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        壓水堆核電廠內(nèi)部水淹危害性分析方法初步探索

        2015-12-02 03:08:46郭丁情
        核科學(xué)與工程 2015年1期
        關(guān)鍵詞:房間內(nèi)水淹危害性

        郭丁情

        (深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司,廣東深圳518026)

        內(nèi)部水淹是威脅核電廠安全的風(fēng)險(xiǎn)源之一。歷史上曾多次發(fā)生核電廠內(nèi)部水淹事件,其中包括1992年秦山核電廠的換料水箱失水事件和1998年華盛頓核電廠2號機(jī)組內(nèi)部水淹事件等。

        根據(jù)《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》(HAF 102—2004)要求,核電廠設(shè)計(jì)中要考慮內(nèi)部水淹,“必須提供適當(dāng)?shù)念A(yù)防和緩解措施,以保證核安全不受到損害。”《核動(dòng)力廠安全評價(jià)與驗(yàn)證》(HAD102/17—2006)中也明確要求核電廠安全分析的始發(fā)事件包括內(nèi)部水淹。

        本文首先根據(jù)國內(nèi)外核電廠內(nèi)部水淹防護(hù)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)踐,對內(nèi)部水淹危害性分析方法進(jìn)行初步探討及歸納,接著以國內(nèi)百萬千瓦級壓水堆核電廠典型房間(K216裝卸區(qū))為對象,進(jìn)行水淹危害性分析,并給出分析結(jié)果及結(jié)論。國內(nèi)核電廠在工程上尚無全面的內(nèi)部水淹危害性分析實(shí)踐,本文初步探討的典型房間(K216裝卸區(qū))的水淹危害性分析方法具有工程實(shí)踐的參考意義,可推廣至核電廠全范圍的內(nèi)部水淹分析,并且,對于核電廠內(nèi)部水淹概率安全評價(jià)也具有參考意義。

        1 方法概要

        根據(jù)國內(nèi)外核電廠內(nèi)部水淹防護(hù)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)[4,5]及實(shí)踐,對內(nèi)部水淹危害性分析方法進(jìn)行探討及歸納后,建立下述兩個(gè)簡要的邏輯圖以表示核電廠內(nèi)部水淹危害性的分析過程。

        圖1 水淹危害性分析邏輯圖(源方法)Fig.1 Logic of the internal flooding hazard analysis(source analysis method)

        第一種方法,如圖1所示,從已確定的水淹源開始(例如某一區(qū)域的假想管道破裂或防火噴淋),確定對防淹構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的影響;第二種方法,如圖2所示,則是從確定的一個(gè)防淹物項(xiàng)(安全設(shè)備)開始,分析任何假想水淹源引起的可能后果。

        圖2 水淹危害性分析邏輯圖(設(shè)備分析方法)Fig.2 Logic of the internal flooding hazard analysis(equipment analysis method)

        本文分析參照第一種分析方法,其主要步驟包括:

        (1)識別可能的水淹源和水淹路徑;

        (2)識別可能受影響的安全設(shè)備(安全設(shè)備是指事故中起到緩解功能的設(shè)備);

        (3)分析水淹防護(hù)措施;

        (4)評價(jià)安全設(shè)備是否受到水淹影響,是否失效及其影響(包括設(shè)備由于淹沒引起性能劣化)。

        2 典型房間的水淹危害性分析

        2.1 分析假設(shè)及輸入

        2.1.1 分析假設(shè)

        本文研究目的是對國內(nèi)百萬千瓦級核電廠內(nèi)部水淹危害性分析方法進(jìn)行探索,并考慮所選取房間內(nèi)需具備多個(gè)水淹源,管道種類多、尺寸、壓力等參數(shù)范圍分布廣,且布置有安全功能的設(shè)備,因此,選取國內(nèi)已有的百萬千瓦級壓水堆核電廠的某特定房間(K216裝卸區(qū))作為分析對象。

        根據(jù)國外核電廠內(nèi)部水淹危害性分析實(shí)踐以及相關(guān)的國內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,本分析具體假設(shè)如下:

