許友龍，劉 莞，鄭麗馨

（生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心， 北京 100082）

重要廠用水系統(tǒng)從最終熱阱吸取冷卻水，為核電廠停堆所需要的系統(tǒng)和設施提供長期冷卻，同時也為防止假想事故或減輕假想事故后果所需要的專用設備提供長期冷卻。

目前，我國絕大部分在建與運行核電廠的重要廠用水系統(tǒng)的換熱器均設置了2個手動閥門進行隔離，并且除AP1000機組與VVER機組外，在重要廠用水系統(tǒng)中均未設置放射性監(jiān)測儀表。而這與美國核電廠標準審查大綱SRP（Standard Review Program，SRP）對于換熱器的隔離配置方式不一致，即至少一臺自動閥門，一臺手動閥門進行隔離，且應設置放射性監(jiān)測儀表。因此，當前我國大部分核電廠重要廠用水系統(tǒng)隔離閥門與放射性監(jiān)測儀表的配置與相關法規(guī)、導則以及美國核電廠標準審查大綱［1］的要求不一致。本文將淺析當前這一配置的風險，并提出改進建議。

1 美國、法國與國際原子能機構（IAEA）對于重要廠用水系統(tǒng)換熱器的隔離與放射性監(jiān)測儀表設計要求

1.1 美國監(jiān)管要求

1.1.1 SRP要求

SRP第九章重要廠用水系統(tǒng)審查程序3.D.明確要求：應采取相關措施來監(jiān)測和控制放射性污物漏出或漏入該系統(tǒng)。如果包含了管道和儀表的系統(tǒng)圖已表明在系統(tǒng)的排水口、在各部件易于泄漏的地方都設置了輻射監(jiān)測設備，并且這些部件可以被一臺自動和一臺手動閥隔離，則該設計是可接受的。

此要求提到的“各部件易于泄漏的地方”對于重要廠用水系統(tǒng)而言，主要考慮的就是換熱器。該換熱器是與上游設備冷卻水系統(tǒng)進行換熱的重要設備。通過進入重要廠用水系統(tǒng)的海水在換熱器傳熱管或板片處冷卻設備冷卻水系統(tǒng)中的水，從而為需要冷卻的重要設備進行冷卻。核電廠常用的板式熱交換器在工程經驗上來說并不完全可靠，長期運行后的微小腐蝕與裂縫可能由于瞬態(tài)造成的水錘效應發(fā)生泄漏。因此，美國核安全監(jiān)管當局對于此處的隔離方式要求十分明確，即采取至少一臺自動閥門與一臺手動閥門的配置組合。

1.1.2 美國其他法規(guī)對于重要廠用水系統(tǒng)的要求

聯(lián)邦法規(guī)10CFR. Part50 附錄A［2］要求：

標準44-冷卻水系統(tǒng)：應具備一種將熱量從對安全重要的結構、系統(tǒng)和組件傳遞到最終散熱器的能力。系統(tǒng)安全功能應在正常運行和事故情況下轉移這些結構、系統(tǒng)和組件的組合熱負荷。

應提供適當?shù)脑O備和功能冗余，以及適當?shù)幕ミB、泄漏檢測和隔離功能，以確保廠用電系統(tǒng)運行（假設廠外電不可用）或廠外電系統(tǒng)運行（假設廠用電不可用）時，即使有單一故障，也可以實現(xiàn)系統(tǒng)安全功能。

標準46-冷卻水系統(tǒng)的測試：冷卻水系統(tǒng)的設計應允許進行適當?shù)亩ㄆ趬毫凸δ軠y試，以確保：（1）其組件的結構和密封完整性；（2）驗證系統(tǒng)活動部件的可操作性和性能；（3）整個系統(tǒng)的可操作性，以及在盡可能接近實際設計的工況下，包括緊急停堆和發(fā)生冷卻劑喪失事故、運行中部分保護系統(tǒng)以及正常和應急電源之間切換時，維持整個系統(tǒng)運行的功能，保證系統(tǒng)投入運行。

1.2 美國核電廠的實際配置舉例

已查詢到的美國核電廠重要廠用水系統(tǒng)實際配置情況符合SRP要求。

首先，查詢到美國多臺核電機組的重要廠用水系統(tǒng)描述與系統(tǒng)圖的繪制顯示出其符合SRP要求而設置了放射性監(jiān)測儀表，并且換熱器處配置了一臺手動和一臺自動隔離閥門，下面進行舉例。

