信文強 常修猛 方 旭

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

1 安全注入系統(tǒng)的功能

安全注入系統(tǒng)（RIS），作為CP600壓水堆核電站重要的專設(shè)安全設(shè)施，在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)發(fā)生失水事故或主蒸汽系統(tǒng)發(fā)生管道破裂事故時，通過向堆芯注入完成堆芯應(yīng)急冷卻功能，保證堆芯湮沒，防止燃料包殼熔化，保持堆芯的幾何形狀和完整性，并向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)快速注入濃硼溶液，以補償由于不可控地產(chǎn)生蒸汽致使反應(yīng)堆冷卻劑過冷而引起的容積變化和反應(yīng)性的增加，從而可以使反應(yīng)堆迅速安全停堆，并防止反應(yīng)堆重返臨界。

2 安全注入的必要性分析

對于各類設(shè)計基準(zhǔn)事故，在僅考慮單一故障準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，安全注入系統(tǒng)啟動后，及時準(zhǔn)確的停運安全注入，對于某些事故處理就顯得尤為重要。過量的安全注入不但對于事故處理無益，而且很可能將事故引入更加嚴(yán)重的工況，破壞核安全屏障，甚至可能導(dǎo)致放射性不可控排放。

各類過量安注的風(fēng)險分析：

（1）誤安注（事故規(guī)程I3.1包含的各類工況）：穩(wěn)壓器滿水，由于穩(wěn)壓器壓力的升高而使安全閥連續(xù)被頂開，第二道屏障面臨破壞的危險。

（2）蒸汽發(fā)生器換熱管破裂：一回路水將故障的蒸汽發(fā)生器充滿，進(jìn)而將其安全閥頂開（有可能液態(tài)排放），引起嚴(yán)重的放射性對外排放（不可控）。

（3）安全殼內(nèi)、外主蒸汽管道破裂：故障蒸汽發(fā)生器排空后，一回路壓力過高，故障蒸汽發(fā)生器的機械應(yīng)力甚至達(dá)到NDTT的限值。

（4）一回路小破口：對于一回路最小的破口，安注流量明顯大于破口漏量，其風(fēng)險與多余的發(fā)注并無兩樣。

（5）一回路中破口和大破口：這是唯一不要求安注停運的事故。因為在整個事故過程中安注都是必要的。

結(jié)論：

幾乎所有的事故工況，都面臨安注停運的問題，而且通常在短時間內(nèi)便要求停運。

下面首先以一回路小破口工況為例，分析一下安注系統(tǒng)停運的條件及準(zhǔn)則。

3 安全注入停運的總原則

根據(jù)上述各類事故工況的分析，我們可以得到一條安全注入停運的總原則：一旦一回路的水裝量足夠甚至多余，就可以停運安注。如果失水情況惡化可以再啟動安注。

既然一回路的水裝量決定了安注是否過量，那么一回路水裝量如何讀取呢？當(dāng)然是穩(wěn)壓器液位，可是穩(wěn)壓器水位能絕對代表一回路的水裝量嗎？

答案當(dāng)然是不一定，穩(wěn)壓器實際水位并不總是能夠代表一回路的水裝量，因為存在主管道內(nèi)存在蒸汽而在穩(wěn)壓器內(nèi)是水的工況。

——在壓力容器頂蓋內(nèi)部形成汽腔——穩(wěn)壓器內(nèi)汽相破口（三里島事故）

如果一回路處于欠飽和工況，也只有在該工況下，穩(wěn)壓器的水位才能很好地代表一回路的水裝量。因此必須保證一回路流體處于不飽和狀態(tài)。

如果要想給出一回路的水裝量，必須有足夠的飽和裕度條件來保證穩(wěn)壓器水位測量的真實有效性。因此安注的停運準(zhǔn)則與穩(wěn)壓器的水位及飽和裕度相關(guān)。

4 關(guān)于飽和裕度△Tsatt的兩個關(guān)鍵量20℃與40℃

再啟動準(zhǔn)則：為保證在一回路單相工況時水裝量并且保證一回路主泵的正常運行，設(shè)計計算一個最小的飽和裕度余量，即第一臺高壓安注泵停運后△Tsat回到20℃以下，要求重新啟動之前停運的高壓安注泵，稱之為再啟動的準(zhǔn)則。

最小飽和裕度余量是這樣確定的：

（1）4℃的余量是考慮主泵的需要

（2）考慮到不可凝氣體的存在留有6℃的余量

（3）考慮到測量通道的偏差有10℃的余量

第一臺高壓安注泵停運的準(zhǔn)則

對于某一給定大小的破口，一回路總是平衡在某一個壓力下（如圖1）

當(dāng)?shù)谝慌_安注泵停運以后，安注泵出口壓力的改變會導(dǎo)致平衡壓力的下降（如圖2）

圖2

PA＝2臺高壓安注泵時平衡壓力

PB＝1臺高壓安注泵時平衡壓力

假設(shè)該壓力的下降時對應(yīng)的TRIC不變，則壓力的下降（即兩個壓力對應(yīng)的飽和溫度下降）可以轉(zhuǎn)為為△Tsat的變化。通過事故分析計算總結(jié)，停運一列安注所引起△Tsat最大的下降是20℃。

