嚴重事故緩解系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)分析與對策

楊永燈

（中核核電運行管理有限公司，海鹽 314300）

繼1979年美國三哩島事故、1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故之后，2011年日本發(fā)生福島核事故，這說明核電廠發(fā)生嚴重事故的概率很低，但是一旦發(fā)生后果十分嚴重［1］。因此，針對核電廠嚴重事故須做好更加充分有效的應(yīng)對措施。

秦山第二核電廠（以下簡稱秦二廠）為降低嚴重事故風險（即降低嚴重事故發(fā)生幾率和嚴重事故的后果），開發(fā)了嚴重事故管理導則（SAMG）。嚴重事故的管理措施可以分為嚴重事故預防措施和嚴重事故緩解措施：一方面，在事件發(fā)展到超設(shè)計基準事故之前，通過安全系統(tǒng)的響應(yīng)預防堆芯損壞和放射性釋放；另一方面，通過采取各種可以利用的措施來緩解嚴重事故的后果，以及使反應(yīng)堆重新達到安全穩(wěn)定的狀態(tài)［2，3］。

嚴重事故現(xiàn)象多種多樣，產(chǎn)生的威脅也有多種，核電廠采取的措施也涉及多個系統(tǒng)或設(shè)備、多種方式。在核電廠運行期間，通過執(zhí)行定期試驗檢查系統(tǒng)和設(shè)備的可用性，發(fā)現(xiàn)存在的缺陷問題并及時進行處理，恢復系統(tǒng)設(shè)備可用性。執(zhí)行定期試驗時有發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備存在缺陷的情況，其中包含嚴重事故預防措施和嚴重事故緩解措施相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)備，因此，對應(yīng)的嚴重事故預防措施和嚴重事故緩解措施存在失效的可能。鑒于此，本文根據(jù)秦二廠1號機組嚴重事故管理導則，找出嚴重事故緩解措施中的薄弱環(huán)節(jié)對應(yīng)的系統(tǒng)和設(shè)備，同時加強對薄弱環(huán)節(jié)的監(jiān)督，以確認其可用，從而降低核電廠嚴重事故風險。

1 秦山第二核電廠SAMG簡介

秦二廠SAMG開發(fā)于2010年至2012年，是針對核電站可能發(fā)生的嚴重事故的管理導則，是嚴重事故處置的指導文件。SAMG設(shè)計理念為：主控室操縱員主要任務(wù)是防止堆芯損傷；技術(shù)支持中心（TSC）人員借助SAMG管理系統(tǒng)全面分析判斷核電廠系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)，同時給出應(yīng)對措施建議，以減輕嚴重事故影響［4］。

秦二廠SAMG與應(yīng)急運行規(guī)程（EOP）的接口設(shè)置在極限事故堆芯監(jiān)視規(guī)程（U1）及使用U規(guī)程時之監(jiān)督程序（SPU）規(guī)程中。當堆芯出口溫度大于650℃且U1規(guī)程中堆芯冷卻行動失敗、堆芯出口溫度沒有下降趨勢時，根據(jù)當班反應(yīng)堆值班長的決定，從U1規(guī)程和SPU規(guī)程進入SAMG。

秦二廠SAMG主要包括以下幾類文件：診斷流程圖（DFC）、嚴重威脅狀態(tài)樹（SCST）、嚴重事故主控室導則（SACRG）、嚴重事故導則（SAG）、嚴重威脅導則（SCG）、嚴重事故出口導則（SAEG）和輔助計算（CA）［5］。

2 嚴重事故緩解系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)分析

核電廠嚴重事故現(xiàn)象主要包括：氫氣燃燒、蒸汽爆炸、高壓熔融物噴射、安全殼真空等。在嚴重事故情況下，首先要盡可能長時間地保持安全殼的完整性；其次要盡可能降低放射性物質(zhì)向環(huán)境的釋放；再次盡快終止嚴重事故進程，冷卻熔融物，維持長期冷卻排出安全殼內(nèi)熱量［6］。

秦二廠嚴重事故管理導則開發(fā)分析研究是基于秦二廠一級概率安全分析（PSA）結(jié)果并參考西屋設(shè)計的嚴重事故管理導則薄弱環(huán)節(jié)評價進行的，研究得出結(jié)論：秦二廠在緩解熔融物可冷卻性、安全殼旁通等方面存在薄弱環(huán)節(jié)。這些薄弱環(huán)節(jié)，一方面可以通過一些預防措施防止其發(fā)生，另一方面可通過設(shè)置適當?shù)膰乐厥鹿示徑獯胧p輕產(chǎn)生的后果［7］。