NRC于2017年批準建設和運行聯(lián)合許可證的經濟簡化型沸水堆（ESBWR）的最終安全分析報告第九章中關于重要廠用水系統(tǒng)的部分描述如下［3］：

圖1 美國ESBWR 廠用水系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of essential service water system for ESBWR plant

重要廠用水系統(tǒng)設計上考慮了在主控室中監(jiān)視并報警任何潛在的泄漏，并允許在足夠短的時間內隔離任何此類泄漏，以防止對電廠的廣泛破壞。提供了用于監(jiān)測可能從設冷水系統(tǒng)（RCCWS）泄漏到重要廠用水系統(tǒng)（ESWS）中包含低水平放射性的手段。通過使用各種系統(tǒng)設計和功能布局，可以減小發(fā)生水錘效應的可能性。

重要廠用水系統(tǒng)與設冷水系統(tǒng)間熱交換器設置有電動和氣動隔離閥，以方便操縱員遠程操作。RCCWS與ESWS間使用板式熱交換器。根據板式換熱器的行業(yè)經驗，可認為板中的孔泄漏或裂縫不可靠［4］。此外，熱交換器的設計應使從RCCWS或ESWS的墊片處的泄漏都可以排水至設備和地面排水系統(tǒng)中。這種設計減輕了RCCWS或ESWS的交叉污染。電動和氣動閥的設計是必要的。

此外，NRC一份審評問題記錄單［5］明確提出了與SRP相一致的對于該問題的關注點與要求 （AP1000/EPR 項目，US-APWR 設計文件，三菱重工）：申請方關于重要廠用水的設計文件顯示在設冷水與重要廠用水間換熱器的出口位置設置了放射性監(jiān)測儀表，但是設計文件中沒有描述如何按照SRP要求隔離放射性泄漏。US-APWR申請方沒有討論在設冷水的放射性泄漏至重要廠用水系統(tǒng)時，用以隔離一列或者隔離設備所使用的閥門或者其他隔離方式，以及相關規(guī)程。NRC員工審查沒有發(fā)現(xiàn)能夠符合SRP9.2.1中要求的用來隔離受污染的重要廠用水系統(tǒng)系列的一個自動閥門與一個手動閥門。請?zhí)峁┮环蓐P于當放射性污染從設冷水系統(tǒng)（CCWS）泄漏到重要廠用水系統(tǒng)（ESWS）時，用以隔離重要廠用水系統(tǒng)設備或系列的設計與規(guī)程。

綜上所述，美國的核安全監(jiān)管要求是十分明確的。經查詢資料可知，目前美國大部分核電廠均是按照上述要求進行實際設計與建造的，NRC審評人員也是參考SRP的明確要求進行審評的。

1.3 法國監(jiān)管要求

按照法國90萬千瓦壓水堆核電廠系統(tǒng)設計和建造規(guī)則RCC-P第2.3.6.2.2［6］對于安全廠用水系統(tǒng)功能的要求顯示，對于換熱器隔離閥門的配置方式確實沒有明確要求，僅對貫穿安全殼的設備冷卻水系統(tǒng)管路設計的隔離裝置有明確要求：對出水管，共設兩個閥門，安全殼內一個電動閥，安全殼外另一個可以是電動閥或者其他類型的閥門；對進水管，安全殼外一個電動閥，安全殼內一個止回閥。

在放射性監(jiān)測方面，同樣僅對設備冷卻水系統(tǒng)提出了明確要求：設備冷卻水系統(tǒng)應設置放射性監(jiān)測，以確保冷卻放射性回路的熱交換器沒有泄漏。對于重要廠用水系統(tǒng)的放射性監(jiān)測沒有具體要求。

目前我國大部分二代改進型核電機組的重要廠用水系統(tǒng)相關配置與RCC-P的要求一致。

綜上可知，法國與美國對于重要廠用水系統(tǒng)的設計要求并不一致。美國SRP對于重要廠用水系統(tǒng)換熱器隔離閥門與放射性監(jiān)測儀表的要求更加嚴格與明確。

