黃增彬

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

0 引言

國(guó)內(nèi)核電廠運(yùn)行技術(shù)規(guī)范轉(zhuǎn)換大都采用美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)10 CFR 50.36的4項(xiàng)篩選準(zhǔn)則，其中篩選準(zhǔn)則1用于在現(xiàn)場(chǎng)安裝的探測(cè)反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界顯著異常降級(jí)并在主控室顯示的儀表。而法系運(yùn)行技術(shù)規(guī)范的篩選準(zhǔn)則并未專門對(duì)用于探測(cè)反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界顯著降級(jí)的在現(xiàn)場(chǎng)安裝并在主控室顯示的儀表做出規(guī)定。因此，結(jié)合國(guó)內(nèi)二代堆型核電廠的技術(shù)規(guī)格書轉(zhuǎn)換的應(yīng)用實(shí)踐與三代堆型核電廠的調(diào)研情況，對(duì)技術(shù)規(guī)格書篩選準(zhǔn)則1進(jìn)行應(yīng)用研究，并給出應(yīng)用建議。

1 篩選準(zhǔn)則1介紹

技術(shù)規(guī)格書篩選準(zhǔn)則1用于探測(cè)反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界顯著異常降級(jí)的在現(xiàn)場(chǎng)安裝且在主控室顯示的儀表，其提出體現(xiàn)了縱深防御的理念，主要用于保護(hù)公眾的健康與安全。準(zhǔn)則1基于預(yù)防事故發(fā)生的理念，通過(guò)安裝相關(guān)儀表以探測(cè)一回路壓力邊界(RCPB)降級(jí)的重大異常，以允許反應(yīng)堆操縱員采取糾正行動(dòng)或者安全停堆，降低發(fā)生一回路失水事故的可能性。其用意為確保技術(shù)規(guī)格書對(duì)探測(cè)一回路過(guò)度泄漏的儀表的控制，而不應(yīng)被解讀為用來(lái)探測(cè)一回路壓力邊界泄漏先兆的儀表和那些判斷實(shí)際泄漏源的儀表(如松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)器、地震儀表、閥位指示等)。

滿足準(zhǔn)則1的泄漏探測(cè)方式、探測(cè)儀表、探測(cè)靈敏度主要參考美國(guó)核管會(huì)(NRC)監(jiān)管導(dǎo)則RG 1.45 (Guidance on Monitoring and Responding to Reactor Coolant System Leakage)要求，技術(shù)規(guī)格書應(yīng)包括可識(shí)別泄漏、不可識(shí)別泄漏、壓力邊界泄漏和系統(tǒng)間泄漏的運(yùn)行限制條件，并涵蓋電廠各個(gè)運(yùn)行階段(不包括冷停堆和換料運(yùn)行)的不同類型儀表。

反應(yīng)堆冷卻劑泄漏探測(cè)可通過(guò)不同的探測(cè)儀表與探測(cè)方式實(shí)現(xiàn)，這些探測(cè)儀表與探測(cè)方式具有不同響應(yīng)時(shí)間、靈敏度和精度，可通過(guò)不同方式的探測(cè)儀表與探測(cè)方式的組合實(shí)現(xiàn)有效探測(cè)。但用于一回路水裝量平衡計(jì)算的儀表，如化學(xué)和容積控制系統(tǒng)(RCV)容控箱水位指示儀表、穩(wěn)壓器水位指示儀表，以及核取樣系統(tǒng)隔離閥位指示等與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)相連的儀表均不滿足準(zhǔn)則1的理念。RCPB與相鄰系統(tǒng)間的泄漏一般通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)間的放射性變化與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCS)水裝量平衡計(jì)算進(jìn)行探。

2 篩選準(zhǔn)則1適用性分析

準(zhǔn)則1從縱深防御的角度，通過(guò)在運(yùn)行階段探測(cè)RCPB降級(jí)的重大異常，以允許反應(yīng)堆操縱員采取糾正行動(dòng)或者安全停堆，以降低發(fā)生一回路失水事故的可能性。目前，二代堆型核電廠應(yīng)用了破前漏(LBB)概念，其目的為以下三點(diǎn)。

(1) 證明在運(yùn)行工況下，沒有任何損傷機(jī)理會(huì)導(dǎo)致管線失效。

(2) 證明潛在的加工缺陷在壽期末的疲勞擴(kuò)展仍然是可控的，且在最惡劣的載荷下仍然保持穩(wěn)定。

(3) 泄漏探測(cè)系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)泄漏率對(duì)應(yīng)貫穿裂紋的出現(xiàn)，避免裂紋擴(kuò)展至導(dǎo)致管道雙端剪切斷裂的臨界裂紋。