對于熔融物可冷卻性嚴重事故現(xiàn)象，主要威脅是當反應(yīng)堆壓力容器失效后，熔融物落入堆腔與混凝土發(fā)生作用（MCCI），在缺乏冷卻手段的情況下，將會熔穿安全殼地板。相關(guān)事件序列為壓力容器失效、熔融物進入安全殼。秦二廠采用干式堆腔設(shè)計，通過向安全殼注水的方式淹沒熔融物，未專門采取冷卻堆外熔融物的措施。當向安全殼注水時，水首先匯集到安全殼地坑，水位上升后，水通過堆腔儀表間或主管道與堆腔間的縫隙進入堆腔淹沒熔融物。緩解措施主要是通過安全殼噴淋（EAS）、核島消防水（JPI）、消防水生產(chǎn)（JPP）等系統(tǒng)向安全殼內(nèi)注水淹沒熔融物緩解MCCI；也可以通過安全注入系統(tǒng)（RIS）、化學和容積控制系統(tǒng)（RCV）、水壓試驗泵及其汽輪發(fā)電機組系統(tǒng)（LLS）水壓試驗泵等向一回路注水，水再通過破口進入安全殼淹沒熔融物緩解MCCI。

對于安全殼旁通嚴重事故現(xiàn)象，主要威脅是由于蒸發(fā)器傳熱管破裂（SGTR）或中小破口失水事故（ISLOCA）造成安全殼旁通，使放射性泄漏到安全殼外。相關(guān)事件序列包括SGTR事故造成安全殼旁通，高壓序列誘發(fā)的SGTR造成的安全殼旁通。緩解措施主要是通過一次側(cè)卸壓減少到安全殼外的泄漏；也可通過安全殼空氣監(jiān)測系統(tǒng)（ETY）恢復安全殼隔離。一旦發(fā)生安全殼旁通且無法隔離的情況，一次側(cè)的卸壓能力可能不足以終止泄漏，這時將通過一回路卸壓等手段減輕事故后果。

一回路卸壓的主要手段是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）穩(wěn)壓器安全閥和穩(wěn)壓器輔助噴淋閥。當燃料包殼快速氧化之后，穩(wěn)壓器安全閥和穩(wěn)壓器輔助噴淋閥的可用性可能無法完全保證，穩(wěn)壓器安全閥在嚴重事故下的可用性不確定。進入嚴重事故工況后，如果先導箱仍能保持其功能，而且在嚴重事故環(huán)境條件下，電磁閥在持續(xù)通電的情況下不會失效，則穩(wěn)壓器安全閥在嚴重事故工況下具有保持其功能的可能性。在包殼快速氧化之后，安全殼下部空間的溫度較高，將可能導致穩(wěn)壓器輔助噴淋閥的可用性無法保證。

3 嚴重事故相關(guān)核安全監(jiān)督分析

核安全監(jiān)督工作之一就是獨立監(jiān)督電廠核安全水平，重點任務(wù)包括監(jiān)督安全相關(guān)系統(tǒng)定期試驗執(zhí)行情況、預防性維修執(zhí)行情況以及糾正性維修缺陷處理情況。在這些監(jiān)督工作中，重點要加強對嚴重事故緩解系統(tǒng)涉及系統(tǒng)和設(shè)備的定期試驗執(zhí)行情況的監(jiān)督，以及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備存在的缺陷問題，若缺陷沒有被發(fā)現(xiàn)，就不能對其進行處理。

3.1 嚴重事故緩解系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)監(jiān)督

秦二廠在緩解熔融物可冷卻性、安全殼旁通等方面可能存在薄弱環(huán)節(jié)，尤其是安全殼旁通方面。因此，在機組運行期間，應(yīng)加強對緩解熔融物可冷卻性、緩解安全殼旁通相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備的核安全監(jiān)督。嚴格執(zhí)行定期試驗，嚴格按照試驗規(guī)程的驗收準則評判試驗結(jié)果，保證相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的可用性，保證嚴重事故下可以實現(xiàn)相應(yīng)的功能。從嚴重事故緩解措施對應(yīng)的各個系統(tǒng)相應(yīng)的定期試驗項目中分析查找出重要的定期試驗驗證項目，并結(jié)合其驗收準則，明確試驗關(guān)注重點。當這些試驗項目不能滿足驗收準則時，核電廠運行、技術(shù)、維修、核安全監(jiān)督等專業(yè)人員，要及時分析缺陷原因并處理缺陷。對重要試驗參數(shù)進行收集整理，對于有劣化趨勢的參數(shù)進行趨勢分析，分析原因，并制定糾正措施，避免系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生不可用的情況。具體監(jiān)督項目及關(guān)注重點見表1-表7。

表1 緩解措施中須加強監(jiān)督的EAS系統(tǒng)定期試驗Table 1 Periodic tests of EAS which need to paid more attention to of mitigation measure

