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摘要：在發(fā)生喪失冷卻劑事故后，安注箱、堆芯補(bǔ)水箱、非能動(dòng)余熱導(dǎo)出熱交換器將相繼投用，最終機(jī)組將進(jìn)入安全殼長期再循環(huán)。文章闡述了安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的歷次改進(jìn)，分析了安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的設(shè)計(jì)概況，列舉了可能的碎片源，提出了首次裝料前的踏勘注意事項(xiàng)，與EPR機(jī)組的ECCS濾網(wǎng)進(jìn)行了比較，并陳述了總體結(jié)論。

關(guān)鍵詞：非能動(dòng)；安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)；冷卻劑事故；核電站；發(fā)電機(jī)組 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TL364 文章編號(hào)：1009-2374（2015）28-0033-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.016

1 LOCA事故后的基本過程與安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)

根據(jù)AP1000設(shè)計(jì)，在核電機(jī)組發(fā)生LOCA事故（假定為大LOCA）后，非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)（PXS）的安注箱（ACC）、堆芯補(bǔ)水箱（CMT）、非能動(dòng)余熱導(dǎo)出熱交換器（PRHR HX）將相繼投用（參見圖1）；當(dāng)堆內(nèi)換料水箱（IRWST）內(nèi)的液位到達(dá)低-3時(shí)，安全殼再循環(huán)爆破閥動(dòng)作，安全殼內(nèi)部將進(jìn)入安全殼長期再循環(huán)階段。在此階段中，水源能否順利冷卻堆芯，需重點(diǎn)關(guān)注安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的功能是否能夠順利實(shí)現(xiàn)。

2 安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的改進(jìn)及目前的設(shè)計(jì)概況

2.1 安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的變更與改進(jìn)

安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)及其相關(guān)的設(shè)備在此前的設(shè)計(jì)中進(jìn)行過歷次變更，主要包括擴(kuò)大濾網(wǎng)面積，在兩個(gè)單獨(dú)的濾網(wǎng)中間設(shè)置隔離，將安全殼內(nèi)設(shè)備的標(biāo)簽、銘牌等材料確定為不銹鋼等。上述設(shè)計(jì)變更增加了安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的可靠性，進(jìn)一步滿足了相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，降低了安全殼內(nèi)可能的碎片源，從總體上優(yōu)化了安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的設(shè)計(jì)。

2.2 安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)目前的設(shè)計(jì)概況

安全殼內(nèi)有2個(gè)安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)，均布置在蒸汽發(fā)生器（SG）下部的11202隔間，標(biāo)高為83英尺（地下一層）。每個(gè)濾網(wǎng)都有60個(gè)濾芯，每個(gè)濾芯含有42個(gè)過濾囊，每個(gè)過濾囊的表面積為0.09m2，總表面積約為233.2m2。濾網(wǎng)是核C級(jí)設(shè)備，其設(shè)計(jì)滿足抗震I類要求。濾網(wǎng)由攔污柵和細(xì)濾網(wǎng)組成。攔污柵防止大的雜質(zhì)到達(dá)細(xì)濾網(wǎng)，折疊型的細(xì)濾網(wǎng)則防止大于1.6mm的雜質(zhì)注入RCS內(nèi)堵塞冷卻通道?？紤]到包絡(luò)PXS和正常余熱排除系統(tǒng)（RNS）泵的水流量，濾網(wǎng)能通過122～591m3/h的水。

安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)上部有堅(jiān)實(shí)的保護(hù)板（參見圖2），能夠防止非安全相關(guān)涂料失效產(chǎn)生的碎片直接掉入濾網(wǎng)附近水域。保護(hù)板布置在不高于濾網(wǎng)頂部0.381m的地方，并且向前方延伸至少2.718m、向側(cè)面延伸至少2.13m。濾網(wǎng)底部高于地面0.61m，這可以防止高密度的碎片被水流沿著地面卷向?yàn)V網(wǎng)。