因此，核電廠應(yīng)參考RG1.45的導(dǎo)則，建立滿足探測(cè)性能的探測(cè)手段，降低發(fā)生一回路失水事故的可能性。

歐洲先進(jìn)壓水堆(evolutionary power reactors，EPR)等三代核電廠在設(shè)計(jì)建造以及在役監(jiān)測(cè)階段采用了更高的標(biāo)準(zhǔn)，RCPB與二回路側(cè)壓力邊界(SSPB)的管線應(yīng)用了破裂排出(BP)概念，其與LBB不同主要體現(xiàn)在對(duì)材料的缺陷的可接受性以及缺陷轉(zhuǎn)變成穿透裂紋的可能性上。法國(guó)安全當(dāng)局在弗拉芒維勒核電廠3號(hào)機(jī)EPR項(xiàng)目中要求：BP不要求進(jìn)行泄漏監(jiān)測(cè)(需要進(jìn)行LBB論證)，即使泄漏監(jiān)測(cè)可以應(yīng)用在BP管上作為附加措施。因此，RG 1.45不完全適用于BP技術(shù)。

事實(shí)上，BP和LBB概念是完全不同的：BP概念的應(yīng)用排除了臨界缺陷的出現(xiàn)；LBB則決定了大缺陷的尺寸和方法以監(jiān)測(cè)相應(yīng)的泄漏。但在EPR設(shè)計(jì)中，為了從縱深防御的角度體現(xiàn)臨界裂紋的裕量，進(jìn)行了一個(gè)額外的分析，與LBB分析方法中泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能需求是一致的。

綜上，對(duì)于采用LBB概念的二代核電廠，應(yīng)通過(guò)技術(shù)規(guī)格書對(duì)泄漏探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行管理，體現(xiàn)了縱深防御的理念，對(duì)于采用了更高標(biāo)準(zhǔn)的三代電廠，泄漏探測(cè)系統(tǒng)僅作為一個(gè)縱深防御中額外的附加手段，提供額外的安全裕量，可結(jié)合電廠實(shí)際考慮是否進(jìn)行管理。

3 篩選準(zhǔn)則1應(yīng)用分析

3.1 泄漏探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

對(duì)于關(guān)鍵區(qū)域與關(guān)鍵設(shè)備，泄漏探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備在泄漏發(fā)生后盡可能快定位泄漏來(lái)源的能力，限制泄漏潛在的安全影響。對(duì)于二代核電廠，基于泄漏探測(cè)技術(shù)的工程實(shí)踐，美國(guó)業(yè)界用于泄漏探測(cè)的手段主要有安全殼地坑(液位或排放流量)監(jiān)測(cè)、安全殼大氣放射性監(jiān)測(cè)(氣溶膠或惰性氣體)、安全殼大氣冷凝器流量監(jiān)測(cè)(可選項(xiàng))。某二代核電廠中系技術(shù)規(guī)格書中運(yùn)行限制條件(limiting condition for operation，LCO)關(guān)于泄漏探測(cè)儀表(LCO 3.4.15)的應(yīng)用如下。

下列反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCP)泄漏探測(cè)儀表在泄漏發(fā)生后必須可用。

(1) 1個(gè)安全殼地坑液位測(cè)量通道(核島排水和疏水系統(tǒng)RPE006SN/007SN/008MN)。

(2) 1個(gè)安全殼大氣放射性測(cè)量通道(輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)KRT008/009/028MA)。

為保證安全殼地坑液位異常探測(cè)手段的多樣性，該電廠管理了3個(gè)安全殼地坑的液位探測(cè)器：RPE006/007SN與RPE008MN。其中RPE008MN用于安全殼地坑的液位指示，并在主控室電腦實(shí)時(shí)顯示，滿足篩選準(zhǔn)則1；RPE006/007SN用于啟動(dòng)RPE疏水泵(RPE003/004PO)與觸發(fā)液位高報(bào)警，疏水泵的啟動(dòng)與液位高報(bào)警也可在主控室電腦顯示，同樣滿足篩選準(zhǔn)則1。

根據(jù)控制邏輯，RPE003PO由RPE006SN控制，當(dāng)?shù)乜右何贿_(dá)HI3 (-3.69 m，第三高水位設(shè)定值)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，液位降至LOW (-4.04 m，低水位設(shè)定值)時(shí)自動(dòng)停運(yùn)；RPE004PO由RPE007SN控制，液位達(dá)HI4 (-3.66m，第四高水位設(shè)定值)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，液位降至LOW時(shí)自動(dòng)停運(yùn)。為排除觸發(fā)啟泵抽水對(duì)液位探測(cè)器造成的干擾，選取LOW到HI、HI到HI2的觸發(fā)時(shí)間間隔作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，監(jiān)督相關(guān)數(shù)據(jù)，LOW到HI的時(shí)間間隔為2～2.5天，HI到HI2為2～2.5天。估算地坑來(lái)水的速率在10～18.75 L/h，與同時(shí)期執(zhí)行的一回路水平衡計(jì)算計(jì)算的結(jié)果相當(dāng)，驗(yàn)證了液位探測(cè)器的觸發(fā)定值是準(zhǔn)確的。