表2 緩解措施中須加強監(jiān)督的ETY系統(tǒng)定期試驗Table 2 Periodic tests of ETY which need to paid more at?tention to of mitigation measure

表3 緩解措施中須加強監(jiān)督的JPI系統(tǒng)定期試驗Table 3 Periodic tests of JPI which need to paid more attention to of mitigation measure

表4 緩解措施中須加強監(jiān)督的JPP系統(tǒng)定期試驗Table4 Periodic tests of JPP which need to paid more attention to of mitigation measure

表5 緩解措施中須加強監(jiān)督的LLS系統(tǒng)定期試驗Table 5 Periodic tests of LLS which need to paid more attention to of mitigation measure

表6 緩解措施中須加強監(jiān)督的RCP系統(tǒng)定期試驗Table 6 Periodic tests of RCP which need to paid more attention to of mitigation measure

表7 緩解措施中須加強監(jiān)督的RIS系統(tǒng)定期試驗Table 7 Periodic tests of RIS which need to paid more attention to of mitigation measure

3.2 嚴重事故預防措施監(jiān)督

根據(jù)前面分析描述，造成安全殼早期失效的原因主要是一回路高壓。而一回路卸壓的緩解措施又是薄弱環(huán)節(jié)，因此，需要分析會引起一回路高壓的始發(fā)事件，保證這些始發(fā)事件對應(yīng)的事故序列需要執(zhí)行的安全功能對應(yīng)的前沿系統(tǒng)的可用性。

在秦二廠一級PSA分析中得知：會產(chǎn)生一回路高壓的事件序列始發(fā)事件主要有小破口失水事故、中破口失水事故及各類瞬態(tài)。在這些始發(fā)事件發(fā)生后，前沿系統(tǒng)中的一個或多個系統(tǒng)、設(shè)備不可用而不能實現(xiàn)其安全功能，都將導致事故惡化，造成堆芯損壞［8］。涉及的未能實現(xiàn)的安全功能有：棒控棒位系統(tǒng)（RGL）未能緊急停堆，安全注入系統(tǒng)（RIS）安注箱注入失敗，低壓安注投入失敗，低壓安注再循環(huán)投入失敗，低壓安注冷熱段再循環(huán)投入失敗，高壓安注投入失敗，高壓再循環(huán)投入失敗，安噴運行失敗，安噴再循環(huán)運行失敗，輔助給水系統(tǒng)（ASG）輔助給水和汽機旁路排放系統(tǒng)（GCT）汽機旁排運行失敗，余熱排出系統(tǒng)（RRA）投入失敗，手動打開穩(wěn)壓器安全閥失敗，以及重要的6 kV應(yīng)急交流電源系統(tǒng)（LHP/LHQ）應(yīng)急柴油發(fā)電機組不可運行等等。如果以上安全功能在事故中可以實現(xiàn)，即這些安全功能相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備完好可用，那么就可以大大降低堆芯損壞的概率，從而減小嚴重事故的后果。因此，在機組運行期間，必須加強對表1-表7所列系統(tǒng)設(shè)備的核安全監(jiān)督，此外，還須對表8-表12所列系統(tǒng)設(shè)備加強監(jiān)督。

表8 預防措施中須加強監(jiān)督的ASG系統(tǒng)定期試驗Table 8 Periodic tests of ASG which need to paid more attention to of prevent measure

表9 預防措施中須加強監(jiān)督的GCT系統(tǒng)定期試驗Table 9 Periodic tests of GCT which need to paid more attention to of prevent measure

表10 預防措施中須加強監(jiān)督的LHP/LHQ系統(tǒng)定期試驗Table 10 Periodic tests of LHP/LHQ which need to paid more attention to of prevent measure

表11 預防措施中須加強監(jiān)督的RGL系統(tǒng)定期試驗Table 11 Periodic tests of RGL which need to paid more attention to of prevent measure

表12 預防措施中須加強監(jiān)督的RRA系統(tǒng)定期試驗Table 12 Periodic tests of RRA which need to paid more attention to of prevent measure

4 結(jié)論

本文通過結(jié)合秦山第二核電廠嚴重事故管理導則得出的緩解系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，分析得出緩解系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)涉及的系統(tǒng)和設(shè)備。從嚴重事故緩解措施和嚴重事故預防措施兩個方面，對定期試驗執(zhí)行項目及驗收準則進行分析，給出各系統(tǒng)對應(yīng)的重要定期試驗項目和試驗關(guān)注點，建議在運行期間對其加強監(jiān)督，做好試驗記錄及進行趨勢分析，確保這些系統(tǒng)設(shè)備可用，提高可靠性從而降低核電廠嚴重事故風險。