張飛

【摘 要】安全殼地坑作為L(zhǎng)OCA事故下再循環(huán)階段的長(zhǎng)期水源，用于堆芯的冷卻，而地坑過(guò)濾器作為地坑最重要設(shè)備，對(duì)核電廠安全生產(chǎn)有著重要的意義。本文對(duì)各類(lèi)新型過(guò)濾器結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)介，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外新型過(guò)濾器的發(fā)展和應(yīng)用，深入分析了方家山地坑過(guò)濾的結(jié)構(gòu)，同時(shí)將該類(lèi)型過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

【關(guān)鍵詞】安全殼；地坑過(guò)濾器；結(jié)構(gòu)；優(yōu)劣

【Abstract】This article describes and analyses the function of Containment Sump Filter which activated after the serious accidentoccurred in nuclear power plant and get into recycling stage，used to collect recycling water and prevent the debris going into RIS and EAS pipe loop，ensure the RIS pump and EAS pump has sufficient NPSH.This paper focuses on the structure of Containment Sump Filter，and the collection with the suction inlet of RIS pumps and EAS pumps，the assembly and fixation of every module，and make a deeply analysis on how the new type Containment Sump Filter ensure the safety function by increasing the filters area.

【Key words】Containment；Sumpfilter；Structure

1 安全殼地坑過(guò)濾器的作用及堵塞風(fēng)險(xiǎn)

在壓水堆核電廠反應(yīng)堆廠房（安全殼）底部，設(shè)置了安全殼地坑過(guò)濾器，作為安全注入系統(tǒng)（RIS）和安全殼噴淋系統(tǒng)（EAS）的一部分。在核電廠設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下，安全殼地坑所積聚的水是 RIS 和 EAS 執(zhí)行安全功能的長(zhǎng)期水源，經(jīng)地坑過(guò)濾器過(guò)濾后，進(jìn)入RIS、EAS行使噴淋和冷卻的功能。地坑過(guò)濾器濾網(wǎng)的網(wǎng)孔可阻止可能造成EAS噴嘴堵塞和堆芯燃料格架過(guò)濾網(wǎng)孔堵塞的顆粒穿過(guò)，網(wǎng)孔直徑2.4mm。同時(shí)，設(shè)計(jì)考慮到過(guò)濾面積足夠大，正常運(yùn)行條件下地坑過(guò)濾器的壓降不會(huì)引起安全殼噴淋泵、安注泵的汽蝕現(xiàn)象（余量不足）。地坑過(guò)濾器在再循環(huán)工況下的工作狀況直接影響到應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)于核安全有重要意義。

但事實(shí)上，在核電發(fā)展歷史上，國(guó)外已發(fā)生多起地坑濾網(wǎng)堵塞或者破口事故，例如同屬BWR機(jī)組的美國(guó)俄亥俄Perry電站，瑞士Barseback電站，費(fèi)城Limerick電站以及PWR機(jī)組的美國(guó)Davis-Besse核電站。

我國(guó)大部分運(yùn)行PWR核電站，基本上都是基于50%濾網(wǎng)堵塞的假設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而根據(jù)美國(guó)核管會(huì)（NRC）公告表明：50%濾網(wǎng)堵塞假設(shè)不夠保守，按照該假設(shè)設(shè)計(jì)的核電站，在LOCA事故工況下，應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)（RIS）和安全殼噴淋系統(tǒng)（EAS）的再循環(huán)功能將受到碎片堵塞安全殼濾網(wǎng)的影響，而且這一問(wèn)題已經(jīng)得到確認(rèn)。由此，各國(guó)都開(kāi)始進(jìn)行新型地坑過(guò)濾器的研究，并發(fā)展出不同類(lèi)型的新型過(guò)濾器。

2 新型地坑過(guò)濾器類(lèi)型

隨著各國(guó)對(duì)新型過(guò)濾器性能研究的不斷深入，世界各國(guó)已經(jīng)研制出各種新型的地坑過(guò)濾器，主要有TRANSCO過(guò)濾器、PCI過(guò)濾器、ANP/CCI過(guò)濾器和COMEX/AECL過(guò)濾器等。

