徐海軍

【摘 要】通過(guò)基于現(xiàn)實(shí)假設(shè)建立方家山核電廠的詳細(xì)的計(jì)算模型，對(duì)完全喪失給水引發(fā)的事故進(jìn)行分析。在APA和APD喪失后ASG啟動(dòng)失敗，或者APA和APD一開(kāi)始就不運(yùn)行時(shí)ASG完全喪失的瞬態(tài)中，操縱員通過(guò)選擇充排模式或者充溢模式，即通過(guò)建立安注向反應(yīng)堆注水，同時(shí)開(kāi)啟穩(wěn)壓器排放管線來(lái)帶走反應(yīng)堆剩余功率，最終由EAS/RRI熱交換器將熱量帶出安全殼，從而避免了堆芯熔化事故。長(zhǎng)期階段，安全注射停運(yùn)及穩(wěn)壓器安全閥關(guān)閉，堆芯余熱由RRA系統(tǒng)導(dǎo)出。但操縱員的動(dòng)作必須在一定的時(shí)間限制之內(nèi)實(shí)施，否則堆芯將裸露并熔化。

【關(guān)鍵詞】全部喪失給水；充排模式；充溢模式

中圖分類號(hào)： TL353.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）01-0198-003

【Abstract】Based on the realistic assumption，a detailed calculation model of Fangshan nuclear power plant was established to analyze the complete loss of water supply induced accidents.After the ASG fails to be started after the APA and APD are lost or the ASG is completely lost at the outset of the APA and APD，the operator chooses to inject the water into the reactor by selecting either charge-fill mode or fill-up mode，The regulator discharge line takes away the remaining reactor power and eventually the heat is taken out of the containment by the EAS/RRI heat exchanger， avoiding core melting.In the long term，the safety injection shut-down and regulator safety valve are closed and the core waste heat is exported by the RRA system.However，the operator's actions must be carried out within a certain time limit，otherwise the core will be exposed and melted.

【Key words】All lost water；Filling mode；Overflow mode

在壓水堆核電站中，雖然發(fā)生堆芯熔化事故的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，但是嚴(yán)重事故的潛在風(fēng)險(xiǎn)及其發(fā)生后對(duì)公眾安全和環(huán)境的威脅相當(dāng)大。因此，必須對(duì)嚴(yán)重事故進(jìn)行深入、全面地研究，制定嚴(yán)重事故的管理規(guī)程。1979年美國(guó)三里島核電站發(fā)生堆芯熔化事故后，嚴(yán)重事故的研究受到了廣泛重視。本文通過(guò)對(duì)完全喪失給水事故采用現(xiàn)實(shí)假設(shè)，采用更為真實(shí)合理的系統(tǒng)運(yùn)行值和保護(hù)定值，對(duì)事故瞬態(tài)和后續(xù)操縱員動(dòng)作進(jìn)行了詳細(xì)的分析，從而對(duì)全部喪失給水后堆芯狀態(tài)及進(jìn)程有了更深層次的了解，為操縱員在事故后操作提供指導(dǎo)。

1 事故概述

1.1 事故定義

蒸汽發(fā)生器給水完全喪失表現(xiàn)為：正常給水（ARE）喪失，或啟動(dòng)給水系統(tǒng)（APD）喪失，隨后輔助給水系統(tǒng)（ASG）未能啟動(dòng)； 或者正常給水系統(tǒng)不可用情況下，輔助給水系統(tǒng)運(yùn)行中喪失。

1.1.1 瞬態(tài)結(jié)果

正常給水停運(yùn)導(dǎo)致二回路導(dǎo)出一回路熱量的能力降低。

換熱能力下降導(dǎo)致一回路溫度上升；由于熱膨脹，一回路壓力上升。

二回路壓力基本穩(wěn)定。但SG窄量程水位很快下降至蒸汽發(fā)生器低水位停堆整定值。

從反應(yīng)堆緊急停堆直至操作員第一次動(dòng)作

◆反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)

由于停堆，一回路產(chǎn)生的熱量下降；熱段溫度下降并很快與冷段溫度接近；

主泵維持運(yùn)行；GCT-c開(kāi)始打開(kāi)；

反應(yīng)堆緊急停堆后一回路冷卻劑收縮，導(dǎo)致穩(wěn)壓器水位下降，壓力下降。

◆二回路系統(tǒng)

汽機(jī)停機(jī)導(dǎo)致二回路壓力上升；GCT-c開(kāi)啟后，上升趨勢(shì)變緩。

與前一階段相比，二回路水裝量下降趨緩。

蒸汽發(fā)生器水位低低信號(hào)觸發(fā)排污隔離。

操作員開(kāi)始第一個(gè)動(dòng)作前，事故后 448.3秒，蒸汽發(fā)生器寬量程水位低于-10m。根據(jù)該水位信號(hào)，操作員認(rèn)為蒸汽發(fā)生器不可用。