3 碎片源分析

除了壓力容器的少數(shù)位置采用了非金屬保溫層外，三門核電一期工程安全殼內(nèi)的主設(shè)備基本采用金屬反射保溫層（Reflected Metallic Insulation，簡稱RMI），因此在LOCA事故期間，雖然RMI可能受到噴射撞擊，但不會(huì)產(chǎn)生纖維類碎片。RMI損壞后，產(chǎn)生的碎片主要是不銹鋼薄片、板材。因?yàn)槊芏却?，這些薄片和板材會(huì)快速沉降，不會(huì)輸送到安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)前。三門核電一期工程內(nèi)的水流速度低，即使考慮了RNS泵的運(yùn)行，濾網(wǎng)表面的水流速度（0.004m/s）也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般壓水堆內(nèi)水流的速度（0.034m/s），而且這些薄片和板材的有足夠長的沉降時(shí)間，故不會(huì)堵塞濾網(wǎng)。因此，在發(fā)生LOCA事故后，無需考慮RMI產(chǎn)生的碎片?？紤]到安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的布置（高于地面0.61m）以及涂層的材料（主要是無機(jī)鋅和環(huán)氧樹脂），預(yù)計(jì)安全殼內(nèi)高密度、難剝離的涂層剝落不會(huì)導(dǎo)致濾網(wǎng)的堵塞。但在影響區(qū)域（Zone of Influence，簡稱ZOI）內(nèi)，由于LOCA后的沖擊與噴射，設(shè)備和管道的涂料可能會(huì)產(chǎn)生碎片。此外，考慮到安全殼內(nèi)的填縫料、標(biāo)識(shí)牌、標(biāo)簽、水泥渣、毛發(fā)、膠帶等異物以及因淹沒、浸泡發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的化學(xué)沉淀，因此仍有一些可遷移的碎片源，主要包括全廠范圍內(nèi)的潛在碎片、ZOI內(nèi)的涂料碎片、長期淹沒后的化學(xué)沉淀（如壓力容器的非金屬保溫層）等。

根據(jù)安全殼清潔大綱，潛在碎片的總量不大于59kg，其中潛在纖維總量不大于2.99kg，其他潛在碎片總量約為56kg；影響區(qū)域采用較為保守的估算（環(huán)氧樹脂區(qū)域采用4D，無機(jī)鋅區(qū)域采用10D，其中D為破口直徑，遠(yuǎn)大于NEI 04-07 3-14中推薦值1.0的要求），ZOI總涂料顆粒碎片總量最多為31.75kg；30天內(nèi)化學(xué)沉淀的總量最多為26kg。在此基礎(chǔ)上，保守假定纖維碎片（2.99kg）、涂料顆粒碎片及其他潛在碎片（87.73kg）、化學(xué)沉淀（26kg）100%遷移到安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)處，依然可以保證濾網(wǎng)的壓差損失不超過1.72kPa，滿足安全殼長期再循環(huán)的要求。

4 三門核電一期工程首次裝料前安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的踏勘

為了響應(yīng)國家核安全局的要求，三門核電一期工程已于2014年底啟動(dòng)了首次裝料前安全殼長期再循環(huán)相關(guān)的踏勘方案、踏勘計(jì)劃的制定工作。在此工作及后續(xù)的實(shí)際踏勘中，需關(guān)注以下兩點(diǎn)：

4.1 做好所需文件與踏勘工具的準(zhǔn)備

為了進(jìn)一步確保安全殼再循環(huán)的可靠性，可以在安全殼清潔后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘。在踏勘前，首先應(yīng)熟悉安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)與地坑的設(shè)計(jì)文件，包括濾網(wǎng)設(shè)計(jì)文件、歷史碎片源文件、碎片遷移計(jì)算報(bào)告等，并審查建造和維修記錄，確認(rèn)外部異物已經(jīng)排除。接下來，須準(zhǔn)備相關(guān)工具，包括安全殼內(nèi)的布置圖、管道圖、腳手架、皮尺、探針、手電筒、數(shù)碼相機(jī)、無損磁力測(cè)微計(jì)、取樣刀、記號(hào)筆等。在進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，可順著流道，對(duì)保溫材料、安全殼內(nèi)涂層材料、污垢以及異物進(jìn)行重點(diǎn)踏勘取樣，尤應(yīng)關(guān)注堵塞點(diǎn)、滯留區(qū)，做好相應(yīng)的標(biāo)識(shí)。

4.2 關(guān)注碎片源，及時(shí)清理碎片

三門核電一期工程的安全殼內(nèi)，產(chǎn)生碎片的材料主要由全廠范圍內(nèi)的潛在碎片、ZOI的涂料碎片、長期淹沒后的化學(xué)沉淀等構(gòu)成。對(duì)于全廠范圍內(nèi)的潛在碎片，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注安全殼內(nèi)的標(biāo)識(shí)牌、紙屑、毛發(fā)、衣物線頭、塑料皮等；對(duì)于ZOI內(nèi)的涂料碎片，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注安全殼內(nèi)的管道、設(shè)備上的油漆涂層以及鋼制安全殼的環(huán)氧樹脂與無機(jī)鋅涂層；對(duì)于長期淹沒后的化學(xué)沉淀，可以關(guān)注壓力容器非金屬保溫層的狀態(tài)、pH值調(diào)節(jié)籃內(nèi)磷酸三鈉的情況、安全殼水淹水位以下的涂料性狀以及其他相關(guān)的化學(xué)物品。由于三門核電一期工程的安全殼長期再循環(huán)過程中不需要依靠應(yīng)急堆芯冷卻泵，因此無需考慮因?yàn)榘踩珰ぴ傺h(huán)濾網(wǎng)堵塞帶來的應(yīng)急堆芯冷卻泵的壓頭損失，但如果濾網(wǎng)發(fā)生阻塞，會(huì)導(dǎo)致再循環(huán)水流非常小，這將影響長期再循環(huán)的安全。因此，如果在附近或影響區(qū)域內(nèi)有污垢、異物，須注意在合適的時(shí)間窗口及時(shí)清理。

