三門(mén)核電有限公司 浙江 三門(mén) 317112

正文：

1.概述

2011年3月11日，日本福島第一核電廠發(fā)生了里氏8.9級(jí)強(qiáng)地震，并疊加海嘯引起全廠失電，導(dǎo)致乏燃料失去冷卻，乏燃料池溫度持續(xù)上升。事故引起4號(hào)機(jī)組乏燃料水池廠房發(fā)生氫爆，放射性物質(zhì)大量外泄，其后果影響至今。

福島核事故后，美國(guó)核管會(huì)（NRC）發(fā)布了一系列的命令，要求核電廠采取措施保證嚴(yán)重事故情況下乏池的安全。我國(guó)核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)也發(fā)布了國(guó)核安發(fā)[2012]98號(hào)《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動(dòng)通用技術(shù)要求》和國(guó)核安函[2013]52號(hào)《“十二五”期間新建核電廠安全要求》，從乏池補(bǔ)水的移動(dòng)設(shè)施、事故規(guī)程、嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則等多個(gè)方面對(duì)核電執(zhí)照持有者提出了新的要求。

AP1000作為當(dāng)前國(guó)際上先進(jìn)的三代核電技術(shù)之一，采取了非能動(dòng)的設(shè)計(jì)理念，在發(fā)生全廠失電事故時(shí)可以通過(guò)乏燃料水池的補(bǔ)水和噴淋來(lái)保證乏燃料組件的冷卻。本文將對(duì)照國(guó)內(nèi)外核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)的最新要求，分析AP1000的乏池冷卻策略和運(yùn)行規(guī)程配置，以促進(jìn)AP1000乏燃料水池事故管理水平的全面提升。

2.NRC對(duì)維持乏池可用性的最新要求

2001年911恐怖事件發(fā)生后，美國(guó)核管會(huì)（NRC）發(fā)布了EA-02-026“關(guān)于臨時(shí)防護(hù)和安保補(bǔ)償措施的命令”，其中命令的第B.5.b節(jié)要求核電執(zhí)照持有者利用現(xiàn)有可利用的設(shè)備制定事故緩解策略，以便在發(fā)生核電廠大面積損壞事故時(shí)，能夠維持和及時(shí)恢復(fù)乏燃料水池的冷卻能力。2006年11月，美國(guó)核能研究所（NEI）發(fā)布了NEI 06-12“B.5.b第2&3階段指導(dǎo)”，提出了關(guān)于乏池內(nèi)部補(bǔ)水、外部補(bǔ)水和乏池噴淋等具體技術(shù)措施，為核電廠應(yīng)對(duì)大面積損壞的事故緩解策略提供詳細(xì)的指導(dǎo)，并得到了NRC的認(rèn)可。

2011年3月，日本福島核電廠由于發(fā)生強(qiáng)烈地震及隨后引發(fā)的巨大海嘯導(dǎo)致發(fā)生了福島核事故。2011年7 月，福島核事故短期專(zhuān)項(xiàng)工作組在進(jìn)行了充分的事故調(diào)查和分析后發(fā)布了“二十一世紀(jì)提高反應(yīng)堆安全的建議”，“建議增強(qiáng)乏燃料水池的補(bǔ)水能力并增加相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表功能”來(lái)保證乏燃料水池的安全。2012 年3 月NRC發(fā)布了EA-12-049 “超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件緩解策略要求進(jìn)行許可證修改的命令”，該命令提出使用可用的廠內(nèi)設(shè)備、便攜式設(shè)備和材料以保證乏池的冷卻功能，直到廠外可用的資源到達(dá)。為響應(yīng)命令EA-12-049，NEI發(fā)布了NEI 12-06 “多樣靈活應(yīng)對(duì)策略執(zhí)行指導(dǎo)”，為執(zhí)行緩解策略的命令提供了可行的辦法，并得到了NRC的認(rèn)可。

3.我國(guó)核安全監(jiān)管當(dāng)局的要求

福島核事故后，我國(guó)核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)也發(fā)布了相應(yīng)的安全要求，其中國(guó)核安發(fā)[2012]98號(hào)《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動(dòng)通用技術(shù)要求》中明確指出：“應(yīng)將乏燃料水池應(yīng)急補(bǔ)水操作納入嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則或相關(guān)規(guī)程；應(yīng)急補(bǔ)水流量應(yīng)考慮乏燃料水池最大設(shè)計(jì)基準(zhǔn)熱負(fù)荷對(duì)應(yīng)的沸騰蒸發(fā)損失”。另外國(guó)核安函[2013]52號(hào)《“十二五”期間新建核電廠安全要求》也明確要求“必須制定嚴(yán)重事故管理指南（含乏燃料水池的嚴(yán)重事故管理指南）或其他規(guī)程。必須恰當(dāng)考慮物項(xiàng)在嚴(yán)重事故工況下的可用性以及可達(dá)性?！?/p>