2.1 TRANSCO過(guò)濾器

TRANSCO過(guò)濾器是一種新型的桶式過(guò)濾器，可以是多桶式的也可以是單桶式的。

在LOCA事故工況下，攜帶碎片的流體經(jīng)過(guò)濾桶內(nèi)的濾網(wǎng)進(jìn)入EAS/RIS循環(huán)泵，被濾網(wǎng)攔截留下的碎片就會(huì)在濾桶上形成碎片床。TRANSCO多桶過(guò)濾器的過(guò)濾面積大，單位濾網(wǎng)面積上的碎片量少，可以較少壓損。但是多筒過(guò)濾器的內(nèi)桶和外桶之間的間隙較小，碎片容易積累在內(nèi)外桶的端面上造成堵塞，單桶式過(guò)濾器不存在這樣的缺點(diǎn)，但相對(duì)而言過(guò)濾面積大大減小，同時(shí)也增加了堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 COMEX/AECL過(guò)濾器

COMEX/AECL新型過(guò)濾器的過(guò)濾單元為拆流板式狀，過(guò)濾器由多個(gè)折流板狀的過(guò)濾單元組成，中間為流向泵西入口的匯流通道。運(yùn)行時(shí)夾帶碎片的水流通過(guò)過(guò)濾單元后，碎片被過(guò)濾并附著在濾網(wǎng)上。COMEX/AECL新型過(guò)濾器將過(guò)濾單元作為折流板狀，可以增加過(guò)濾面積；但當(dāng)過(guò)濾碎片達(dá)到一定量時(shí)會(huì)填滿折流板的凹槽，覆蓋整個(gè)過(guò)濾板，變成一種簡(jiǎn)單的平面過(guò)濾，達(dá)不到增加過(guò)濾面積的目的。

3 方家山核電機(jī)組地坑過(guò)濾器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 方家山核電機(jī)組地坑過(guò)濾器結(jié)構(gòu)及布置

方家山核電機(jī)組采用的是由法國(guó)Bertin公司研制的模塊化折流板式過(guò)濾器（圖1）。濾網(wǎng)孔徑為2mm。

方家山地坑過(guò)濾器由34個(gè)過(guò)濾模塊和4個(gè)泵的連接裝置組成（A列17個(gè)過(guò)濾模塊，與RISA和EASA泵相連接，B列17個(gè)過(guò)濾模塊，與RISB和EASB泵相連接），連接裝置設(shè)置在4個(gè)泵的吸入口上方與過(guò)濾模塊之間。

3.2 方家山核電機(jī)組地坑過(guò)濾器優(yōu)點(diǎn)

3.2.1 增大過(guò)濾面積

研究表明，隨著過(guò)濾面積的增大，壓降顯著降低。說(shuō)明增大過(guò)濾面積是解決地坑過(guò)濾器堵塞問(wèn)題的有效手段。但如果單純只是增加單片濾網(wǎng)面積不僅現(xiàn)場(chǎng)安裝困難，同時(shí)也有增加進(jìn)入下游的碎片數(shù)量也會(huì)增多，對(duì)下游設(shè)備造成損壞，因此方家山地坑過(guò)濾器采用模塊化過(guò)濾單元串聯(lián)式設(shè)計(jì)，使得總體過(guò)濾面積增加又不增加單片過(guò)濾網(wǎng)面積。endprint

3.2.2 加裝限流器，減少水流對(duì)泵體的影響

在每個(gè)過(guò)濾葉片的底部加裝限流器，限流器的作用是為了控制水的流量，從而避免對(duì)泵產(chǎn)生影響，從一列模塊的末端至泵的吸入口位置，限流器的孔徑是逐漸減小的，用以保證水流量的均衡。

