郭恩良

三門(mén)核電有限公司 浙江臺(tái)州 317112

福島事故主要是地震海嘯使電廠(chǎng)失去所有交流電源（SBO），衰變熱無(wú)法排出，先后發(fā)生氫氣爆炸和核泄漏。事故發(fā)生后，安全分析對(duì)核電廠(chǎng)在SBO事故下安全性能提出了更高的要求。AP1000設(shè)計(jì)中通過(guò)重力、自然循環(huán)等非能動(dòng)的自然驅(qū)動(dòng)力，將堆芯余熱和安全殼熱量排出。主冷卻劑系統(tǒng)的PRHR是非能動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，事故時(shí)通過(guò)PRHR自然循環(huán)導(dǎo)出衰變熱，確保安全。

1 系統(tǒng)介紹

非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)包括非能動(dòng)余熱排出熱交換器（PRHR HX）、管道、閥門(mén)和儀表。PRHR HX布置在安全殼內(nèi)換料水箱（IRWST）中，以水箱的水作為冷卻介質(zhì)。PRHR HX和反應(yīng)堆之間存在位差和溫差，由此產(chǎn)生反應(yīng)堆冷卻劑的自然循環(huán)壓頭[1]。

2 事故場(chǎng)景模擬

采用三門(mén)核電一號(hào)模擬機(jī)模擬SBO事故下，PRHR投入及失效兩種進(jìn)程的動(dòng)作序列、瞬態(tài)響應(yīng)及堆芯冷卻分析。

場(chǎng)景一：PRHR投入

假設(shè)電廠(chǎng)事故前100%功率水平運(yùn)行，一、二回路運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備正常。其事故變化及進(jìn)程如下：

發(fā)生SBO后，主泵轉(zhuǎn)速降低使反應(yīng)堆停堆，一回路由蒸汽發(fā)生器帶出的熱量減少，且蒸汽發(fā)生器內(nèi)的液位快速下降。一回路平均溫度上漲，導(dǎo)致一回路的壓力也上升，隨著蒸汽發(fā)生器內(nèi)的窄量程水位持續(xù)下降到低2（21%），由于失電導(dǎo)致啟動(dòng)給水泵無(wú)法啟動(dòng)，觸發(fā)PRHR動(dòng)作。

PRHR投入對(duì)一回路有很明顯的冷卻效果，由于傳熱管內(nèi)積存的冷卻劑溫度較低，初始流量較大。之后隨著自然循環(huán)的注入，流量減小并趨近于較小的流量值，IRWST的水溫穩(wěn)步上升，一回路溫度和壓力逐漸減小，進(jìn)入較穩(wěn)定的冷卻階段。

隨著PRHR投入，IRWST內(nèi)的水將沸騰，蒸汽排入安全殼，安全殼內(nèi)的壓力達(dá)到高2（42.75kPa）時(shí)，觸發(fā)PCS動(dòng)作，大氣作為最終熱阱。

模擬場(chǎng)景小結(jié)：SBO事故下，PRHR有效投入的工況，與安全分析中喪失正常給水疊加失去交流電源工況相似。事故發(fā)生后，PRHR排熱功率與堆芯衰變熱可以相互匹配，使一回路進(jìn)入長(zhǎng)期冷卻過(guò)程，最終保持在安全停堆狀態(tài)。

場(chǎng)景二：PRHR失效

假設(shè)電廠(chǎng)在事故前運(yùn)行在100%功率水平上，一、二回路運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備正常，但PRHR出口閥門(mén)不能正常開(kāi)啟。其事故變化及進(jìn)程如下：

初始階段趨勢(shì)及進(jìn)程與場(chǎng)景一相同，但PRHR觸發(fā)后由于PRHR出口閥無(wú)法開(kāi)啟，PRHR未投運(yùn)。一回路熱量主要依靠蒸汽發(fā)生器及大氣釋放閥排出。隨著SBO時(shí)間延長(zhǎng)，儀用空壓機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，壓空壓力降低導(dǎo)致CMT動(dòng)作，CMT內(nèi)大量較冷的含硼水靠重力注入堆芯，使溫度和壓力降低，穩(wěn)壓器的液位和堆芯功率降低，堆芯進(jìn)入較穩(wěn)定的冷卻過(guò)程。但由于喪失熱阱，在CMT內(nèi)冷水注入后，一回路平均溫度和壓力將回升，直至觸發(fā)ADS，對(duì)一回路泄壓，最終在ACC、IRWST等安注水源共同作用下維持堆芯淹沒(méi)。

