馬強(qiáng)

摘 要:對AP1000中廠用水系統(tǒng)(Service Water System, SWS)系統(tǒng)的重要性和先進(jìn)性進(jìn)行了比較性論述,并闡述了SWS系統(tǒng)故障對核電廠的影響,最后針對福島事故的教訓(xùn),給出了SWS設(shè)計(jì)改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞:核電廠AP1000廠用水系統(tǒng)(SWS)福島事故設(shè)計(jì)改進(jìn)

中圖分類號:TL73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0128-01

1廠用水系統(tǒng)簡介

廠用水系統(tǒng)是一個(gè)非安全相關(guān)的系統(tǒng),無論在電廠正常運(yùn)行還是在事故工況,該系統(tǒng)都將設(shè)備冷卻水(Component Cooling Water System,CCS)傳輸?shù)臒崃繋С觥?/p>

2SWS系統(tǒng)對AP1000核電廠安全的影響

2.1 AP1000核電廠SWS系統(tǒng)的優(yōu)越性

某些建造年代較早的核電廠,設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(RRI)向核島內(nèi)各熱交換器供水,并將其熱負(fù)荷通過重要廠用水系統(tǒng)(Essential Service Water System SEC)傳到海水中[1]。

而在AP1000核電廠中,則是CCS系統(tǒng)將核島構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件產(chǎn)生的多余熱量以及冷停堆過程的衰變熱首先傳遞至設(shè)在常規(guī)島的換熱器,然后再由SWS系統(tǒng)送至大?；蚶鋮s塔。

兩者主要區(qū)別在于:(1)AP1000的SWS系統(tǒng)均為非安全相關(guān)系統(tǒng),而早期核電廠的SEC則是安全相關(guān)的系統(tǒng),顯然前者的建造和運(yùn)行成本更低。(2)由于AP1000的非能動(dòng)設(shè)計(jì),SWS系統(tǒng)可以比SEC系統(tǒng)更加簡單,只需要兩臺100%容量的廠用水泵即可,而SEC系統(tǒng)則需要4臺安全相關(guān)的水泵[2]。

2.2 SWS系統(tǒng)故障對AP1000核電廠的運(yùn)行影響

在電廠功率運(yùn)行期間,如果兩臺廠用水泵發(fā)生故障,CCS熱交換器冷卻功能立即受到影響。CCS升溫將導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻劑泵(RCP)定子溫度報(bào)警,如果SWS沒有及時(shí)恢復(fù),則四臺反應(yīng)堆冷卻劑泵停止運(yùn)行,反應(yīng)堆事故停堆保護(hù)。在這種情況下,衰變熱通過反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)自然循環(huán)排出堆芯。可見SWS對核電廠的正常運(yùn)行有著重要影響。

3福島事故對SWS系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的啟示

3.1 SWS系統(tǒng)構(gòu)成

AP1000的SWS系統(tǒng)是一個(gè)封閉回路的冷卻系統(tǒng)。它由兩臺100%容量的廠用水泵,自動(dòng)反沖洗過濾器和相關(guān)管道、閥門、控制設(shè)備和儀表組成。廠用水泵抽取海水或冷卻回水,然后將其送至設(shè)備冷卻水交換器,排出設(shè)備冷卻水系統(tǒng)中的熱量。

SWS系統(tǒng)有兩個(gè)系列,每個(gè)系列都有其獨(dú)立的廠用水泵、過濾器和換熱器,這些設(shè)備都可以互為備用,從而提高了系統(tǒng)的可靠性[3]。

3.2 福島事故對SWS設(shè)計(jì)工作的啟示

福島事故的主要原因是地震海嘯使電廠斷電,衰變熱無法排出,導(dǎo)致反應(yīng)堆過熱,并先后發(fā)生氫氣爆炸和核泄露[4]。

SWS系統(tǒng)對核島設(shè)備冷卻的過程有至關(guān)重要的作用,因此我們在設(shè)計(jì)SWS系統(tǒng)時(shí),必須充分考慮到地震和海嘯對該系統(tǒng)的影響,以保證在極端情況發(fā)生的時(shí)候,SWS能夠不發(fā)生重大損壞并能在損壞后很快恢復(fù)正常工作。

