海南昌江核電廠一回路補(bǔ)水改進(jìn)技術(shù)分析

王瓏璋 葉碧鋒

引言：根據(jù)國(guó)家核安全局的要求，海南昌江核電廠擬在核燃料廠房新增一回路補(bǔ)水改進(jìn)，可使用兩種不同水源對(duì)一回路進(jìn)行補(bǔ)水，提供了一條可行的全廠斷電情況下的補(bǔ)水途徑，本文主要探討了一回路補(bǔ)水改進(jìn)的方案、實(shí)施及管線布置，同時(shí)分析了補(bǔ)水改進(jìn)對(duì)工藝系統(tǒng)、建筑結(jié)構(gòu)等專業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響。

根據(jù)國(guó)家核安全局發(fā)布的《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動(dòng)通用技術(shù)要求》，運(yùn)行和在建核電廠要進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)水改進(jìn)，主要包括一回路應(yīng)急補(bǔ)水改進(jìn)、二回路應(yīng)急補(bǔ)水改進(jìn)、乏燃料水池應(yīng)急補(bǔ)水改進(jìn)，其中一回路應(yīng)急補(bǔ)水改進(jìn)位于核燃料廠房。當(dāng)發(fā)生全廠斷電事故工況時(shí)，用于一回路正常補(bǔ)水的系統(tǒng)（化學(xué)和容積控制系統(tǒng)（RCV），反應(yīng)堆硼和水補(bǔ)給系統(tǒng)（REA））以及用于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的安全注入系統(tǒng)（RIS）均無(wú)法正常工作，不能通過(guò)這些設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的注水途徑為一回路補(bǔ)水。在福島后相關(guān)改進(jìn)中擬通過(guò)在安全殼噴淋系統(tǒng)與安全注入系統(tǒng)之間相連的管線上設(shè)置應(yīng)急補(bǔ)水接管，提供了一條實(shí)現(xiàn)全廠斷電情況下向一回路補(bǔ)水的途徑。

一、改進(jìn)方案

在全廠斷電事故工況下，如果水壓試驗(yàn)泵的主泵軸封注入回路可用，則無(wú)需采取其他向一回路補(bǔ)水的措施。通過(guò)實(shí)施二回路補(bǔ)水措施（增強(qiáng)蒸發(fā)器補(bǔ)水能力改進(jìn)），就能保證長(zhǎng)時(shí)間的堆芯冷卻。但是如果水壓試驗(yàn)泵的軸封注入回路不可用（比如水壓試驗(yàn)泵不可用、PTR水箱不可用等）或二次側(cè)排熱路徑不可用，則將喪失通過(guò)二次側(cè)排熱的途徑對(duì)堆芯進(jìn)行冷卻，因此必須尋求其它手段對(duì)一回路進(jìn)行冷卻。

在全廠斷電事故發(fā)生后，當(dāng)二回路排熱手段不可用時(shí)，一回路的熱量將無(wú)法導(dǎo)出，并且處于高壓狀態(tài)，為防止高壓熔堆的發(fā)生，必須首先對(duì)一回路進(jìn)行卸壓。通過(guò)手動(dòng)開啟穩(wěn)壓器安全閥等措施，可以使一回路的壓力降低到一定水平。當(dāng)成功實(shí)施一回路卸壓后，如果電力仍未恢復(fù)，各種補(bǔ)水手段均不可用（RCV、REA、RIS、EAS），則可根據(jù)嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則的要求，實(shí)施對(duì)一回路進(jìn)行補(bǔ)水，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)堆芯的冷卻。

二、實(shí)施方案

（一）使用PTR水箱作為水源

如果事故工況下PTR水箱可用，則使用PTR水箱的含硼水實(shí)現(xiàn)一回路的補(bǔ)水。在現(xiàn)場(chǎng)拆除兩條臨時(shí)補(bǔ)水管線管端的盲板法蘭，通過(guò)臨時(shí)管道將泵（組）的吸入端和出口端分別接至兩個(gè)臨時(shí)補(bǔ)水管線。PTR水箱內(nèi)的水通過(guò)安噴系統(tǒng)取水管線，經(jīng)安噴泵旁路管線、安噴熱交換器、H4管線后進(jìn)入臨時(shí)補(bǔ)水管線，經(jīng)臨時(shí)補(bǔ)水泵（組）加壓后，返回另一系列的H4管線，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的安注管線進(jìn)入一回路。在PTR水箱可用的情況下，則該方案應(yīng)為首選方案，因?yàn)镻TR水箱中儲(chǔ)存的是2100ppm的含硼水，最有利于堆芯冷卻和反應(yīng)性控制。

（二）使用臨時(shí)水源

當(dāng)安注、安噴泵均不可用，且PTR水箱和地坑水也不可用的情況下臨時(shí)水源可為消防水或自來(lái)水。使用臨時(shí)管線將臨時(shí)水源、泵（組）和設(shè)置好的補(bǔ)水管線進(jìn)行連接，臨時(shí)水源的水通過(guò)臨時(shí)泵（組）加壓后被送入臨時(shí)補(bǔ)水接管，再通過(guò)H4管線和低壓安注管道進(jìn)入一回路。該補(bǔ)水模式需要現(xiàn)場(chǎng)開啟臨時(shí)補(bǔ)水管線的手動(dòng)隔離閥和H4管線上安注一側(cè)的遠(yuǎn)傳手動(dòng)隔離閥，使補(bǔ)水路徑暢通，可選擇兩條臨時(shí)補(bǔ)水管線中任一條可用管線實(shí)施一回路補(bǔ)水，見圖3。

三、福島后改進(jìn)力學(xué)分析

本改進(jìn)項(xiàng)共進(jìn)行了四組管線系統(tǒng)的力學(xué)計(jì)算，分別是第一組（1EAS139、125、109、1RIS298）、第二組（1EAS140、124、110、1RIS299）、第三組（2EAS139、125、109、2RIS298）、第四組（2EAS124、110、140、2RIS299）。其中，各組管系中管線1RIS298/1EAS109、1RIS299/1EAS110、2RIS298/2EAS109、2RIS299/2EAS110的抗震級(jí)別為1F，管道分類為RCCM 2級(jí)管線，其余管線的抗震級(jí)別為1I，管道分類為RCCM NC級(jí)管線。計(jì)算使用的管道材料為Z2CN1810，設(shè)計(jì)壓力為2.4MPa。除管線1RIS298、1RIS299、2RIS298、2RIS299的設(shè)計(jì)溫度為120℃，其余管線的設(shè)計(jì)溫度均為80℃，安裝溫度為20℃。

總結(jié)

針對(duì)日本福島第一核電廠發(fā)生的全廠斷電事故，海南昌江核電廠1、2號(hào)機(jī)組擬采取多項(xiàng)改進(jìn)措施，對(duì)于核燃料廠房主要包括一回路補(bǔ)水以及乏燃料水池補(bǔ)水，通過(guò)新增的三條補(bǔ)水管線，提供了切實(shí)可行的用于實(shí)現(xiàn)全廠斷電情況下向一回路補(bǔ)水及乏燃料水池補(bǔ)水的途徑。在全廠斷電事故工況下，通過(guò)使用PTR水箱和臨時(shí)水兩種不同的水源向一回路或者乏燃料水池進(jìn)行補(bǔ)水，改進(jìn)措施的實(shí)施可在一定程度上緩解事故造成的危害和損失。力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，改進(jìn)后的管道系統(tǒng)及支吊架均滿足RCC-M規(guī)范的要求，并且不會(huì)對(duì)原安全注入系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司）