1.4 IAEA對于壓水堆核電廠傳熱系統(tǒng)的設計要求

在IAEA的SSR-2/1特定安全要求《核電廠安全：設計》［7］這份標準中，對于熱傳輸系統(tǒng)的要求為：熱傳輸系統(tǒng)的設計必須確保能夠將熱傳輸系統(tǒng)的非關鍵部件加以隔離。因此，對于其具體的隔離方式，沒有明確要求。

在放射性監(jiān)測方面，6.47要求為：必須在核電廠提供適當?shù)氖侄危员惚O(jiān)測可能造成顯著污染的流體系統(tǒng)的活度和采集工藝樣品。

6.81要求為：必須提供用于在電廠向環(huán)境中排放之前或在這種排放期間監(jiān)測放射性流出物和可能被污染的流出物的固定式設備。

綜上可知，在放射性監(jiān)測方面，IAEA的要求可以理解為應當在可能存在放射性污染的重要廠用水系統(tǒng)中設置放射性監(jiān)測儀表。

2 我國核電廠重要廠用水系統(tǒng)配置情況

2.1 運行核電廠重要廠用水系統(tǒng)配置舉例

目前，絕大部分法系M310機組的重要廠用水系統(tǒng)在換熱器前后均設置2個手動隔離閥，且并沒有設置放射性監(jiān)測儀表，與SRP的要求不一致。而對于紅沿河核電廠，其2列共設置了4個自動隔離閥進行控制，主要考慮了重要廠用水系統(tǒng)的防凍，并保證重要廠用水系統(tǒng)的流量以及及時的切換，其并未設置放射性監(jiān)測儀表。各類型機組配置統(tǒng)計如表1所示。

表1 各核電廠重要廠用水系統(tǒng)配置舉例Table 1 Examples of essential service water system confi guration in nuclear power plants

除紅沿河核電廠4臺機組與田灣核電廠的VVER機組外，其余絕大部分核電廠重要廠用水系統(tǒng)換熱器均設置為2臺手動隔離閥門。

首先，VVER機組的重要廠用水系統(tǒng)的設置與其他類型機組不同，其部分一回路用戶的冷卻并未通過如M310類型的設冷水系統(tǒng)，而是直接由廠用水系統(tǒng)中間回路進行冷卻。其中間回路確實考慮了防止放射性意外釋放的風險而設置了自動隔離閥門。

其次，除紅沿河核電廠因防凍考慮設置了換熱器自動隔離閥門以保證重要廠用水可用外，其他M310機組、AP1000機組與華龍一號機組目前均在每列重要廠用水系統(tǒng)換熱器前后配置2臺手動隔離閥門，且只能通過現(xiàn)場操縱員手動操作閥門。這就意味著一旦需要隔離泄漏的換熱器，那么就需要較多的時間甚至輻射防護的準備才能操作隔離閥。

2.2 放射性監(jiān)測儀表配置

除AP1000機組與VVER機組外，其余絕大部分核電廠重要廠用水系統(tǒng)均未設置放射性監(jiān)測儀表。

經查詢M310系列機組系統(tǒng)圖，均未在重要廠用水系統(tǒng)上設置在線放射性監(jiān)測儀表。而華龍一號機組亦未設置放射性監(jiān)測儀表。這就意味著，假如設冷水系統(tǒng)與重要廠用水系統(tǒng)之間的換熱器發(fā)生泄漏，如換熱板上存在腐蝕穿孔（正常運行很難發(fā)現(xiàn)），那么一旦一回路用戶的換熱器泄漏，將放射性帶入設冷水系統(tǒng)，不論放射性活度是否達到設冷水系統(tǒng)的放射性監(jiān)測報警閾值，重要廠用水系統(tǒng)就已經受到污染，其造成放射性意外釋放到環(huán)境中的釋放量也很難評估。這種事件在法國已經實際發(fā)生過，可參見國際原子能機構（IAEA）的國際報告系統(tǒng)（IRS）7506號報告［8］。