為了滿足這一條件,SWS設(shè)計(jì)過程需采取如下設(shè)計(jì)方法。

(1)在SWS兩個(gè)系列中均安裝多個(gè)閥門,并設(shè)計(jì)多個(gè)連通管,以實(shí)現(xiàn)兩系列各個(gè)組件的相互備用。具體做法為:在每個(gè)系列的設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱交換器的上游和下游管道之間設(shè)置連通管,從而兩個(gè)廠用水泵中的任何一個(gè)都可以將冷卻水輸送給兩個(gè)熱交換器的任何一個(gè),并且允許任意一個(gè)熱交換器通過平行布置的另一個(gè)熱交換器的排水管排放到循環(huán)水系統(tǒng)排水管中。廠用水系統(tǒng)將冷卻水排放到循環(huán)水系統(tǒng)排水涵管,然后與循環(huán)水系統(tǒng)的排水混合后排到大海。(2)降低管道系統(tǒng)內(nèi)部阻力。盡可能的減少彎頭、三通以及閥門的使用,減少管道的轉(zhuǎn)彎,盡量采用手動(dòng)碟閥。(3)提高管道的耐用度。采用耐海水腐蝕的管道,在室內(nèi)管材為AL-6XN,在室外則用HDPE,閥門采用耐腐蝕的襯膠碟閥。(4)廠用水泵也需注意防腐。大亞灣核電站當(dāng)時(shí)所有8臺SEC泵都是使用1Cr17Ni2這種不耐海水腐蝕的葉輪防轉(zhuǎn)螺釘,因此8臺泵的葉輪同時(shí)脫落導(dǎo)致8臺泵同時(shí)不能使用,使電站核島熱阱險(xiǎn)些全部喪失[5]。SEC系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到了海水環(huán)境對設(shè)備的破壞作用,并采取了一系列防腐蝕措施,例如與海水接觸時(shí),不耐海水腐蝕的材料都采用保護(hù)層(橡膠襯里、水泥砂漿襯里)與海水隔絕。但是通過大亞灣核電站10多年的運(yùn)行情況來看,仍有不少的腐蝕問題發(fā)生,SEC系統(tǒng)局部還存在防腐蝕設(shè)計(jì)和選材的不足之處,有可以改進(jìn)的地方。在AP1000的設(shè)計(jì)工作中也需要注意這個(gè)問題。

4結(jié)語

簡而言之,這次失事的日本核電站是老舊的、瀕臨退役的、安全理念不夠完善的核電站,我們在AP1000 SWS設(shè)計(jì)工作需要從此次事故以及世界上眾多核事故血的教訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)中獲取改進(jìn)的資料,就如同每一次空難調(diào)查和反思都會使我們的民航客機(jī)更加安全一樣—— 人類就是這樣在曲折中付出代價(jià),從而不斷進(jìn)步的。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉飛華,晏衛(wèi)國.大亞灣核電站核島重要廠用水系統(tǒng)(SEC)典型的腐蝕事件及評價(jià)[J].腐蝕與防護(hù),2007,28(12):633-636.

[2] Westinghouse.AP1000 Design Control Document (Rev.16)[Z].May 2007.

[3] 林誠格.非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠AP1000[M].北京:原子能出版社,270-273.

[4] 柴之芳.從日本福島核事故說起[J].科學(xué)文化評論,2011(5).

[5] DG.NSP.131.1U03/005.大亞灣核電站運(yùn)行事件報(bào)告:SEC泵葉輪鎖緊螺釘?shù)姆擂D(zhuǎn)螺釘腐蝕共模問題可能導(dǎo)致最終熱阱喪失[Z].