        (1)管道的故障模式(泄露或破裂)如表1所示。

        表1 管道故障(泄漏或破裂)模式Table 1 Failure modes of pipe breakage or leakage

        (2)對于低能管道產(chǎn)生的水淹,只考慮公稱直徑大于25mm(約為1英寸)的管道。

        (3)管道破裂導(dǎo)致的水淹量,計(jì)算破口隔離前泄露的水淹量。

        (4)若管道存在破裂的故障模式,則保守地假設(shè)管道發(fā)生雙端剪切斷裂,水淹流量的計(jì)算采用以下公式,即:

        其中:S為管道橫截面面積(內(nèi)徑對應(yīng)的橫截面),m2;

        g為重力加速度,9.8m2/s;

        h為壓頭;

        m為水柱。

        (5)若管道僅存在泄漏的故障模式,則采用以下的水淹流量的計(jì)算公式,即:

        其中:

        0.62為流量喪失因子,無量綱;

        ND為管道名義直徑,m;

        e為管道厚度,m。

        (6)公式(1)和(2)計(jì)算關(guān)系式成立的假設(shè)是管道破口的壓力維持和管道破裂前相同。

        (7)假設(shè)管道破裂后具有功能監(jiān)測(Function detection),并據(jù)此假設(shè),本分析涉及的管道破口流體泄漏的持續(xù)時(shí)間為1h(即1h內(nèi)能有效隔離破口)。

        (8)假設(shè)防火門、屏蔽門、水密封門均能夠阻擋水的漫延。

        (9)計(jì)算房間水淹高度時(shí),房間內(nèi)水淹面積為房間面積減去設(shè)備的占地面積。

        2.1.2 分析輸入

        本分析輸入大致可以分為以下幾類:

        (1)K216房間內(nèi)的管道清單(包括管道內(nèi)介質(zhì)類別、溫度、壓力參數(shù)等)

        經(jīng)統(tǒng)計(jì),K216房間內(nèi)有43段管道,表2給出其中的兩段管道及其參數(shù),作為示例。

        表2 K216房間內(nèi)管道清單示例Table 2 Examples of pipes in room K216

        (2)K216房間及其相鄰房間面積及房門類型

        K216相鄰房間信息可見圖3。

        K216房間及相鄰房間面積可見表3。

        K216附近房間與房間之間門的類型信息匯總于表4。

        (3)K216及其相鄰房間內(nèi)設(shè)備及其基礎(chǔ)高度和占地面積

        K216房間水淹可能影響的房間及設(shè)備信息匯總于表5。

        圖3 K216房間及相鄰房間信息Fig.3 Layout of K216and its adjacent rooms

        表3 K216房間及相鄰房間面積Table 3 Areas of K216and its adjacent rooms

        表4 房間與房間之間門的類型Table 4 Door types of K216and its adjacent rooms

        表5 K216房間水淹可能影響的房間及設(shè)備信息Table 5 Equipment possibly affected by the flooding in K216

        續(xù)表

        (4)K216及其相鄰房間內(nèi)的水淹防護(hù)措施

        在K216和K210房間內(nèi)共設(shè)有3個(gè)排水管徑為150mm的地漏,參考建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50015—2003),對于不通氣的排水立管,150mm管徑的排水能力為7L/s,即25.2m3/h,房間總共排水能力為75.6m3/h(25.2×3=75.6m3/h)。

        2.2 分析過程

        2.2.1 水淹源項(xiàng)的識別與分析

        (1)水淹源項(xiàng)

        根據(jù)2.1.1分析假設(shè)及2.1.2分析輸入,采用公式(1)和(2)分別對K216房間內(nèi)的43段管道破裂或泄漏的水淹量計(jì)算計(jì)算,計(jì)算結(jié)果顯示:K216房間內(nèi)管道可能產(chǎn)生水淹流量,其最大的水淹流量為62.6m3/h,并根據(jù)“管道破口流體泄露的持續(xù)時(shí)間為1h”的假設(shè)條件,則其產(chǎn)生的水淹總量為62.6m3。

