方家山核電誤稀釋的原因及防范措施

方家山核電誤稀釋的原因及防范措施摘要：硼稀釋事故作為反應(yīng)性事故，可在電廠所有運行模式下發(fā)生，是對核電廠的安全造成威脅的主要事故之一。本文概要地敘述了壓水堆硼稀釋事故的原因、后果，并介紹了方家山機組的防稀釋措施。

關(guān)鍵詞：方家山核電；誤稀釋；防范措施

1.0前言

自從切爾諾貝利事故后，反應(yīng)性事故研究成為關(guān)系核電廠安全運行的一個重要問題。根據(jù)法國核電站運行經(jīng)驗反饋和分析，原有設(shè)計中存在著發(fā)生意外硼稀釋而導(dǎo)致堆芯熔化的潛在風(fēng)險。其假設(shè)條件為：

當(dāng)廠變突然失電時，反應(yīng)堆冷卻劑泵停運，一回路強迫循環(huán)喪失，而由應(yīng)急廠用設(shè)備母線LHA/B供電的RCV上充泵和REA泵仍可繼續(xù)運行。此時，如果稀釋未停止或進行稀釋操作，就會因自然循環(huán)能力不足而在上充管線進入一回路的入口處形成低硼濃度的“水塞”又稱“水團”，同時隨主泵軸封水的注入，也會在主泵泵殼內(nèi)積聚低硼水。當(dāng)外電源恢復(fù)，重新啟動反應(yīng)堆冷卻劑泵時，就會將這些低硼水推入堆芯，從而快速引入正反應(yīng)性，有可能造成反應(yīng)堆超臨界。為防止上述情況的發(fā)生，增加了防止快稀釋反應(yīng)性事故的保護措施。

在反應(yīng)堆停堆狀態(tài)下，若由于某些設(shè)備，如熱交換器傳熱管破裂（RCV熱交換器、高壓冷卻器）和含低硼水或清水系統(tǒng)與一回路連接的閥門等泄漏，導(dǎo)致低硼水或清水進入一回路，緩慢地稀釋了反應(yīng)堆冷卻劑硼濃度，向堆芯引入了正反應(yīng)性，使反應(yīng)堆重返臨界。為防止上述情況的發(fā)生，增加了防止慢稀釋反應(yīng)性事故的保護措施。

2.0硼稀釋事故的原因及后果

2.1硼稀釋事故的原因

硼稀釋事故原因總體主要是由人因事故、操作規(guī)程缺陷、設(shè)備故障、設(shè)計缺陷等原因單獨或者共模引起的。具體原因有以下幾個方面：

2.1.1人因失誤

2.1.2管理及規(guī)程屏障的失效

2.1.3與主系統(tǒng)直接或間接相連系統(tǒng)或設(shè)備的異?；蚬收?/p>

2.1.4消防水造成誤稀釋

2.1.5在不當(dāng)硼稀釋后啟動主泵造成的硼稀釋事故

2.2硼稀釋事故的后果

硼稀釋事故可以在所有運行模式下發(fā)生，從滿功率運行工況一直到換料停堆工況。其事故后果主要表現(xiàn)在兩個方面：

1）在功率運行時則會引起功率失控增加或局部功率增加，可能引起偏離泡核沸騰（DNB），導(dǎo)致燃料包殼破損，導(dǎo)致放射性外泄。

2）停堆工況下，清水進入堆芯，引起反應(yīng)堆次臨界度降低，可能導(dǎo)致反應(yīng)堆不可控的重新臨界。

所以我們必須關(guān)注此類事故，給出相應(yīng)的防范措施，盡量避免此類事故的發(fā)生，或在發(fā)生此類事故后能夠減輕事故的后果。

3.0方家山核電站機組防誤稀釋的改進措施

方家山核電站針對防止誤稀釋采取了很多措施，防止核電廠在所有運行模式下的（除RCD模式）誤稀釋事故。

盡管核電站在設(shè)計和運行過程中采取了各種措施來預(yù)防硼稀釋事故，但是此類事故還是時有發(fā)生。各國對誤稀釋事故就行了大量的研究，對已運行的電廠進行了相關(guān)的改進措施，較少硼稀釋事故的發(fā)生。方家山機組在設(shè)計中，根據(jù)法國核電站的運行經(jīng)驗反饋，在設(shè)計中增加了防止誤稀釋的措施。

建立一個防誤稀釋保護信號ADP信號（Anti-Dilution）

已經(jīng)進行的反應(yīng)性事故研究表明：在一回路主泵停運的運行工況下，如果有一體積為硼濃度非常低的水和/或以m3數(shù)量級的冷水進入一回路的話，反應(yīng)堆堆芯的后果將非常嚴(yán)重。