3 我國相關法規(guī)、導則要求

3.1 關于自動隔離閥門

HAF 102核動力廠設計安全規(guī)定及相關導則中可以參照的涉及閥門自動控制要求如下［9］。

HAD 102/09核電廠最終熱阱及其直接有關的輸熱系統(tǒng)4.3運行人員行動中要求：對于在控制室外用就地手動方法執(zhí)行的行動（如重新調整手動閥門的開度），必須考慮往返和完成行動所需的總時間，還必須考慮在各種工況下設備的可達性，是否有合適人員和通信設備可供使用。如果往返時要通過受火災或輻射污染等影響的區(qū)域，可能還要求接近設備的附加時間。運行人員采取就地行動的時間長短必須根據該事件及有關工況來定。然而，建議在事件發(fā)生后的第一小時內不要依靠這種控制室外的行動。在這段時間內所需的運行人員的行動，應在控制室內，或從輔助控制點，由遙控的方式，按照原來為這種行動所提的建議來完成。

因此，應當遵循有關法規(guī)導則的要求與建議，考慮將原設計為全部就地手動操作的換熱器隔離閥門配置優(yōu)化為至少一臺自動閥門和一臺手動閥門的配置方式。

3.2 關于放射性監(jiān)測儀表

HAD 103/04《核電廠運行期間的輻射防護》的規(guī)定如下［10］。

5.4.1 要求：核電廠工藝系統(tǒng)的放射性監(jiān)測是針對放射性物質釋放（或預防意外的釋放）的必要的控制措施。根據情況，這種監(jiān)測應該采用常規(guī)取樣的方式或借助于集中監(jiān)測系統(tǒng)儀器（如在液體廢物箱釋放管線上的探測器）的方式進行。監(jiān)測結果應該迅速地送給操縱員（如通過在有人操作的控制室內的顯示），以便必要時操縱員采取適當?shù)募m正措施。

5.4.2 要求：在每一個有可能成為放射性的，且可能向外釋放的流體的工藝系統(tǒng)上，都應安裝輻射監(jiān)測探測器。為了增補從安裝的監(jiān)測探測器得到的資料，必須提供對這些流體取樣和常規(guī)計數(shù)的能力，特別是從釋放點取樣和常規(guī)計數(shù)。

以上兩條要求主要針對放射性監(jiān)測儀表。因此，在重要廠用水系統(tǒng)加裝放射性監(jiān)測儀表即可滿足以上兩條要求；反之，當前在重要廠用水系統(tǒng)上未安裝放射性監(jiān)測儀表的機組則不滿足以上兩條要求。

4 當前配置的風險以及一旦發(fā)生意外放射性釋放的后果

誠然，對于大多數(shù)機組來說，重要廠用水系統(tǒng)被放射性物質污染的前提條件為，設冷水系統(tǒng)與上游帶放射性的系統(tǒng)間換熱器破裂疊加重要廠用水系統(tǒng)與設冷水系統(tǒng)間換熱器泄漏?？紤]到設備冷卻水系統(tǒng)在換熱器前后設置了隔離閥，以備當其系統(tǒng)放射性水平達到報警閾值后關閉，與重要廠用水系統(tǒng)隔離。因此，重要廠用水系統(tǒng)由于設冷水系統(tǒng)泄漏進入的放射性而釋放至海水中的概率要更低。設冷水系統(tǒng)的放射性監(jiān)測儀表在正常運行情況下也可以起到一定的監(jiān)測一回路與設冷水系統(tǒng)間放射性泄漏的作用。但是，從上文提到的法國實際發(fā)生過的放射性意外釋放事件的經驗反饋來看，重要廠用水系統(tǒng)作為安全殼外、在外界環(huán)境前的最后一道放射性屏障，還存在被突破的可能。當以上假設的疊加事故工況出現(xiàn)后，由泄漏開始到主控室操縱員通過設冷水系統(tǒng)的放射性監(jiān)測儀表發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)了意外放射性釋放而通知現(xiàn)場操縱員去手搖重要廠用水系統(tǒng)隔離閥門期間，經與電廠運行人員交流至少需要10～20分鐘的時間，而泄漏的速率是無法預估的。因此，一旦意外釋放量超出了國際核事件分級（INES）中說明的“顯著量”，即放射學上相當于10太貝可鉬-99泄漏量的液態(tài)放射性物質泄漏量［11］。那么，此事件就升級為INES2級事件。其后果的嚴重性不言而喻。