充水-溢出階段

該階段開(kāi)始于操作員第一個(gè)動(dòng)作（事故后622.2秒），直至充水-排水（feed-and-bleed）階段的開(kāi)始。

根據(jù)SG不可用準(zhǔn)則，主泵停運(yùn)；穩(wěn)壓器電加熱器切除；

一回路流量下降導(dǎo)致一、二次側(cè)換熱下降，熱段和冷段溫差加大；

反應(yīng)堆冷卻劑溫度上升、體積膨脹；再加上安全注射，兩者導(dǎo)致穩(wěn)壓器水位上升、一回路壓力上升。穩(wěn)壓器第一個(gè)SEBIM安全閥在701.5秒開(kāi)啟。

由于SG給水完全喪失，操作員停運(yùn)GCT-c，二回路壓力隨即上升至GCT-a開(kāi)啟壓力；

728.1秒GCT-a開(kāi)啟；

由于SG換熱下降，堆芯衰變熱下降以及SG水裝量下降后，GCT-a開(kāi)始關(guān)閉。

充水-排水（feed-and-bleed）階段

該階段開(kāi)始于2422.2秒，直至瞬態(tài)結(jié)束。

已經(jīng)意識(shí)到SG不可用（SG寬量程水位小于-10m）后，操作員開(kāi)始充水-排水操作前必須遵守一個(gè)規(guī)定的時(shí)間限制。

這個(gè)時(shí)間限制考慮：

◆堆芯出口溫度（TRIC）超過(guò)330℃（主泵停運(yùn)）；

◆安全注射泵啟動(dòng)后等待至少30分鐘（SEBIM閥運(yùn)行相關(guān)）。

首先達(dá)到的條件是30分鐘延遲（堆芯出口溫度未達(dá)到330℃限值）。滿足準(zhǔn)則后，操作員開(kāi)始充水-排水操作，即完全開(kāi)啟穩(wěn)壓器3個(gè)SEBIM安全閥（安全注射已經(jīng)啟動(dòng)）。

穩(wěn)壓器3個(gè)SEBIM安全閥完全開(kāi)啟導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力下降。

事故后 3392.9秒，一回路系統(tǒng)水裝量最少；此時(shí)堆芯的空泡份額最大，但低于0.6。

由于一回路水壓力繼續(xù)下降，安全注射系統(tǒng)安注箱開(kāi)始注入（3576.5 秒），一回路系統(tǒng)水裝量上升。

4364.3秒轉(zhuǎn)入再循環(huán)；由于該階段安全注射流量小，一回路系統(tǒng)水裝量上升速度稍微下降。

于是一回路水裝量不再下降，堆芯不會(huì)裸露。

2 適用的規(guī)程

2.1 H2規(guī)程概述

2.1.1 H2規(guī)程適用范圍

是用于超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件“蒸汽發(fā)生器（SG）給水全部喪失”發(fā)生時(shí)，確保堆芯完整的運(yùn)行規(guī)程。它的適用范圍覆蓋了反應(yīng)堆功率運(yùn)行、熱停堆直至RRA未連接狀態(tài)下的中間停堆。

2.2 主要處理思路

2.2.1 根據(jù)一回路溫度Tavg，將系統(tǒng)狀態(tài)劃分為高、低兩種：

●Tavg>P12：停堆停機(jī)，停運(yùn)三臺(tái)主泵，嘗試恢復(fù)蒸發(fā)器的給水，利用SG冷卻或者NSSS供水-溢出/排出模式冷卻一回路，直到RRA投入的中間停堆；

●Tavg

2.2.2 診斷確認(rèn)之后的自動(dòng)動(dòng)作確認(rèn)：

操作說(shuō)明：為有效利用二次側(cè)水裝量，停運(yùn)主泵，切除穩(wěn)壓器電加熱器。這樣使帶走的功率減少了至少12MW。主泵熱態(tài)輸出功率4690KW，電加熱器總功率24*60KW=1440KW。此外，這將引起一回路冷卻劑溫度分層，更易于向注入排水模式過(guò)渡。

2.2.3 通過(guò)NSSS供水-溢出方式控制冷卻（冷卻方式一）：

一回路操作說(shuō)明：

●堆芯出口溫度整定值決定蒸發(fā)器喪失剩余功率排出能力。事實(shí)上，如果向二次側(cè)傳遞的能量足夠的話，就確定了冷卻劑的冷段溫度（小于290℃，該值對(duì)應(yīng)于蒸發(fā)器最大壓力），從而也就限制了堆芯出口溫度。RIC溫度整定值330℃等于第一個(gè)SEBIM安全閥開(kāi)啟壓力（16.6MPa.abs）對(duì)應(yīng)的飽和溫度（350℃）減去飽和裕度的不確定性20℃。如果達(dá)到整定值330℃，必須進(jìn)入注入排水階段。超過(guò)這個(gè)限制，安注流量將不足以帶走反應(yīng)堆冷卻劑中積累的所有能量，堆芯就可能出現(xiàn)裸露。

●預(yù)期安注啟動(dòng)為ASG或APD泵的恢復(fù)提供了一段附加的延遲時(shí)間。注入一回路冷卻劑的水升溫吸收了大約18MW熱量，約為停堆后30分鐘時(shí)最大余熱的1/3。穩(wěn)壓器滿水后第一個(gè)SEBIM安全閥履行溢流功能，限制其壓力。這就是“注入和溢流”方式。手動(dòng)啟動(dòng)安注后5分鐘才能執(zhí)行復(fù)位SI信號(hào)等措施。

