CP300機組啟停堆期間反應(yīng)性風險分析

1、CP300機組啟停堆期間反響性風險分析劉建文【摘要】在啟停堆期間，由于堆芯釋放的能量較少，假設(shè)發(fā)生故障，通常有充分的時間來防止或緩解事故的發(fā)生，所以停堆期間的反響性平安通常得不到應(yīng)有的重視。但在停堆時并非所有的平安系統(tǒng)均可使用;停堆時多半是手動操作，反響堆風險更多的轉(zhuǎn)嫁到操縱人員身上，加之啟停堆期需要配合做許多物理實驗，需要特別注意可能會向堆芯引入反響性的操作和事故，需要對啟停堆期間的平安風險有足夠的認識。本文通過對啟停堆期間反響性變化分析，著重討論可能會發(fā)生威脅反響堆平安的事故，以提高操縱員對啟停堆期間的反響性事件緩解和控制?！娟P(guān)鍵字】反響性;控制;次臨界度;緊急注硼中圖分類號：TL362-

2、65文獻標識碼：A文章編號：2095-2457202103-0187-003DOI：10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.03.077AnalysisofReactivityriskduringtherestartandshutdownoperationofCP300PWRLIUJian-wenCNNCNuclearPowerOperationsManagementCo.，Ltd，Thefirstoperationdepartment，HaiyanZhejiang314300，China【Abstract】Duringtherestartandshutdown，be

3、causeofthelessenergythatthecorereleasing，ifmalfunctionoccurs，thereareusuallyplentyoftimetopreventormitigateaccidents，sothereactionofthesafeshutdownperiodisusuallynotgivendueattention.However，notallofthesafetysystemcanbeusedduringshutdown;mostly，manualoperationdominantduringshutdownperiod.Theriskonre

4、actorispassedtotheoperatorwhomanipulate.Besides，therearealotofphysicalexperimentsduringshutdownperiod，whichmightrequirespecialattentiontooperationsandaccidents，introducingthereactivecore. Thisrequirestheoperatortohavesufficientknowledgeofriskandsafetyaboutrestartandshutdown.Thisstudyistheanalys

5、isonthereactivitychangeinthestageofrestartandshutdown，focusingonthethreatofareactorsafetyaccidentthatmayoccur，toenhancetheoperators incontrollingandmitigatingonthereactivityaccidentsduringrestartandshutdownperiod.【Keywords】Reactivity;Controls;Subcriticaldegrees;Emergencyboroninjection0引言秦山核電廠正常

6、運行中根本不參與電網(wǎng)調(diào)峰，負荷變動少。而在啟停堆及換料階段，通常需要頻繁改變反響性以改變反響堆狀態(tài)，所以操縱員對啟停度期間反響性控制要引起足夠的重視。1啟停階段反響性風險分析1.1控制棒影響在啟動或停堆階段，控制棒處于操縱員手動控制，為此，操縱員的正確判斷與操作尤為重要。在啟動及停堆階段，控制棒下插或落棒引入負反響性，同時不存在功率分布的不良影響，不會造成嚴重后果，而控制棒的失控提升那么由于其不斷引入的正反響性會對堆芯造成威脅。1.1.1控制棒失控提升的啟動事故分析反響堆從停堆狀態(tài)進行啟動操作中，主系統(tǒng)硼濃度以開始向臨界硼濃度稀釋，此時由于控制系統(tǒng)和驅(qū)動機構(gòu)的故障，或運行人員的錯誤操作，致使控

7、制棒從堆芯不可控地抽出，造成事故的平安裕量最小，此事故屬于中等頻率事故。根據(jù)最終平安分析報告中對此事故的分析：保守假設(shè)控制棒失控快速提出事件引入反響性75pcm/s大于以最大速度提升具有最大組合棒價值且都處在最大微分棒價值區(qū)域的二子組棒時的反響性引入率，最終以功率量程低定值停堆結(jié)束。從事故過程可知，反響堆連續(xù)地引入反響性，核功率迅速增長，過程中冷卻劑溫度來不及大幅變化，功率增長被燃料的多卜勒反響效應(yīng)所終止，從而在反響堆保護系統(tǒng)動作投入之前限制了功率的水平。在整個瞬態(tài)中最小DNBR都大于其限值，雖然在瞬態(tài)中的核功率峰值很大，但由于時間很短，能量釋放和燃料平均溫度的增加并不大1.1.2失控提棒事故

