱員指令調(diào)節(jié)移動(dòng)泵出口閥門以調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器補(bǔ)水流量。

3 車載柴油機(jī)移動(dòng)泵介紹

車載柴油機(jī)移動(dòng)泵為水平臥式、自平衡、多級(jí)離心泵，該泵采用泵腳支撐，其采用吸入口軸向和吐出口向上布置，在泵體下方設(shè)置有排液口。其它主要包括進(jìn)水段，出水段，函體等零部件。泵軸承采用稀油自潤滑，軸承冷卻方式為空冷。泵的軸封采用集裝式機(jī)械密封，拆卸方便。泵和柴油機(jī)通過帶加長節(jié)的疊片撓性連軸器連接，維修機(jī)械密封時(shí)，只需要拆除軸承部件，且不必移動(dòng)泵和柴油機(jī)，確保軸封的更換時(shí)間在4小時(shí)以內(nèi)完成。泵組主要由水箱、泵、柴油機(jī)和柴油機(jī)控制系統(tǒng)等組成，泵組還備有溫度、壓力等監(jiān)控儀器，可保證泵安全、穩(wěn)定運(yùn)行。整個(gè)機(jī)組布置于集裝箱內(nèi)，并預(yù)留操作及檢修空間。

為保證機(jī)動(dòng)性，移動(dòng)式補(bǔ)水泵安裝在半掛車上，并借助牽引車移動(dòng)。為保證移動(dòng)柴油泵的連續(xù)運(yùn)行能力，移動(dòng)泵采用燃料貯存箱作為油料儲(chǔ)備，油箱容積1000L，在油箱裝滿柴油的工況下，可保證移動(dòng)式補(bǔ)水泵自持運(yùn)行24小時(shí)，超過自持時(shí)間需對(duì)燃料儲(chǔ)箱補(bǔ)充油以滿足堆芯72 小時(shí)的冷卻需要。油箱上設(shè)置有補(bǔ)油接口，可很方便實(shí)現(xiàn)在線補(bǔ)油的功能。柴油機(jī)啟動(dòng)電源為獨(dú)立的蓄電池，并配有充電裝置，可滿足柴油機(jī)6次啟和照明的功能，且使用壽命不低于5年。

4 結(jié)語

福島核事故發(fā)生后，核電業(yè)界對(duì)該事故進(jìn)行了各種分析研究，國家核安全局也頒布了《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動(dòng)通用技術(shù)要求》，田灣二期工程積極落實(shí)各項(xiàng)改進(jìn)要求，始終把提高機(jī)組安全性作為一項(xiàng)重要任務(wù)，增設(shè)了移動(dòng)泵向蒸汽發(fā)生器二次側(cè)補(bǔ)水系統(tǒng)，保證了機(jī)組超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下的安全功能。