压水堆核电厂余热排出系统设计中一些安全问题的探讨

依岩 柴国旱 张和林
国家环境保护总局核安全中心,北京100088

文章摘要:针对法国900MW压水堆核电厂余热排出系统的设计．探讨了其存在的一些安全问题及其设计改进方案。并指出余热排出系统在事故缓解中的重要性。
文章主题:余热排出系统 压水堆 单一故障准则

文章内容：2006年第1期.1.2006挂安全压水准核电厂余燕排出系统设计中一些安全问题的探讨依岩,柴国旱,张和林(国家环境保护总局核安全中心,北京100088)摘要:针对法国900压水堆核电厂余热排出系统的设计.探讨了其存在的一些安全问题及其设计改进方案.并指出余热排出系统在事故缓解中的重要性.关键词:余热排出系统;压水堆;单一故障准则1前言压水堆核电厂反应堆运行时,核反应产生的能量由反应堆冷却剂系统通过蒸汽发生器的二次回路传热导出.反应堆停堆后,堆芯内由裂变产物产生的剩余功率发热在很长一段时间内仍需要带出.停堆初期几个小时内堆芯余热仍由蒸汽发生器通过二回路以蒸汽形式排放.而此后则由余热排出系统来承担.因此.反应堆余热排出系统又称停堆冷却系统.余热排出系统带出的堆芯热量将通过设备冷却水系统,安全重要厂用水系统传递到最终热阱.余热排出系统通常在反应堆冷却剂系统冷却剂温度降至180℃,压力降至30后投入,将堆芯余热带出.除带出余热的功能之外,余热排出系统还可承担反应堆换料水池水的传输,联合化容系统下泄对冷却剂进行净化过滤以及在低温运行时为反应堆冷却剂系统提供超压保护等辅助功能.本文以法国900压水堆核电厂余热排出系统()为例,探讨余热排出系统设计中的一些安全问题.2余热排出系统设计和流程介绍法国900压水堆核电厂的余热排出系统()设置在安全壳内,基本流程见图1.图1余热排出系统流程简圈—-48——一一26年第1期.1.206掇安全系统由两台热交换器(001,002),两台余热排出泵(001,002)及有关管道,阀门和运行控制所必需的仪器仪表组成.余热排出系统的进水管连接到反应堆冷却剂系统()2号环路的热段,回水管连接到系统1号和3号环路的冷段.这两根回水管也连接中压安注系统的安注管线.余热排出泵与2号环路热段接管间并列布置有双管线,每条管线上设有两个隔离阀(212,001和215,021).每条通向1号和3号环路冷段的回水管上,各设置一个电动隔离阀和一个止回阀(014,121和015,321).余热排出泵从系统2号环路热段吸入冷却剂.并将冷却剂打入泵出口母管.母管上设置有两个卸压阀组,用于系统低温运行时的超压保护.卸压阀组卸压时排向系统卸压箱.余热排出泵出口冷却剂经母管进入两台热交换器,通过热交换器将热量传给设备冷却水系统()冷却水.热交换器进出口两端设有一条旁路管线.冷却剂经热交换器后汇总,然后一分为二分别与1号和3号环路冷段的中压安注管线相接,一起进入系统.在热交换器出口总管上引出一条泵的最小流量循环管线.用于保护余热排出泵,防止泵体过热和丧失吸人流量,管线上无任何阀门.热交换器所在管线调节阀用于调节通过热交换器的冷却剂流量.以达到控制系统冷却剂升温,降温速率和控制冷却剂温度的目的.而旁路管线调节阀则用来调节总流量并使其保持流量恒定.另外.在余热排出泵出口总管上还引出一条到化容系统()下泄孔板下游的低压下泄管线和一条到反应堆和乏燃料水池冷却和处理系统()的连接管线.在泵吸入口母管上同样有一条来自系统净化回路下游的回水管线和一条来自系统的连接管线.3余热排出系统设计中的一些安全问题我国正在运行的核电厂中有几座的原型就是法国标准900压水堆核电厂.在其安全设计中存在一些薄弱环节.虽然经过不断的改进,但仍有一些设计缺陷存在于这些核电厂中.这些设计缺陷应当引起这些核电厂以及翻版扩建核电厂的关注.本文仅对法国900压水堆核电厂的余热排出系统设计中存在的一些安全问题加以探讨.3.1余热排出系统的投入不满足单一故障准则根据设计准则】,余热排出系统和反应堆冷却剂系统相连接的隔离设计.既要保证核电厂正常运行时可靠地隔离,又要保证需要时余热排出系统可靠地投入.也就是要求该设计双向满足单一故障准则.需要说明的是,不但阀门本身要满足单一故障准则,而且阀门的供电,控制联锁等失效会导致阀门无法执行其功能的因素也应包括在单一故障准则中.余热排出系统目前的设计中(见图1),余热排出泵通过两条管线与反应堆冷却剂系统连接,每条管线上各有两个电动隔离阀(212,001和215,021).这4个阀门通过自动闭锁信号两两联锁,以防止误开,且以全开或全关方式运行.在反应堆正常功率运行时处于关闭状态,在需要余热排出系统投入时,一回路压力温度降低,满足投入条件后,通过操纵员在主控室控制,手动打开这4个阀门,以投入余热排出系统.电动隔离阀212和001由列电源供电.215和021由列电源供电,这样可以保证不会由于一列电源故障造成两列管线均不能投入运行.且这4个电动阀门的失电安全状态都是处于关闭状态.也不会由于失电造成隔离失效.因此不论是隔离还是投入,操作电源供电都是满足单一故障准则的.电动隔离阀212与215联锁,自动闭锁信号由压力传感器037发出;001与021联锁,其自动闭锁信号由压力传感器039发出.这样保证了余热排出系统与反应堆冷却剂系统之间隔离的冗余——49——研究一与一_..探一讨一2006年第1期.1.206挂安全性.也就是说,在隔离功能上,控制信号满足单一故障准则的要求.但由于不同列的两个隔离阀共用了同一个压力传感器,有可能当需要余热排出系统投入的时候,由于一个压力传感器故障.导致并列的一排入口隔离阀不能打开,余热排出系统无法投入.即余热排出系统的投入功能上,不满足单一故障准则.由于压力传感器故障导致余热排出系统不能投入,在此情况下需要操纵员赶到电气厂房进行就地操作,以打开闭锁的电动隔离阀.但这首先与我国现行核安全法规《核动力厂设计安全规定》(102)[中关于控制室的功能要求相违背.102的6.4.2节指出:"必须设置控制室.借以进行下述活动:在各种运行状态下安全地运行核动力厂;出现预计运行事件,设计基准事故和严重事故后,采取相应措施.以保持核动力厂的安全状态或使之返回安全状态."此外,在叠加破损的安全阀卡开,主蒸汽管道破口并发等事故情况下.留给操纵员干预的宽容时间不多,可能操纵员根本来不及去电气关闭》开启安全壳厂房进行操作.因此,有必要对此进行设