按照當(dāng)前電廠一回路水裝量平衡計(jì)算試驗(yàn)的頻度(每24 h一次)為基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，假設(shè)地坑恰好處于LOW到HI的區(qū)間(該區(qū)間觸發(fā)定值間隔為0.15 m)，液位探測(cè)器RPE006/007SN的探測(cè)能力下限為37.5 L/h，滿足RG 1.45關(guān)于探測(cè)不可識(shí)別泄漏靈敏度(1 gal/min，228 L/h)的要求。因此，該液位探測(cè)器用于探測(cè)RCPB泄漏是可行的。

綜上，液位探測(cè)器的探測(cè)靈敏度滿足RG 1.45的要求，通過(guò)管理安全殼地坑液位測(cè)量通道也滿足了RG 1.45通過(guò)不同方式的探測(cè)儀表與探測(cè)方式的組合實(shí)現(xiàn)對(duì)安全殼地坑泄漏探測(cè)要求。

3.2 方案選擇分析

在編制電廠技術(shù)規(guī)格書時(shí)，部分方案未得到采納，主要分析如下。

(1) 參考NUREG-1431，管理安全殼地坑排放流量。核電廠安全殼地坑排放流量計(jì)為機(jī)械式流量計(jì)，目前在主控室無(wú)顯示，需要通過(guò)改造才能實(shí)現(xiàn)在主控室顯示，不滿足篩選準(zhǔn)則1。調(diào)研美國(guó)North Anna電廠等，其采用了液位計(jì)作為輸入信號(hào)，通過(guò)計(jì)算得出地坑排放流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全殼地坑的多樣化監(jiān)測(cè)手段。因此，未考慮該方案。

(2) 管理容控箱液位計(jì)(RCV011/012MN)。RCV011/012MN的指示受一回路平均溫度，運(yùn)行操作(稀釋硼化、升降功率)等影響較大，調(diào)研國(guó)內(nèi)外核電廠未見采用容積控制箱液位計(jì)來(lái)探測(cè)RCPB顯著惡化降級(jí)的實(shí)踐。因此，也未考慮該方案。

另外，RG 1.45中對(duì)滿足篩選準(zhǔn)則1的泄漏探測(cè)儀表還提出了抗震的要求，要求至少一種泄漏探測(cè)儀表應(yīng)在地震中保證功能可用。KRT008/009MA設(shè)計(jì)為抗震1級(jí)設(shè)計(jì)，滿足RG 1.45的要求。

4 后續(xù)優(yōu)化改進(jìn)

如前所述，某核電廠參考NUREG-1431管理了安全殼大氣放射性測(cè)量通道KRT008/009/028MA，分別用于探測(cè)安全殼大氣的氣溶膠、惰性氣體和碘的放射性，這三個(gè)探頭共用了同一個(gè)取樣回路、同一個(gè)取樣泵，因此，核電廠應(yīng)關(guān)注安全殼內(nèi)大氣放射性監(jiān)測(cè)手段的多樣性問(wèn)題。另外，也應(yīng)考慮采取措施，防止取樣回路或取樣泵故障引起放射性測(cè)量通道同時(shí)不可用的極端狀況，導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組不必要的后撤。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)技術(shù)規(guī)格書篩選準(zhǔn)則1的解讀與應(yīng)用分析，準(zhǔn)則1體現(xiàn)了核安全管理的縱深防御的理念。對(duì)于二代核電廠，為防止一回路冷卻劑破口事故的發(fā)生，技術(shù)規(guī)格書應(yīng)管理包括可識(shí)別泄漏、不可識(shí)別泄漏、壓力邊界泄漏和系統(tǒng)間泄漏的運(yùn)行限制條件，用于泄漏探測(cè)應(yīng)管理用于RCPB顯著降級(jí)的儀表，而不是用來(lái)探測(cè)一回路壓力邊界泄漏先兆的儀表和那些判斷實(shí)際泄漏源的儀表，泄漏探測(cè)儀表的性能、多樣化配置及抗震要求應(yīng)滿足RG 1.45的要求。對(duì)于在設(shè)計(jì)建造與在役檢查采用了更高標(biāo)準(zhǔn)的三代電廠，泄漏探測(cè)系統(tǒng)僅作為一個(gè)縱深防御中額外的附加手段，提供額外的安全裕量，可結(jié)合電廠實(shí)際的設(shè)計(jì)考慮是否進(jìn)行管理。