        (2)水淹路徑

        水淹源發(fā)生在K216房間內(nèi),根據(jù)表4“K216及相鄰房間的房門類型”及“防火門、屏蔽門、水密封門能夠阻擋水的漫延的假設(shè)”,水淹僅能在K216、K210和K212房間內(nèi)漫延,即水淹從K216漫延至K212和K210房間。

        (3)水淹面積

        根據(jù)在K216房間內(nèi)發(fā)生水淹后的漫延路徑,以及表3給出的K216及相鄰房間的面積,可以得到在不考慮設(shè)備占地面積條件下的水淹面積為:

        若考慮K216房間及其相鄰房間內(nèi)設(shè)備的占地面積,則考慮設(shè)備占地面積條件下的水淹面積約為371m2。

        2.2.2 可能危及的安全設(shè)備分析

        對表5“K216房間水淹可能影響的房間及設(shè)備信息”進(jìn)行篩選分析,即可得到水淹可能危及到的安全設(shè)備,如表6所示。

        表6 K216房間水淹可能危及安全設(shè)備清單Table 6 Safety equipment possibly affected by the flooding in K216

        2.3 分析結(jié)果

        根據(jù)2.2節(jié)分析,結(jié)果表明:

        1)在不考慮水淹防護(hù)措施的情況下,K216房間內(nèi)可能的最大水淹總量為62.6m3,最大水淹高度169mm,而K216房間內(nèi)安全設(shè)備的高度分別為110mm和150mm(參見表6),因此,對該房間內(nèi)的安全設(shè)備構(gòu)成威脅;

        2)若考慮該房間的水淹防護(hù)措施,即考慮房間內(nèi)地漏的排水功能(75.6m3/h的排水能力),則K216內(nèi)的水淹不會對安全設(shè)備造成危害。

        3 結(jié)論

        通過對國內(nèi)百萬千瓦級壓水堆核電廠典型房間(K216裝卸區(qū))內(nèi)的水淹危害性分析,分析結(jié)果及其意義如下:

        (1)K216房間內(nèi)的水淹源不會對核電廠的安全設(shè)備構(gòu)成威脅,因此,不會對核電廠的安全構(gòu)成威脅;

        (2)國內(nèi)核電廠在工程上尚無全面的內(nèi)部水淹危害性分析實(shí)踐,本文初步探討的典型房間(K216裝卸區(qū))的水淹危害性分析方法具有工程實(shí)踐的參考意義,可推廣至核電廠全范圍的內(nèi)部水淹分析;此方法對于核電廠內(nèi)部水淹概率安全評價(jià)同樣具有參考意義;

        (3)本文探討的水淹危害性分析方法在分析假設(shè)上具有一定的保守性,但較為簡便,易于工程上實(shí)踐。

        [1] ELECTRICTE DE FRANCE,F(xiàn)RAMATOME.RCC-P 900PWR,Design and Construction Rules for System Design of 900MWe PWR Nuclear Power Plants(Rev.4(Sept.1991)Modified 1995)[S].France:1995.

        [2] 黃衛(wèi)剛,楊志超,戴忠華,等.水淹廠房的風(fēng)險(xiǎn)分析[J].水電和新能源,2011,93(1):58-62.

        [3] 劉海濱,張琴芳,仇永萍.核電廠內(nèi)部水淹一級概率安全評價(jià)[J].原子能科學(xué)技術(shù),2010.9,44(suppl):261-263.

        [4] 中國核工業(yè)總公司.EJ/T 335-1998輕水堆核電廠假想管道破損事故防護(hù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[S].北京:中國核工業(yè)總公司,1998.

        [5] 中國核工業(yè)總公司.EJ/T 1079-1998輕水堆隔間淹沒效應(yīng)防護(hù)準(zhǔn)則[S].北京:中國核工業(yè)總公司,1998.

        [6] 國家核安全局.HAF102-2004核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定[S].北京:國家核安全局,2004.

        [7] 國家核安全局.HAD102/17-2006核動(dòng)力廠安全評價(jià)與驗(yàn)證[S].北京:國家核安全局,2006

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