8、總結(jié)按照C15啟動物理試驗結(jié)果，控制棒最大反響性添加率29.43pcm/s，實際中發(fā)生此類事故時，所能引入的最大反響性遠小于事故分析基準值，操縱員有足夠的時間發(fā)現(xiàn)異常并及時干預(yù)，保證堆芯因反響性增加而產(chǎn)生的熱量在可控范圍內(nèi)。當發(fā)現(xiàn)控制棒異常動作是，要及時確認控制棒手動狀態(tài)，及時停止棒提升，并嚴密監(jiān)視棒、中子通量、功率變化以及堆芯重要參數(shù);立即硼化以保證堆芯停堆深度;保證堆芯冷卻，必要時手動停堆、安注。1.2冷卻劑中硼濃度影響1.2.1可能的稀釋方式討論：1化容系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)故障、補給水閥門狀態(tài)錯誤或者是操縱員的誤操作都可能造成誤稀釋。2冷卻劑凈化過程中硼不飽和的凈化床或除硼床的意外投入，造成

9、冷卻劑在凈化過程中被硼吸收。3投入停冷系統(tǒng)時，未對停冷系統(tǒng)內(nèi)存水取樣分析硼濃度和加硼操作，而使得低濃度的存水直接注入主系統(tǒng)造成稀釋。4當主系統(tǒng)降溫降壓后，某些被設(shè)冷水系統(tǒng)冷卻的熱交換器發(fā)生損壞，反響堆冷卻劑就有可能被設(shè)備冷卻水稀釋。5當蒸發(fā)器中一次側(cè)壓力降至低于二次側(cè)時，如傳熱管發(fā)生破口，那么二次側(cè)水能通過傳熱管漏入冷卻劑中造成稀釋。6當反響堆開蓋后，通過反響堆開口漏入系統(tǒng)的清水，如消防水、風機冷卻水。7硼水水源如硼濃度達不到要求，可能會造成意外硼稀釋，如換料水箱、硼酸儲存箱。1.2.2對誤稀釋事故的分析討論由于化容補給水系統(tǒng)完全依賴于操縱員的正確操作，同時受設(shè)備狀態(tài)影響，極易發(fā)生誤稀釋事故，

10、屬于中等頻率事故?，F(xiàn)根據(jù)R15大修期間不同模式硼濃度做相關(guān)分析計算。R15大修中硼濃度變化過程：在開始將功率期間開始對主系統(tǒng)硼化，在熱停狀態(tài)時已硼化至冷態(tài)無氙硼濃度620ppm左右，在降溫降壓過程中繼續(xù)硼化，到達4A模式前，硼濃度到達2080ppm左右，冷停狀態(tài)時到達換料硼濃度2400ppm。啟堆升模式中，到熱停時達熱態(tài)無氙硼濃度1768ppm，臨界時硼濃度1487ppm。主系統(tǒng)水裝量：正常運行時主系統(tǒng)水容積為147m3，穩(wěn)壓器滿水后主系統(tǒng)總?cè)莘e為165m3。熱停狀態(tài)平均溫度280，壓力15.2MPa時比容v=0.0013087m2/kg，M0=V/v=147/0.0013087=112t。到

11、達冷停后，穩(wěn)壓器滿水，平均溫度93，比容v=0.00103745m2/kg，M0=V/v=165/0.00103745=159t事實上，相關(guān)硼濃度計算均考慮了100200ppm的計算裕量，除臨界外其余工況下keff0.98，上述硼濃度變化可以保證反響堆不會失去全部次臨界度;在臨界硼濃度下，考慮控制棒插入極限，在棒的可調(diào)節(jié)范圍區(qū)，也不會造成保護系統(tǒng)動作。1.2.3誤稀釋事故總結(jié)從計算結(jié)果可知，當發(fā)生均勻的失控硼稀釋事故時，在主系統(tǒng)最大的補水速率下，考慮本機組硼約78分鐘的滯后效應(yīng)，至少十五分鐘之內(nèi)不會觸發(fā)保護系統(tǒng)動作。如此過程操縱員無干預(yù)，功率緩慢上升直至觸發(fā)源量程或中間量程保護停堆，在停堆至反