3.2.3 冗余設(shè)置，滿足單一故障準(zhǔn)則

方家山地坑過(guò)濾器（EAS005FI/006FI）由兩列相同過(guò)濾器組合而成，分別是TRAIN A和TRAIN B系列，TRAIN A與RIS和EAS A列泵相連通，TRAIN B與RIS和EAS B列相連通，每列過(guò)濾器均有17個(gè)過(guò)濾模塊，每個(gè)過(guò)濾模塊由5個(gè)過(guò)濾葉片組成。這樣設(shè)計(jì)是為了滿足單一故障準(zhǔn)則，防止共模失效。

3.2.4 模塊化設(shè)計(jì)，便于檢修

方家山地坑過(guò)濾器采用了標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)連接裝置上均開(kāi)設(shè)了定期檢查孔，根據(jù)QF1-EAS-TPTSL-0013試驗(yàn)規(guī)程要求，每一個(gè)換料周期都將進(jìn)行一次過(guò)濾器堵塞檢查，確保安全殼再循環(huán)地坑狀態(tài)良好，專設(shè)系統(tǒng)入口暢通，無(wú)阻塞，無(wú)污穢物，絲網(wǎng)無(wú)破損，這些措施也能有效降低地坑過(guò)濾器濾網(wǎng)堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 方家山核電機(jī)組地坑過(guò)濾器的不足

3.3.1 無(wú)反沖洗裝置

由于方家山地坑過(guò)濾器并未安裝反沖洗裝置，一旦發(fā)生過(guò)濾器堵塞問(wèn)題，無(wú)法進(jìn)行有效去污。

3.3.2 碎片沉淀滯留措施不足

安全殼再循環(huán)濾網(wǎng)前并未加裝保護(hù)擋板，不能防止油漆涂料層材料或其他碎渣落入或者正好位于濾網(wǎng)前面，避免這些碎渣遷移到濾網(wǎng)。同時(shí)可考慮在流道內(nèi)增加攔污架，攔截裝置等，這些都能使產(chǎn)生的碎片盡可能少地遷移到泵吸入口。

3.3.3 過(guò)濾器凹槽處易積聚碎片

折流板式過(guò)濾器能增加過(guò)濾面積，但由于凹槽處流速較低，碎片容易堆積，當(dāng)過(guò)濾碎片達(dá)到一定量時(shí)會(huì)填滿折流板的凹槽，覆蓋整個(gè)過(guò)濾板，進(jìn)而影響過(guò)濾效果。

4 結(jié)論

壓水堆核電站安全殼地坑過(guò)濾器在電廠嚴(yán)重事故工況下為防止堆芯熔化、保證安全殼完整性起著關(guān)鍵作用。而地坑過(guò)濾器堵塞問(wèn)題是壓水堆核電站普遍存在的安全隱患，因此對(duì)它的分析研究顯得尤為重要，方家山核電機(jī)組地坑過(guò)濾器能滿足當(dāng)前最新的核安全監(jiān)管要求，但也有很多可改進(jìn)之處。目前國(guó)際上對(duì)安全殼地坑過(guò)濾器的研究和試驗(yàn)還在開(kāi)展和進(jìn)行，在比較各類(lèi)過(guò)濾器的優(yōu)劣之時(shí)，不僅有利于豐富我們對(duì)地坑過(guò)濾器的了解，也會(huì)提供給我們解決問(wèn)題的新思路。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉宇.核電廠安全殼地坑濾網(wǎng)堵塞問(wèn)題的機(jī)理分析[J].核安全，2008（3）：52.

[2]趙軍，淺析秦山三廠重水堆核電站地坑濾網(wǎng)性能評(píng)估[J].先進(jìn)核電站技術(shù)研討會(huì)，2013（9）.

[3]路廣遙.大型壓水堆核電站地坑過(guò)濾器發(fā)展及應(yīng)用[J].電力與能源，2011，10，32（5）：389.

[責(zé)任編輯：田吉捷]endprint