30萬機組在主系統(tǒng)大破口下的事故分析

1、30萬機組在主系統(tǒng)大破口下的事故分析于龍【摘要】核電開展數(shù)十年來，人們已傾于認同核電是一種平安，清潔、高效的能源，核電廠發(fā)生嚴重事故的概率極低。但是，事故一旦發(fā)生，可能導致堆芯熔化，不僅對壓力容器的完整性造成威脅，且可能致使放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放。本文通過對30萬機組在大破口下的事故分析，闡述了即使在破口事故且全廠失電的超設計基準事故下，仍能將反應堆置于平安狀態(tài)?！娟P(guān)鍵詞】LBLOCA;安注;堆芯淹沒中圖分類號：TM623.8文獻標識碼：A文章編號：2095-2457202103-0157-004DOI：10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.03.065Acciden

2、tAnalysisofCP300undertheLBLOCAoftheMainSystemYULongCNNCNuclearPowerOperationsManagementCo.，Ltd，Haiyan，Zhejiang，314300【Abstract】Nuclearpowerhasdevelopedfordecades，peoplearepronetoagreethatnuclearpowerwasasafe，clean，efficientenergy，nuclearpowerplantislowriskofaseriousaccident.However，oncetheaccidentis

3、happened，itcanleadtocoremelt，thisisnotonlyathreattotheintegrityofthepressurevessel，butalsomaycausereleasedradioactivesubstancesintotheenvironment.Throughtheanalysisoftheaccidentofcp300undertheLBLOCAofthemainsystem，thisarticleprovesthatthereactorcanbeplacedinasafestateevenundertheover-designaccidento

4、ftheLBLOCAandSBO.【Keywords】LBLOCA;Injection;Coreflooding;SBO1交流電正常工況下主系統(tǒng)大破口時堆芯淹沒方式假想事故過程：在秦一廠30萬機組反應堆功率運行期間，一回路系統(tǒng)發(fā)生大破口事故，破口當量直徑超過243mm主管道直徑700mm，反應堆冷卻劑通過破口噴射到平安殼內(nèi)，反應堆冷卻系統(tǒng)快速卸壓，穩(wěn)壓器壓力降低，停堆并觸發(fā)安注信號10S內(nèi)，如圖1，安注系統(tǒng)迅速向堆芯注射硼水，使堆芯淹沒，確保堆芯處于次臨界狀態(tài)，帶走剩余衰變熱以防止堆芯損壞，保證壓力容器的完整性。圖1為主管道破口為100%破口直徑700mm、50%破口直徑495mm、20%破口

5、直徑313mm對應的主系統(tǒng)溫度、壓力變化曲線。1.1初期冷段注射階段這個階段能使堆芯再淹沒以防止堆芯損壞，在這個階段無須操作人員干預。硼水從硼酸貯存箱、換料水箱和安注箱輸送到主冷卻劑系統(tǒng)。安注信號發(fā)出后，按安注信號啟泵程序啟動化容上充泵，硼酸駁運泵、高壓安注泵和低壓安注泵。同時，安注信號翻開化容上充泵與換料水箱的隔離閥V02-216A、B和緊急供硼管線上的隔離閥V02-222、V02-220：關(guān)閉容控箱出口隔離閥V02-104A、B。兩臺離心上充泵首先動作注射7000ppm濃度的硼水進入反應堆冷卻劑系統(tǒng)的冷段。上充泵入口的兩個并聯(lián)閥門翻開，上充泵一面從硼酸貯存箱吸入硼酸，另一面又從換料水箱吸入

6、硼水。大破口反應堆冷卻劑系統(tǒng)壓力下降迅速，很快造成上充泵超流量總管流量52m3/h跳閘。當主系統(tǒng)壓力高于10.78MPa110kgf/cm2時，高壓安注泵處于小流量運行的狀態(tài)，換料水箱內(nèi)的硼水經(jīng)高壓安注泵和小流量回流管線又回到換料水箱。此時化容離心上充泵將換料水箱2400ppm和硼酸駁運泵出口7000ppm4%重量百分比濃度濃硼酸，通過上充管線注入主系統(tǒng)冷段。當反應堆冷卻劑系統(tǒng)壓力下降而造成離心上充泵超流量運行總管流量52m3/h時，離心上充泵的保護系統(tǒng)動作使兩臺離心上充泵跳閘，此時高高壓安注分系統(tǒng)停止運行。當主系統(tǒng)壓力低于10.78MPa110kgf/cm2時，換料水箱內(nèi)濃硼酸溶液經(jīng)換料水箱

