方家山核电误稀释的原因及防范措施

方家山核电误稀释的原因及防范措施

步李豪

中核核电运行管理有限公司314300

摘要：硼稀释事故作为反应性事故，可在电厂所有运行模式下发生，是对核电厂的安全造成威胁的主要事故之一。本文概要地叙述了压水堆硼稀释事故的原因、后果，并介绍了方家山机组的防稀释措施。

关键词：方家山核电；误稀释；防范措施

1.0前言

自从切尔诺贝利事故后，反应性事故研究成为关系核电厂安全运行的一个重要问题。根据法国核电站运行经验反馈和分析，原有设计中存在着发生意外硼稀释而导致堆芯熔化的潜在风险。其假设条件为：

当厂变突然失电时，反应堆冷却剂泵停运，一回路强迫循环丧失，而由应急厂用设备母线LHA/B供电的RCV上充泵和REA泵仍可继续运行。此时，如果稀释未停止或进行稀释操作，就会因自然循环能力不足而在上充管线进入一回路的入口处形成低硼浓度的“水塞”又称“水团”，同时随主泵轴封水的注入，也会在主泵泵壳内积聚低硼水。当外电源恢复，重新启动反应堆冷却剂泵时，就会将这些低硼水推入堆芯，从而快速引入正反应性，有可能造成反应堆超临界。为防止上述情况的发生，增加了防止快稀释反应性事故的保护措施。

在反应堆停堆状态下，若由于某些设备，如热交换器传热管破裂（RCV热交换器、高压冷却器）和含低硼水或清水系统与一回路连接的阀门等泄漏，导致低硼水或清水进入一回路，缓慢地稀释了反应堆冷却剂硼浓度，向堆芯引入了正反应性，使反应堆重返临界。为防止上述情况的发生，增加了防止慢稀释反应性事故的保护措施。

2.0硼稀释事故的原因及后果

2.1硼稀释事故的原因

硼稀释事故原因总体主要是由人因事故、操作规程缺陷、设备故障、设计缺陷等原因单独或者共模引起的。具体原因有以下几个方面：

2.1.1人因失误

2.1.2管理及规程屏障的失效

2.1.3与主系统直接或间接相连系统或设备的异常或故障

2.1.4消防水造成误稀释

2.1.5在不当硼稀释后启动主泵造成的硼稀释事故

2.2硼稀释事故的后果

硼稀释事故可以在所有运行模式下发生，从满功率运行工况一直到换料停堆工况。其事故后果主要表现在两个方面：

1）在功率运行时则会引起功率失控增加或局部功率增加，可能引起偏离泡核沸腾（DNB），导致燃料包壳破损，导致放射性外泄。

2）停堆工况下，清水进入堆芯，引起反应堆次临界度降低，可能导致反应堆不可控的重新临界。

所以我们必须关注此类事故，给出相应的防范措施，尽量避免此类事故的发生，或在发生此类事故后能够减轻事故的后果。

3.0方家山核电站机组防误稀释的改进措施

方家山核电站针对防止误稀释采取了很多措施，防止核电厂在所有运行模式下的（除RCD模式）误稀释事故。

尽管核电站在设计和运行过程中采取了各种措施来预防硼稀释事故，但是此类事故还是时有发生。各国对误稀释事故就行了大量的研究，对已运行的电厂进行了相关的改进措施，较少硼稀释事故的发生。方家山机组在设计中，根据法国核电站的运行经验反馈，在设计中增加了防止误稀释的措施。

建立一个防误稀释保护信号ADP信号（Anti-Dilution）

已经进行的反应性事故研究表明：在一回路主泵停运的运行工况下，如果有一体积为硼浓度非常低的水和/或以m3数量级的冷水进入一回路的话，反应堆堆芯的后果将非常严重。

事实上，失去强迫循环和如果自然循环的流量不足够的话，这清水团和/或冷水借助于一些连接回路会在一回路中聚集，而当启动主泵时，这清水团进入堆芯，将引起反应堆准瞬时重新临界。