二回路操作說(shuō)明：

●如果在蒸發(fā)器完全干涸前穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥已開(kāi)啟，為了在蒸發(fā)器管板上方保留一點(diǎn)水量，關(guān)閉VVP蒸汽隔離閥。這有助于減小蒸發(fā)器再注水時(shí)（必要的話）的熱沖擊。

●一回路冷卻劑經(jīng)穩(wěn)壓器排放管線、卸壓箱爆破膜排放到安全殼中，引起安全殼壓力、溫度上升。在通風(fēng)系統(tǒng)可用的情況下，啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)有助于帶走安全殼中部分能量，并且允許推遲EAS的啟動(dòng)。隨著時(shí)間的推移，為保護(hù)安全殼必須啟動(dòng)EAS系統(tǒng)，帶走剩余功率（如果蒸發(fā)器恢復(fù)失敗，需啟動(dòng)RRA）。

●恢復(fù)ASG或APD給水操作前，請(qǐng)確認(rèn)關(guān)閉ASG，以避免在給水水源恢復(fù)時(shí)向蒸發(fā)器的突然重新供水（造成對(duì)管板的冷沖擊）。確認(rèn)安注信號(hào)關(guān)閉了ARE閥門(mén)。當(dāng)至少有一臺(tái)蒸發(fā)器由ASG或APD供水時(shí)，對(duì)蒸發(fā)器的再次注水必須逐步進(jìn)行，調(diào)節(jié)每臺(tái)蒸發(fā)器ASG或APD流量為10m3/h，直至寬量程水位大于-11m。

●蒸發(fā)器可用判斷：由于蒸發(fā)器中發(fā)生的熱交換，低溫給水注入引起的冷卻（36m3/h流量的ASG給水被加熱到280℃將吸收11MW熱量，即約為停堆后2小時(shí)剩余功率的1/3）。限制給水流量，使一回路冷卻劑的降溫不超過(guò)56℃/h。蒸發(fā)器的水位（寬量程）超過(guò)-10m時(shí)，表明蒸發(fā)器不再處于排空狀態(tài)。如果至少有一臺(tái)蒸發(fā)器處于上述狀態(tài)，手動(dòng)開(kāi)啟GCTa，同時(shí)觀測(cè)對(duì)蒸發(fā)器水位和一回路降溫的要求：蒸發(fā)器水位不下降，一回路降溫不超過(guò)56℃/h。當(dāng)SG再次注水時(shí)，必須核實(shí)其效率：RIC溫度首先由輕微下降，一旦給水流量增加，隨即快速下降。蒸發(fā)器中存在的一些不可凝結(jié)氣體可能不足以阻止熱交換。

2.2.4 通過(guò)NSSS供水-排出方式控制冷卻（冷卻方式二）：

一回路操作說(shuō)明：

●穩(wěn)壓器排放管線手動(dòng)開(kāi)啟準(zhǔn)則：

◆堆芯出口溫度Tric大于330℃（剩余功率高時(shí)）

◆或者是抑制反應(yīng)堆冷卻劑升壓的安全閥運(yùn)行時(shí)間限制。由于溫度限制的問(wèn)題，先導(dǎo)箱反復(fù)運(yùn)行的時(shí)間約為手動(dòng)啟動(dòng)SI后30分鐘。

在最不利的情況下，操作員有50分鐘的時(shí)間來(lái)恢復(fù)ASG、APD或APA給水。

●在注入排水模式中，反應(yīng)堆冷卻劑壓力、溫度隨剩余功率緩慢下降。如果達(dá)到170℃時(shí)，蒸發(fā)器給水還未恢復(fù)，應(yīng)優(yōu)先考慮連接到RRA進(jìn)行冷卻。一旦下列四個(gè)要求同時(shí)得到滿足，就能啟動(dòng)RRA系統(tǒng)：

◆只有一列EAS在運(yùn)行，

◆Tric<170℃

◆反應(yīng)堆冷卻劑壓力<2.7MPa表壓

◆ΔTsat>20℃，該要求消除了RRA泵汽蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

二回路操作說(shuō)明：

●一回路冷卻劑溫度下降后，給水可以通過(guò)以下方式應(yīng)急提供：

◆通過(guò)APD泵（APD系統(tǒng)），APD可提供給SG的給水流量為200m3/h

◆通過(guò)電動(dòng)給水泵（APA系統(tǒng)）；

◆通過(guò)CEX泵（不用任何給水泵）

通過(guò)何種方式取決于二次側(cè)設(shè)備的可用性。

3 結(jié)論

分析表明要求的操作員動(dòng)作能導(dǎo)出堆芯余熱，堆芯沒(méi)有任何風(fēng)險(xiǎn)。長(zhǎng)期階段，安全注射停運(yùn)以及穩(wěn)壓器SEBIM安全閥關(guān)閉，堆芯余熱由RRA系統(tǒng)導(dǎo)出。