4.乏燃料水池冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

SFS系統(tǒng)主要用于導(dǎo)出乏燃料組件產(chǎn)生的衰變熱，從而將乏燃料水池中的水溫維持在一個(gè)可接受的溫度范圍內(nèi)。如圖1所示，SFS系統(tǒng)由A、B兩列組成，每列包含一臺(tái)離心泵、一臺(tái)板式熱交換器、一臺(tái)離子交換器和一臺(tái)過(guò)濾器。正常運(yùn)行時(shí)，一列對(duì)乏燃料水池進(jìn)行持續(xù)冷卻和凈化，另一列作為備用或進(jìn)行水體傳輸、安全殼內(nèi)換料水箱凈化等工作。

圖1 SFS系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

根據(jù)AP1000的設(shè)計(jì)，當(dāng)乏燃料水池失去正常冷卻后，可以通過(guò)恢復(fù)和維持乏燃料水池的液位，來(lái)提供乏燃料組件的冷卻。在電源正常的情況下，操縱員可以首先通過(guò)化學(xué)和容積控制系統(tǒng)（CVS）、除鹽水儲(chǔ)存和分配系統(tǒng)（DWS）為乏燃料水池提供補(bǔ)水來(lái)維持其液位。當(dāng)乏燃料水池的液位出現(xiàn)持續(xù)下降時(shí)，操縱員可以通過(guò)安全級(jí)補(bǔ)水水源乏燃料容器沖洗井、乏燃料容器裝載井或非能動(dòng)安全殼冷卻水箱向乏燃料水池提供補(bǔ)水，保證乏燃料組件不會(huì)裸露。事故后72小時(shí)，非能動(dòng)安全殼冷卻水輔助水箱可以為乏燃料水池提供補(bǔ)水。此外，非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)（PCS）也設(shè)置了外部臨時(shí)接口，可以用來(lái)連接廠外水源，用于事故后長(zhǎng)期冷卻。

5.AP1000 SFS系統(tǒng)冷卻能力分析

APl000 的SFS系統(tǒng)采用了先進(jìn)的非能動(dòng)設(shè)計(jì)理念：SFP正常冷卻通過(guò)非安全級(jí)的能動(dòng)設(shè)施(泵及熱交換器)來(lái)實(shí)現(xiàn)，全廠斷電或地震等事故后的冷卻則通過(guò)池水升溫、蒸發(fā)、沸騰的形式帶走衰變熱，并通過(guò)持續(xù)72 h的非能動(dòng)安全補(bǔ)水保證乏燃料覆蓋。

5.1 乏燃料的正常冷卻

APl000乏燃料池冷卻系統(tǒng)由兩條機(jī)械系列組成，每一個(gè)系列包括一臺(tái)冷卻泵、一臺(tái)熱交換器，兩個(gè)設(shè)備系列共用進(jìn)、出口總管。典型的核電廠換料工況下，兩條冷卻系列均投入運(yùn)行，可以將池水溫度限制在50℃之下；在應(yīng)急整堆芯卸載的緊急工況下，余熱排出系統(tǒng)(RNS)的一個(gè)系列也要投入運(yùn)行，保證池水溫度低于60℃。

5.2 乏燃料的事故后冷卻

在事故工況下，乏燃料水池的能動(dòng)冷卻功能可能失效，乏池中的水會(huì)升溫到飽和狀態(tài)。乏池水位會(huì)由于沸騰蒸發(fā)而逐漸下降。SFS設(shè)有直流電源供電的1E級(jí)、抗震液位監(jiān)測(cè)儀表，會(huì)在乏池液位低時(shí)發(fā)出低液位報(bào)警，提醒操作員為SFP補(bǔ)水。

6.結(jié)論

本文通過(guò)分析AP1000乏燃料水池冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)配置，對(duì)照國(guó)內(nèi)外核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)的最新要求，得出了在全廠失電情況下，乏燃料水池對(duì)補(bǔ)水水源的需求，據(jù)此制定了全廠失電情況下乏燃料水池的冷卻策略，對(duì)提高AP1000乏燃料水池事故管理水平有一定積極意義。