事實上，失去強迫循環(huán)和如果自然循環(huán)的流量不足夠的話，這清水團和/或冷水借助于一些連接回路會在一回路中聚集，而當(dāng)啟動主泵時，這清水團進入堆芯，將引起反應(yīng)堆準(zhǔn)瞬時重新臨界。

防稀釋自動裝置的目的是為了防止這個風(fēng)險。防誤稀釋保護由下列信號信號組成：失去一回路主泵、RRA沒有連接和回路自然循環(huán)流量不足，這些信號共同產(chǎn)生“防誤稀釋保護”（ADP）。這個信號觸發(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。一個報警信號警告操縱員機組處于自然循環(huán)流量不足的工況。

當(dāng)RRA連接時，這個保護被閉鎖，因為不管剩余余熱多少，自然循環(huán)流量都不能均勻一回路。因此，特別的測量取自RRA連接。

自然循環(huán)流量“閾值”與剩余余熱有關(guān)。選擇功率閾值P16（40%）作為這個流量的指示器。

當(dāng)功率降至P16以下，在失去一回路主泵時，當(dāng)剩余余熱非常弱時防誤稀釋保護將生效以便確保自然循環(huán)流量足夠。該保護只在T1以后生效（T1取決于機組停運的時間）。相反，當(dāng)功率上升至P16以上在失去一回路主泵時，該保護在T2后生效，該時間使得剩余余熱恢復(fù)。因此自然循環(huán)流量不足通過延遲信號和P16表示。在這兩種情況下可以說保護是“生效”的

簡單概括ADP在下列情況下同時滿足生效且當(dāng)生效時自動將RCV上充泵吸入口由容控箱切換到換料水箱，：

RCP與RRA沒有連接

RCP自然循環(huán)流量低

RCP強迫循環(huán)流量不足

RRA與RCP連接時，禁止稀釋

由于相關(guān)研究已經(jīng)表明RRA接入時對自然循環(huán)起阻礙作用，所以RRA與RCP連接時，如正在稀釋，則自動停止相關(guān)稀釋；如沒有稀釋，則自動禁止相關(guān)稀釋。

抑制注入一回路硼濃度

當(dāng)一回路硼濃度低于2000ppm時，若計算的補給水硼濃度比一回路硼濃度低200ppm，同時REA系統(tǒng)處于補給工作狀態(tài)，則發(fā)出補給水硼濃度低報警REA509KA。如果同時RRA處于接入到RCP的狀態(tài)，則停止并禁止補水。

TEP返回管線在RCP強迫循環(huán)喪失時關(guān)閉

在RRA與RCP連接前，如果TEP返回管線的閥門1TEP053VP（2TEP054VP）已在開啟狀態(tài)，則RRA與RCP連接后仍可維持開啟狀態(tài)；在RRA接入RCP前，如果1TEP053VP（2TEP054VP）已在關(guān)閉狀態(tài)，則RRA接入RCP后，1TEP053VP（2TEP054VP）閉鎖開啟；“一回路失去強迫循環(huán)”信號同時也強制RCV030VP置在“自動”模式下。

設(shè)置防慢速誤稀釋的自動措施

在正常停堆工況下，當(dāng)源量程中子注量率高時，產(chǎn)生緊急停堆信號，同時RCV系統(tǒng)的上充泵吸入口自動切換到換料水箱。這是通過自動命令去隔離可能的稀釋來源，而不用運行人員采取措施。

中間量程倍增時間短保護

方家山核電機組中，除了中子通量率高（﹥20%FP）會產(chǎn)生C1閉鎖提升控制棒，中子通量倍增時間＜18秒，也會產(chǎn)生C1信號閉鎖控制棒的提升。

4.0結(jié)論

壓水堆電站發(fā)生硼稀釋事故的原因很多，且在所有運行模式下都有可能發(fā)生，并可能引起比較嚴(yán)重的后果。方家山機組吸取了其他電站防誤稀釋的先進經(jīng)驗，采取了比較完善的防誤稀釋自動保護裝置，根據(jù)事故分析的結(jié)果，操縱員有足夠的響應(yīng)時間來應(yīng)對可能出現(xiàn)的各種硼稀釋事件。即使如此，運行人員仍然應(yīng)該保持足夠的警惕，嚴(yán)格執(zhí)行運行技術(shù)規(guī)范和規(guī)程中的各項措施和要求，以避免硼誤稀釋事件的發(fā)生。

參考文獻

[1]秦山核電站擴建項目（方家山核電工程）運行技術(shù)