7、出口隔離閥V09-33A/B及止回閥V09-32A/B，進入高壓安注泵，經(jīng)高壓安注泵加壓后經(jīng)出口止回閥V09-26A，B/C，D及出口隔離閥V09-25A，B/C，D，進入平安注射集管，然后經(jīng)節(jié)流閥V09-13A，B/E，F(xiàn)，冷段注射隔離閥V09-12A，B/E，F(xiàn)，冷段注射止回閥V09-11A，B/C，D，分成4路，然后經(jīng)安注箱出口管止回閥V09-01A/C，分別注入主系統(tǒng)兩個環(huán)路的冷段。注入流量隨著主系統(tǒng)壓力的降低而逐漸增大。當反應堆冷卻劑系統(tǒng)壓力降為0時注入流量到達最大120m3/h運行值取第5次換料大修安注全流量試驗值，運行值均大于120m3/h。當主系統(tǒng)壓力降到低于4.9MPa時，安

8、注箱里的硼水經(jīng)V09-02A/B頂開兩只止回閥V09-01A，B/C，D注入堆芯。當安注箱液位接近排空時應恢復V09-02A/B的供電，并且關(guān)閉該二閥門，隔離安注箱。當主系統(tǒng)壓力降至0.98Mpa10kgf/cm2以下時，低壓安注泵開始將換料水箱內(nèi)硼水注入堆芯。1.2再循環(huán)冷段注射階段初期冷段注射往往不能使反應堆到達冷停堆狀態(tài)。當換料水箱水位下降到低-低液位2.26m時，將安注復位，停止除平安殼噴淋泵之外的所有從該箱吸水的水泵安注泵、停冷泵及離心上充泵，將CB-517盤上“再循環(huán)工況選擇開關(guān)打到“投入位置，發(fā)出安注再循環(huán)信號。該再循環(huán)信號關(guān)閉V09-33A/B、V09-24A/B，V06-20

9、、V08-28A/B，翻開V09-18A/B、V09-31A/B、V08-24A/B。然后手動啟動低壓安注泵即停冷泵及高壓安注泵先啟動輔助油泵，這樣，低壓安注泵從平安殼再循環(huán)地坑吸水，充當高壓安注泵的前置泵;高壓安注泵經(jīng)上下壓安注泵之間的隔離閥V09-31A/B從低壓安注泵的出口吸水，然后經(jīng)出口止回閥V09-26A，B/C，D及出口隔離閥V09-25A，B/C，D，進入平安注射集管，然后經(jīng)節(jié)流閥V09-13A，B/E，F(xiàn)，冷段注射隔離閥V09-12A，B/E，F(xiàn)，冷段注射止回閥V09-11A，B/C，D，分成4路，然后經(jīng)安注箱出口管止回閥V09-01A/C，分別注入主系統(tǒng)兩個環(huán)路的冷段。當主系

10、統(tǒng)壓力低于0.98MPa10kgf/cm2時，低壓安注泵可直接將地坑水注入主系統(tǒng)。1.3冷段-熱段交替再循環(huán)階段安注系統(tǒng)運行24小時后，堆芯還沒有冷卻下來，為了防止堆芯出現(xiàn)硼結(jié)晶，堆芯因地坑硼濃度過低而引起重返臨界，開始進入冷段-熱段交替再循環(huán)階段。由主控室操縱員手動開啟高壓安注熱段分管隔離閥V09-12C/D/G/H，關(guān)閉高壓安注冷段分管隔離閥V09-12A/B/E/F，進行熱段注射。當主系統(tǒng)壓力高于0.98MPa10kgf/cm2時，由高壓安注泵從主系統(tǒng)熱段向堆芯注水。當主系統(tǒng)壓力小于0.98MPa10kgf/cm2時，那么低壓安注泵可直接從主系統(tǒng)熱段向堆芯注水。熱段注射的目的在于消除堆芯