12、響堆重返臨界之前，操縱員仍然至少有2030分鐘的時間來采取措施。發(fā)生硼稀釋時，除硼濃度變化，最直接影響是反響堆中子通量的增加，源量程核測量系統(tǒng)能夠探測到中子通量的倍增信號，通過主控或01廠房內(nèi)音響報警提醒操縱員并敦促操縱員進行硼化操作，對操縱員來說有足夠的時間進行發(fā)現(xiàn)和采取有效措施，在換料階段，保證行防硼稀釋政隔離的有效執(zhí)行也能有效防止硼稀釋事故。發(fā)現(xiàn)誤稀釋或反響性異常變化時操縱員要立即進行加硼操作，同時隔離稀釋源，密切監(jiān)視硼濃度及反響性變化，穩(wěn)定機組狀態(tài)。1.3主泵對反響性影響反響堆冷卻劑主泵作為一回路冷卻劑系統(tǒng)的心臟，意外的主泵運行，由于冷卻劑中硼及溫度的分布不均勻，可能會導(dǎo)致堆芯內(nèi)硼濃度

13、及溫度廠的快速變化，從而引入反響性事故。1.3.1主泵與快速硼稀釋當反響堆冷卻劑系統(tǒng)稀釋過程中，如主泵突然意外停運，同時上充泵繼續(xù)向主系統(tǒng)注入稀釋水，而此時假設(shè)堆芯發(fā)熱量較小，自然循環(huán)能力較弱，在失去強迫循環(huán)后，低濃度的含硼水無法與冷卻劑充分混合，會在上沖管線與主系統(tǒng)連接附近大量聚集，此時，當主泵恢復(fù)運行條件時，如操縱員誤操作或其他原因?qū)е轮鞅靡馔鈫?，將?dǎo)致區(qū)域內(nèi)大量低濃度含硼水快速進入并通過反響堆堆芯，導(dǎo)致快速反響性引入事件，可能引發(fā)嚴重后果。本廠主泵停運僅連鎖停堆信號，與化容補給水直接無連鎖關(guān)系，當主泵停運后上充泵水源無切換信號，對此，有兩種情況：1發(fā)生全廠斷電事故，此時，主泵、離心上充

14、泵、補水泵、硼酸駁運泵均停運，而后由于失電帶載，上充泵啟動，如無安注信號，那么上充泵繼續(xù)沉著空箱吸水，假設(shè)自補失效，直至容空箱低液位0.55米V02-216V動作，水源切換至換料水箱，期間注入流量為Q=2.5×1.75-0.55=3m3。2其他情況導(dǎo)致主泵意外停止，那么上充泵、補水泵等無停止信號導(dǎo)致補水不會自動停止和水源切換，如無操縱員手動干預(yù)，那么稀釋水會持續(xù)向堆芯注入并在某處聚集。1.3.2主泵與堆芯溫度變化當主泵停止運轉(zhuǎn)后，而反響堆冷卻劑又被停冷系統(tǒng)所冷卻，這樣在反響堆冷卻劑系統(tǒng)中可能形成溫度分布的不均勻，如直接啟動主泵，導(dǎo)致堆芯意外冷卻而引入正反響性及主系統(tǒng)壓力的波動。本廠啟