下面介紹一起前文所提的真實發(fā)生的穿過多道屏障最終造成放射性意外釋放的國際運行事件。IRS（IAEA國際事件報告系統(tǒng)）7506 號報告：法國核電廠重要廠用水系統(tǒng)換熱器泄漏導致放射性意外釋放事件經驗反饋。

IRS 7506是一個特別重要的事件，因為它涉及兩臺ESWS（重要廠用水系統(tǒng)）/CCWS（設冷水系統(tǒng)）熱交換器和在CCWS和RCS核取樣系統(tǒng)（NSS）之間的一臺熱交換器同時失效，造成同時突破了兩個屏障，為放射性液體進入環(huán)境建立了通道。2000年，當機組正在運行，對于CCWS系統(tǒng)水的每周手動測量結果顯示氚的活度水平異常（為1.7 MBq/噸，而不是低于0.1 MBq/噸的預期值），并且有效總活度異常。這一活度表明，在一回路的換熱器上存在泄漏。隨后的調查證實，在NSS換熱器上的加壓取樣管線中存在泄漏。與此同時，CCWS/ESWS換熱器中反復出現(xiàn)的泄漏問題導致放射性液體連續(xù)數(shù)月從CCWS泄漏到ESWS。這個泄漏量在事件當天評估為10立方米/天。CCWS的液體污染導致了ESWS污染，導致放射性液體失控地流入海洋。

圖2 設冷水/重要廠用水系統(tǒng)板式熱交換器示意圖Fig.2 Schematic diagram of plate heat exchanger of component cooling water system/essential service water system

該事件表明，現(xiàn)有的CCWS活度監(jiān)測通道的監(jiān)測和報警閾值使得系統(tǒng)的連續(xù)污染沒有被檢測到。同樣，放射性化學污染，特別是來自氚的污染，可能在很長一段時間內無法被探測到，因為監(jiān)測通道只能監(jiān)測總的伽馬活度。另外，事件還顯示出，缺乏適用于從CCWS泄漏至ESWS和泄漏至環(huán)境中的可允許的標準，以及缺少對于響應這種泄漏與CCWS/ESWS接口之間監(jiān)測的運行規(guī)程。此事件法國方面的糾正行動中也明確提到了應當加強對重要廠用水系統(tǒng)放射性監(jiān)測要求，以及考慮在重要廠用水系統(tǒng)換熱器上游增加保護過濾器。

因此，重要廠用水系統(tǒng)是可能存在一定放射性污染的，在放射性意外向環(huán)境排放前，應當根據相關法規(guī)標準，在重要廠用水系統(tǒng)的設計上增加放射性監(jiān)測儀表。這樣放射性監(jiān)測可以與換熱器隔離閥門進行配合，在發(fā)現(xiàn)放射性意外釋放到環(huán)境中后立即通過自動隔離閥門進行隔離，最大程度地減小放射性意外釋放后果，從而滿足輻射防護ALARA （as low as reasonably achievable） “可合理達到的盡量低的水平”原則。

5 結論

（1）運行核電廠與在建核電廠重要廠用水系統(tǒng)每一列的換熱器下游應當考慮設置放射性監(jiān)測儀表，以實現(xiàn)對可能發(fā)生的意外放射性釋放的探測，及時采取隔離措施，盡可能減少釋放量。

（2）按照SRP要求，核電廠重要廠用水系統(tǒng)換熱器隔離閥門應考慮按照至少一臺自動閥門與一臺手動閥門的組合進行配置。該自動閥門既可以進行遠程主控室操作也可以就地進行操作。減少由發(fā)現(xiàn)泄漏到現(xiàn)場操作閥門中間所需要的時間，及時隔離泄漏與切換系列，保證重要廠用水供給。

（3）營運單位應綜合考量確定放射性監(jiān)測儀表報警閾值與自動隔離閥門邏輯動作的閾值，改進有關運行程序，當發(fā)生報警后，操縱員可以經確認核實后遠程操作關閉自動閥門。重要廠用水系統(tǒng)放射性監(jiān)測儀表的報警閾值應當更加低于設冷水系統(tǒng)的放射性監(jiān)測儀表報警閾值。

（4）營運單位應當考慮完善對于響應設冷水系統(tǒng)與重要廠用水系統(tǒng)接口之間發(fā)生泄漏后的監(jiān)測與隔離的運行規(guī)程。