11、和主系統(tǒng)內(nèi)的任何高溫死區(qū)。在這個階段，操縱員可通過手動依次反復開關(guān)高壓安注泵出口的冷段和熱段隔離閥，改變注射流向，建立交替再循環(huán)階段，以保證維持堆芯硼濃度低于可溶極限。在再循環(huán)階段，停冷熱交換器一般由平安殼噴淋系統(tǒng)使用，以盡快降低平安殼大氣的壓力和溫度。如平安殼噴淋系統(tǒng)停運時，可用于低壓注射分系統(tǒng)。系統(tǒng)在此階段維持一個較長時間直到反應堆冷卻劑系統(tǒng)壓力低于低壓安注泵設計流量時的壓頭，此時可以手動停止高壓安注泵，余熱排除泵繼續(xù)提供冷卻以到達冷停堆。2SBO和LOCA疊加事故情況下堆芯淹沒方式2.1安注箱安注系統(tǒng)迅速響應當主管道雙端斷裂時，首先對反應堆起淹沒作用的是安注箱安注系統(tǒng)，作用時間是事故發(fā)生

12、后的15S左右，如圖2主管道破口為100%、50%、20%對應的安注箱液位變化曲線。2.2主系統(tǒng)快速冷卻降壓方式完好蒸發(fā)器冷卻降壓。假設柴油機輔助給水泵無法啟動或啟動后失效，應立即申請使用移動泵，執(zhí)行?移動泵取水水源接口接入規(guī)程?、?移動泵二回路接口接入規(guī)程?，投入二回路應急補水。如果移動泵無法就位，立即征調(diào)消防車從V20-42A/42B/42C/42D接管向SG注入消防水;同時全開大氣釋放閥ZZQ-13V/14V，降低SG二次側(cè)背壓以使得消防水能夠順利注入SG。電站發(fā)生SBO和LOCA疊加事故后超設計基準事故，一回路主系統(tǒng)全部補水水源喪失和所有冷卻功能失效;短期不具備恢復的可能或無法評估何時

13、恢復;堆芯水位持續(xù)下降，堆芯溫度持續(xù)上升，堆芯有裸露風險或趨向裸露;準備通過移動泵和外界動力向堆芯進行應急補水，使堆芯淹沒。一回路應急補水水源：第一水源為換料水箱，第二水源為消防水。使用第二水源或其他清水源需要請示應急指揮并得到同意前方能進行。通過移動泵和外界動力向一回路進行應急補水，其應急補水流量應能滿足停堆6小時后堆芯余熱排出的需要，所設置的設備應保證事故后至少72小時的運行需求。切除局部一回路直流蓄電池負荷，如局部廠房照明，以延長一回路直流蓄電池供電時間;假設一回路直流蓄電池電壓下降，切除二回路直流負荷除220KV外電源恢復所需電源外，如直流油泵，停用一回路直流蓄電池，并將一回路直流B母

14、/二回路直流聯(lián)絡運行。盡快恢復一路廠用電，當任意一列6KV、380V平安母線恢復供電時，應開始執(zhí)行電廠長期恢復操作。3廠用電源的多樣性和可靠性3.1場外電源秦山核電廠通過四條互不交叉和二個方向的220KV輸電線與浙江電網(wǎng)相聯(lián)，這四條輸電線是秦塘2P59、秦躍2428、秦立2424、秦方2P70，在正常運行時，秦塘2P59、秦躍2428接在220KV母上，秦立2424、秦方2P70接在220KV母上。正常運行時，350MWe發(fā)電機經(jīng)主變通過220KV變電站向電網(wǎng)供電，并通過高壓廠變向6KV工作、段母線供電，6KV公用、段和6KV平安、段母線由6KV工作、段母線供電;啟備變運行在220KV母上，正