防稀释自动装置的目的是为了防止这个风险。防误稀释保护由下列信号信号组成：失去一回路主泵、RRA没有连接和回路自然循环流量不足，这些信号共同产生“防误稀释保护”（ADP）。这个信号触发上充泵吸入口切换至PTR水箱。一旦切换至PTR，只能在10分钟之后才能切回RCV。一个报警信号警告操纵员机组处于自然循环流量不足的工况。

当RRA连接时，这个保护被闭锁，因为不管剩余余热多少，自然循环流量都不能均匀一回路。因此，特别的测量取自RRA连接。

自然循环流量“阈值”与剩余余热有关。选择功率阈值P16（40%）作为这个流量的指示器。

当功率降至P16以下，在失去一回路主泵时，当剩余余热非常弱时防误稀释保护将生效以便确保自然循环流量足够。该保护只在T1以后生效（T1取决于机组停运的时间）。相反，当功率上升至P16以上在失去一回路主泵时，该保护在T2后生效，该时间使得剩余余热恢复。因此自然循环流量不足通过延迟信号和P16表示。在这两种情况下可以说保护是“生效”的

简单概括ADP在下列情况下同时满足生效且当生效时自动将RCV上充泵吸入口由容控箱切换到换料水箱，：

RCP与RRA没有连接

RCP自然循环流量低

RCP强迫循环流量不足

RRA与RCP连接时，禁止稀释

由于相关研究已经表明RRA接入时对自然循环起阻碍作用，所以RRA与RCP连接时，如正在稀释，则自动停止相关稀释；如没有稀释，则自动禁止相关稀释。

抑制注入一回路硼浓度

当一回路硼浓度低于2000ppm时，若计算的补给水硼浓度比一回路硼浓度低200ppm，同时REA系统处于补给工作状态，则发出补给水硼浓度低报警REA509KA。如果同时RRA处于接入到RCP的状态，则停止并禁止补水。

TEP返回管线在RCP强迫循环丧失时关闭

在RRA与RCP连接前，如果TEP返回管线的阀门1TEP053VP（2TEP054VP）已在开启状态，则RRA与RCP连接后仍可维持开启状态；在RRA接入RCP前，如果1TEP053VP（2TEP054VP）已在关闭状态，则RRA接入RCP后，1TEP053VP（2TEP054VP）闭锁开启；“一回路失去强迫循环”信号同时也强制RCV030VP置在“自动”模式下。

设置防慢速误稀释的自动措施

在正常停堆工况下，当源量程中子注量率高时，产生紧急停堆信号，同时RCV系统的上充泵吸入口自动切换到换料水箱。这是通过自动命令去隔离可能的稀释来源，而不用运行人员采取措施。

中间量程倍增时间短保护

方家山核电机组中，除了中子通量率高（﹥20%FP）会产生C1闭锁提升控制棒，中子通量倍增时间＜18秒，也会产生C1信号闭锁控制棒的提升。

4.0结论

压水堆电站发生硼稀释事故的原因很多，且在所有运行模式下都有可能发生，并可能引起比较严重的后果。方家山机组吸取了其他电站防误稀释的先进经验，采取了比较完善的防误稀释自动保护装置，根据事故分析的结果，操纵员有足够的响应时间来应对可能出现的各种硼稀释事件。即使如此，运行人员仍然应该保持足够的警惕，严格执行运行技术规范和规程中的各项措施和要求，以避免硼误稀释事件的发生。

参考文献

[1]秦山核电站扩建项目（方家山核电工程）运行技术规范，中核核电工程有限公司2010年

[2]秦山核电站扩建项目（方家山核电工程）不可控硼稀释事故导则中国核动力设计研究院2011年

[3]方家山系统手册2011年12月

[4]柯国土许汉铭.压水堆核电站停堆工况硼失控稀释事故风险研究.中国核科技报告，1999年，第S4期