5 與EPR應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)（ECCS）濾網(wǎng)的比較

在主要設(shè)備、管道上盡量采用RMI以減少纖維類碎片的產(chǎn)生，這一點(diǎn)上EPR和AP1000有著相通之處。改進(jìn)的濾網(wǎng)可以采用能動(dòng)（如反沖洗、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)等）或非能動(dòng)的方法來減輕碎片堵塞的影響。在EPR的設(shè)計(jì)中，其應(yīng)急堆芯冷卻的功能是通過圍堰、攔污架、承重底板、滯留籃、IRWST、ECCS濾網(wǎng)、反沖洗泵和相關(guān)管線（參見圖3）來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)EPR機(jī)組發(fā)生事故后，安全殼內(nèi)的碎片首先會(huì)被圍堰和攔污架攔截、過濾，再經(jīng)過承重底板進(jìn)入滯留籃，大部分的碎片會(huì)被滯留籃截住；當(dāng)滯留籃裝滿碎片后，碎片會(huì)進(jìn)入IRWST，并被濾網(wǎng)進(jìn)一步過濾；若濾網(wǎng)發(fā)生堵塞，反沖洗泵可以對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行反沖洗，減輕碎片堵塞帶來的壓差。反沖洗水流可能會(huì)對(duì)正常水流造成一定影響，在運(yùn)行時(shí)須密切關(guān)注。

通過上述資料，可以看到EPR的設(shè)計(jì)更側(cè)重一系列的縱深防御，AP1000則側(cè)重用簡潔的非能動(dòng)設(shè)備達(dá)到多重效果。2011年3月11日，因遭遇了9級(jí)地震和海嘯，日本福島第一核電站6臺(tái)機(jī)組均嚴(yán)重受損。在地震和海嘯之后，電站喪失廠外電源，冷卻水系統(tǒng)被損壞，其全部6臺(tái)機(jī)組的堆芯冷卻都遇到了困難。由于海水淹沒了配電設(shè)備，堆芯冷卻的恢復(fù)也受到了海嘯的嚴(yán)重阻礙。從此事故中可以了解到，福島第一核電站喪失電源導(dǎo)致了應(yīng)急堆芯冷卻泵無法正常使用，而配電設(shè)備的無法恢復(fù)導(dǎo)致應(yīng)急堆芯冷卻泵難以維修。對(duì)于必須依靠能動(dòng)設(shè)備才能建立起有效的安全殼再循環(huán)的反應(yīng)堆（如EPR等）而言，在事故工況下無法投用應(yīng)急堆芯冷卻泵即意味著安全殼再循環(huán)無法建立，也意味著堆芯冷卻面臨極大的威脅與挑戰(zhàn)。但對(duì)于三門核電一期工程而言，僅需保證安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的可用性即可建立自然循環(huán)，這顯然是其一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)語

AP1000的安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)設(shè)計(jì)在防止LOCA事故后的濾網(wǎng)堵塞方面已經(jīng)做了很大改進(jìn)，主要表現(xiàn)為：（1）提供較長的沉降時(shí)間、較深的淹沒水位和較小的再循環(huán)流量、流速以改善碎片沉降；（2）采用褶皺型濾網(wǎng)以增加濾網(wǎng)表面積；（3）濾網(wǎng)的布置高于樓面，且正上方、側(cè)翼有保護(hù)板；（4）安全殼內(nèi)主要設(shè)備、管道均采用RMI，從而避免了纖維類碎片的產(chǎn)生；（5）無需安全殼自動(dòng)噴淋；（6）無需應(yīng)急堆芯冷卻泵；（7）在安全殼內(nèi)使用高密度涂料，如無機(jī)鋅和環(huán)氧樹脂。

經(jīng)過分析AP1000安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)的效果（包括其參數(shù)、布置、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等）與碎片源（包括全廠范圍內(nèi)的潛在碎片、ZOI內(nèi)的涂料碎片、長期淹沒后的化學(xué)沉淀），并與EPR的ECCS濾網(wǎng)進(jìn)行比較，可以看到三門核電一期工程的濾網(wǎng)確實(shí)有著較高的可靠性，保障安全殼長期再循環(huán)的效果顯著，設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)也十分突出。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）