15、常為空載運行，并且作為6KV公用、段和6KV平安、段母線自動備用電源。電站換料檢修和啟動時，從電網(wǎng)經(jīng)秦塘2P59或秦躍2428通過220KV母、高壓廠變2021M開關(guān)和高壓廠變向6KV工作、段母線供電，并且通過6KV工作、段母線向6KV公用、段和6KV平安、段母線供電;從電網(wǎng)經(jīng)秦立2424通過220KV母向啟備變供電，正常啟備變?yōu)榭蛰d運行，并且作為6KV公用、段和6KV平安、段母線自動備用電源。該二路電源均正常時，方可啟動，啟動完畢，可用主變2021B開關(guān)手動準同期將發(fā)電機并網(wǎng)。?秦山核電廠最終平安分析報告第16章技術(shù)規(guī)格書?中規(guī)定：在運行模式1，2，3，4A和4B下，必須保證由輸電網(wǎng)用兩條輸

16、電線向電廠供電，兩條線路在電氣上及實體上完全獨立。在運行模式5和6下，必須保證由輸電網(wǎng)用一條條輸電線向電廠供電。3.2場內(nèi)電源3.2.1三臺應急柴油發(fā)電機組秦一廠共有三臺應急柴油發(fā)電機組，每臺機組的容量為2000KW，發(fā)電機為TFHY2000-6/143型，柴油機為16V240ZDA型，機組參數(shù)詳見附錄A。機組運行方式為1#EDG作為6KV平安I段的應急備用電源，3#EDG機組作為6KV平安II段的應急備用電源，2#EDG作為1#EDG或3#EDG機組的檢修備用。?秦山核電廠最終平安分析報告第16章技術(shù)規(guī)格書?中規(guī)定：在運行模式1，2，3，4A和4B下，必須保證有兩套分隔且獨立的柴油發(fā)電機組可

17、運行，每套有：分隔的日用燃油箱最低限度貯有燃油0.8m3、分隔的燃油貯存系統(tǒng)最低限度貯有32m3燃油及分隔的燃油抽油泵。在運行模式5和6下，必須保證有一套柴油發(fā)電機組可運行，即同時具備裝滿燃油的日用燃油箱、分隔的燃油貯存系統(tǒng)，至少裝有32m3燃油，以及一臺燃油抽油泵。3.2.2一臺AAC柴油發(fā)電機組AACAlternateAC電源為非平安級電源，其主要功能是提高核電廠的縱深防御能力以及實現(xiàn)投資保護功能，在全廠失電工況SBO：STATIONBLACKOUT下，對6KV平安段或6KV平安段母線供電，向平安停堆有關(guān)負載提供充足、可靠的電力，保證堆芯的冷卻及余熱的排出，確保平安殼適當?shù)耐暾?同時，可

18、向非平安的重要設備供電，防止重大設備損壞。AAC柴油發(fā)電機組應在在發(fā)生SBO事件1小時之內(nèi)成功啟動并帶載，并且保證至少8小時的滿功率持續(xù)運行的能力。AAC電源廠房共地上三層，一層為燃油貯罐間、值班室、檢修間、消防設備間;二層為柴油發(fā)電機室、日用油箱間、低壓配電控制間及直流配電間;三層為中壓配電間。根據(jù)防水淹工程數(shù)據(jù)，本地區(qū)積水深度為1.41米，因此AAC電源廠房首層室內(nèi)外高差定為1.5m，并且將柴油發(fā)電機放置于二層，具有足夠的防水淹能力。正常工況時AAC柴油發(fā)電機組在熱備用，當出現(xiàn)失去全部廠外電源但廠內(nèi)應急電源可用的事故工況，可啟動AAC柴油發(fā)電機組，向6KV公用段、工作段母線供電，維持局部重要負荷運行。在SBO工況下，可啟動AAC柴油發(fā)電機組，向6KV平安或段供電。3.2.3一臺中壓移動柴油發(fā)電機組適用于一廠30萬機組嚴重事故工況下，在廠內(nèi)和廠外交流電源以及廠