場(chǎng)景小結(jié)：SBO事故下，PRHR失效的工況對(duì)比正常投運(yùn)，一回路的壓力和溫度都顯著升高，DNBR降低，使運(yùn)行工作點(diǎn)更加靠近PTLR限制的曲線(xiàn)，給安全運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。穩(wěn)壓器內(nèi)的水位長(zhǎng)時(shí)間保持在較高水位，給穩(wěn)壓器的安全閥運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，一旦系統(tǒng)波動(dòng)，可能出現(xiàn)安全閥帶水排放，導(dǎo)致穩(wěn)壓器安全閥回座不嚴(yán)密，給后續(xù)恢復(fù)操作帶來(lái)嚴(yán)重影響[2]。

3 PRHR 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

從上可知PRHR的投運(yùn)對(duì)事故發(fā)展有十分重要的緩解作用。而PRHR出口氣動(dòng)隔離閥的故障成為了運(yùn)行中不可忽視的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，應(yīng)盡量將故障風(fēng)險(xiǎn)降至最低，而定期的預(yù)防性維修是降低閥門(mén)故障概率的關(guān)鍵。當(dāng)前存在以下風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，具體如下：

3.1 工作頻度的分級(jí)

目前三門(mén)核電預(yù)防性維修是按照設(shè)備可靠性平臺(tái)來(lái)執(zhí)行。PRHR HX出口氣動(dòng)閥按照當(dāng)前設(shè)備可靠性平臺(tái)中設(shè)備分組為CLS，即設(shè)備分級(jí)為關(guān)鍵設(shè)備（C），工作頻度低（L），工作環(huán)境惡劣（S）。對(duì)于兩個(gè)出口閥門(mén)，是調(diào)節(jié)類(lèi)型的閥門(mén)，按照氣動(dòng)閥頻度定義，這兩個(gè)閥門(mén)應(yīng)定為工作頻度高。另外雖然閥門(mén)處于常關(guān)狀態(tài)，但是在應(yīng)急停堆時(shí)可作為調(diào)節(jié)閥操作，不能簡(jiǎn)單的只依據(jù)閥門(mén)處于常關(guān)狀態(tài)定義為工作頻度低（L）。

設(shè)備分級(jí)決定維修策略，工作頻度低L與工作頻度H的預(yù)防維修周期分別為3C（3個(gè)燃料循環(huán)）和2C（2個(gè)燃料循環(huán)）。按照3C維修策略，則近五年才對(duì)閥門(mén)進(jìn)行一次維修或更換，如按照2C標(biāo)準(zhǔn)，則三年進(jìn)行一次維修或更換，而標(biāo)準(zhǔn)的不同將導(dǎo)致故障概率的不同。

3.2 PM 模板的使用

目前三門(mén)核電采用統(tǒng)一的PM模板進(jìn)行預(yù)防性維修劃分，沒(méi)有根據(jù)核安全、技術(shù)成熟度、工業(yè)安全及重要經(jīng)濟(jì)性予以相應(yīng)的等級(jí)提升。PRHR出口氣動(dòng)隔離閥為制造廠(chǎng)家首次制造，該公司無(wú)前例可循。而該閥門(mén)故障誤開(kāi)將直接導(dǎo)致反應(yīng)堆誤停堆，在需要閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)故障將導(dǎo)致電廠(chǎng)瞬態(tài)得不到緩解，極大的增加了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，該閥門(mén)屬于極其重要的地位。

基于以上分析，建議對(duì)于PRHR出口氣動(dòng)隔離閥的預(yù)防性維修按照1C（一個(gè)燃料循環(huán)）進(jìn)行預(yù)防性維修，可大大降低PRHR出口閥的故障概率，即降低PRHR失效的風(fēng)險(xiǎn)，提升電廠(chǎng)核安全，保證電廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

在SBO工況下PRHR投入能在發(fā)生全廠(chǎng)失電時(shí)有效的緩解一回路參數(shù)的惡化，建立穩(wěn)定的冷卻過(guò)程，對(duì)堆芯安全十分關(guān)鍵。通過(guò)分析三門(mén)核電對(duì)于PRHR預(yù)防性維修的工作存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，提出了改進(jìn)建議，從工作頻度分級(jí)及PM模板兩方面討論提出提高PRHR出口閥的預(yù)防性維修頻率，以降低閥門(mén)失效概率，提高PRHR的正常投運(yùn)可靠性。