允許停運第一臺安注泵的最嚴(yán)格準(zhǔn)則：△Tsat＞40℃

為了降低該停運條件，我們考慮通過改變之前我們所假設(shè)的條件—通過降低TRIC以補償Tsat的下降,以保證△Tsat的裕度不變。

可降低TRIC又會帶來一個新的問題，一回路流體冷卻會帶來收縮，而這種收縮相當(dāng)于增加了泄露流量，將Q破口的曲線向右移動的一部分。而這部分收縮，造成了穩(wěn)壓器液位下降，進(jìn)而使壓力下降，Tsat下降，所以能否通過降低TRIC來補償Tsat的下降，就需要考慮收縮過程中比較TRIC和Tsat的下降大小。

根據(jù)上述分析，我們得到了停運第一臺高壓安注泵的結(jié)論：

——如果穩(wěn)壓器是空的，則冷卻收縮所造成的壓力下降是非常快的，我們不允許在停泵的同時還有冷卻。因此停運第一臺高壓安注泵的標(biāo)準(zhǔn)是嚴(yán)格要求△Tsat＞40℃。

——如果穩(wěn)壓器是欠飽和的，由于冷卻使得飽和溫度的下降較TRIC下降得更快，我們也不允許在停泵的同時還有冷卻。因此停運第一臺高壓安注泵的準(zhǔn)則也是嚴(yán)格要求△Tsat＞40℃。

——如果穩(wěn)壓器是飽和的，并且穩(wěn)壓器不會因該瞬態(tài)被排空，即穩(wěn)壓器水位是足夠的。通過事故分析計算，得到穩(wěn)壓器水位的最低值應(yīng)定在30%即-2.45m（窄量程），可以考慮將停運第一臺高壓安注泵的條件，放寬到△Tsat＞20℃。

圖3

5 向正常上充工況過渡

向正常上充工況過渡較之停運第一臺安注泵更加敏感，因為在切換過程中，將停止向一回路注水，并且一旦需要再投運安注，就需要更多的操作以及有較大的犯錯誤的風(fēng)險，因而保持△Tsat＞20℃，并且提高了穩(wěn)壓器水位值的標(biāo)準(zhǔn)。

圖4

6 安注停運失敗后新的嘗試

若要第二次停運高壓安注泵，必須將△Tsa在原有基礎(chǔ)上再增加10℃，但穩(wěn)壓器的水位仍可保持不變。

由安注過渡到正常上充工況，必須較第一次停運安注的條件更苛刻一些，即△Tsa增加10℃，NPZR加高1m。

7 其它事故

誤安注

對于誤安注工況下的停運安注條件基本上與一回路小破口工況一致，此外對于此類工況還需考慮到一個特殊問題：而對于隔離高壓注入管線，為避免無硼伴熱系統(tǒng)加熱的管道中，特別是流量平衡閥處的管道中出現(xiàn)硼結(jié)晶，需進(jìn)行徹底沖洗。因此，規(guī)定關(guān)閉高壓注入管道之前必須達(dá)到的條件：

一當(dāng)安全殼底部大氣溫度≥15℃時，穩(wěn)壓器水位＞75%；一當(dāng)安全殼底部大氣溫度＜15℃時，穩(wěn)壓器水位＞100%。

因為在一般情況下安全殼底部大氣溫度常年在15℃以上，出于保守考慮在安全殼底部大氣溫度低于15℃時，通過穩(wěn)壓器滿水來避免硼結(jié)晶，該條件保證了高壓冷端注入管內(nèi)的硼濃度低于5260ppm（3℃時結(jié)晶）。

主蒸汽管道破裂

當(dāng)主蒸汽管道破裂后，對一回路的冷卻導(dǎo)致反應(yīng)性的上升，而安注動作將引入足夠的負(fù)反應(yīng)性來補償。這種冷卻，帶來的是體積的減少而不是水裝量的損失。由于SG破口帶來的冷卻所引起的收縮效應(yīng)是顯而易見的。因此，在A2.1和A2.2中，安注停運的準(zhǔn)則與其它的安注工況是一樣的。

8 總結(jié)

本文僅對在單一故障準(zhǔn)則下各類安注投入的事故工況中，安注停運的條件進(jìn)行了定性分析，并結(jié)合事故規(guī)程的執(zhí)行，分析了各限制條件的物理意義，因本人知識結(jié)構(gòu)有限，難免有些錯誤之處，敬請斧正。