15、動主泵時主系統(tǒng)溫度較低，不會造成大的溫度變化，需注意的是在非正常工況下啟動主泵的情況。1.3.3防止主泵啟動事故總結(jié)1在運行中，啟動主泵要慎重，嚴格按照規(guī)程投運主泵;當發(fā)生主泵意外停運事故時，操縱員要及時關(guān)注化容補水系統(tǒng)動作情況，并及時切換補水水源至換料水箱。2在啟動不工作環(huán)路的主泵前30分鐘以內(nèi)，必須查定不工作環(huán)路中的硼濃度大于或等于工作環(huán)路中的濃度以及不工作環(huán)路冷段溫度不低于工作環(huán)路冷段溫度11且反響堆次臨界度至少為1%K/K1.4啟停堆過程中實驗的影響在每次反響堆的啟停階段，按照技術(shù)規(guī)格書要求，需要進行相關(guān)的物理實驗以驗證反響堆控制參數(shù)的正確性，不同的實驗對相關(guān)的實驗條件有不同的要求，需

16、要操縱員們對相關(guān)實驗條件進行建立，從而加大了操縱員對反響性的控制風險。1.4.1實驗過程風險分析：1物理啟動試驗最大的風險在于它為了驗證堆芯核設(shè)計所進行的超“常規(guī)的操作。如大反響性引入，軸向功率分布超差等。2正常物理試驗平臺中子通量水平距離堆芯發(fā)熱點已經(jīng)缺乏一個數(shù)量級，在大反響性引入的情況下如提多步棒，當堆芯通量水平快速上漲到測量上限時，假設(shè)不能及時插棒，堆芯很快將進入發(fā)熱區(qū)，而此時系統(tǒng)狀態(tài)可能都沒有做好相應(yīng)的準備，引發(fā)的后果不可預(yù)計。3試驗中通常通過兩種方式改變反響性，如調(diào)硼法刻棒的風險在于連續(xù)的反響性引入，而要靠控制棒回調(diào)功率水平，假設(shè)控制棒不能及時回插，稀釋累計的正反響性將持續(xù)增加。1.

17、4.2配合實驗操作總結(jié)1操縱員要提前對實驗內(nèi)容及條件進行了解，對實驗風險及當前工況的風險進行評估，對所需的操作做到心中有數(shù)。2在實驗過程中，時刻注意堆芯反響性平安，如有超控的情況應(yīng)立即停止實驗，以穩(wěn)定反響堆平安為主，防止平安事件發(fā)生。3歷次實驗中屢次出現(xiàn)過蒸發(fā)器水位失控導(dǎo)致的停堆及控制棒落棒停堆事故，針對此，實驗中應(yīng)注意堆、機操之間的配合及及時響應(yīng)，明確二回路蒸汽排放方式對一回路溫度的控制，防止平均溫度變化過大;明確實驗中修改的保護定值及動作情況。2防止反響性事故策略2.1保證足夠的停堆深度足夠的停堆深度應(yīng)保證：1反響堆可以在各種運行情況到達次臨界2與假想事故工況有關(guān)的反響性瞬態(tài)可控制在允許的

18、限制范圍內(nèi)。3反響堆可保持足夠的次臨界度以防止停堆情況下意外的臨界。停堆深度要求：運行模式1、2*、3*、4A、4B、5，停堆深度必須2.0%k/k。運行模式6，a.Keff0.95，它包括1.0%K/K的保守的不確定性誤差，或b.硼濃度23002500PPm，它包括由于不確定性所需的保守裕量。措施：停堆深度不在限值以內(nèi)，暫停所有操作包括更換堆芯或正反響性變化，立即用70007700ppm濃度的硼酸溶液按11.2t/h的速度開始并持續(xù)硼化，直到恢復(fù)所要求的停堆深度為止。2.2保證反響性有效監(jiān)視停堆期間要保證核測儀表的正常正確工作，尤其是源量程及其音響裝置、中間量程、硼濃度計可用狀態(tài)，密切關(guān)注核測儀表計數(shù)率及周期變化;保證冷卻劑硼濃度連續(xù)監(jiān)測，RCS硼濃度按規(guī)定的頻率取樣分析。2.3保證緊急注硼的有效性當發(fā)生反響性事故時，需立即通過手動方式緊急注硼方式向堆芯增加負反響性，維持堆芯停堆深度及次臨界度。硼水水源：換料水箱，硼酸儲存箱，安注箱緊急注硼方式：1正常運行方式一臺離心上充泵可用+上充管線+硼水水源注硼。2備用運行方式1一臺安注