失去重要廠用水的事故分析反冷及改進措施

劉慧銀

【摘 要】重要廠用水對核電廠至關重要，核電廠若失去重要廠用水，就相當于失去最終熱阱，設冷水系統將無法帶走用戶熱量，將嚴重威脅核電廠的安全，本論文將對失去廠用水進行事故分析以及如何減輕該事故的后果。

【關鍵字】核電;廠用水;熱量;失去

中圖分類號： TL36 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）03-0178-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.073

An accident analysis of the loss of seawater

（Reverse cooling and improvement measures）

LIU Hui-yin

（China Nuclear Power Operation Management Co.，Ltd.，Haiyan Zhejiang 314300，China）

【Abstract】Important plant water is very important for nuclear power plant. Nuclear power plant if the loss of important plant water，is equivalent to losing the final heat trap.Cold water system will not be able to take away the heat，Will seriously threaten the safety of nuclear power plants。This paper will analyze the loss of water in the plant and how to reduce the consequences of the accident.

【Key words】Nuclear power; Seawater; Heat quantity; Lose

0 引言

近幾年，隨著環境的變化，近海出現大量的水生物，易造成取水口堵塞，WANO分析了2004年以來發生的有關冷卻水取水口堵塞的44起事件，其中84%的取水口堵塞是水生物造成的（海藻、水草和其他草類、貝類、水母、蝦群、魚和其他海洋生物）。由于取水口的堵塞造成核電廠失去重要廠用水，導致核電廠失去最終熱阱，設冷水系統將無法帶走用戶熱量，致使主泵、停冷泵等重要設備無法運轉，將嚴重威脅核電廠的安全。

1 失去重要廠用水對秦山核電的影響

對于秦山核電廠機組，外來物入侵是可能發生取水口堵塞的最重要因素，其中主要以水中雜物和海生物為主。水中雜物的始發事件主要是內陸河流污染使水草大量生長，在內陸海道放水時進入海面影響海水系統運行。從秦山核電廠機組投入運行后的歷史數據可見，影響機組運行的海水中的雜物主要是水葫蘆，為南臺頭閘門放水引起。水葫蘆在水中生長時間為每年5～10月，而南臺頭閘門放水時間一般在每年10月份秋雨期間，或者臺風暴雨之后;每次放水后2～3天以后水葫蘆將到達取水口區域。夏季是水草生長旺季，河道排放的大量水葫蘆和生活垃圾聚集在海邊，這些異物容易堵塞核電廠的取水口，引起循環冷卻水流量下降，造成凝汽器真空惡化，導致機組被迫降功率，甚至停機停堆。

2 失去重要廠用水時應對措施

當失去重要廠用水時，應盡快恢復一列海水運行，使冷卻恢復。以下為相應的應對措施：

2.1 用換料水箱水反冷設冷水

當出現取水口堵塞失去重要廠用水時，為了保證機組的安全，操作人員應通過換料水箱水來反冷設冷水。

利用換料水箱通過噴淋系統試驗管線、安全殼噴淋泵和停冷熱交換器等設備來冷卻設冷水。

其原理為：噴淋泵從換料水箱吸水通過停冷熱交換器反冷設冷水，由于換料水箱中的水溫較低，反冷設冷水，再通過設冷熱交換器冷卻其他用戶。

在切除不必要的設冷水熱負荷同時，開始打通噴淋試驗管線，啟動噴淋泵，通過停冷熱交換器用換料水箱的水反冷設冷水。操縱員在切除不必要的熱負荷時速度要快，將設冷水熱負荷及時降至基本熱負荷（基本熱負荷工況是假設操縱員很快切除不必要的熱負荷并作好反冷準備的工況，這是一種理想工況），確保反冷的成功建立。

若反冷成功，應快速將機組通過蒸發器排氣進行降溫降壓，冷卻堆芯，使機組處于安全狀態。

2.2 添加溶于水吸熱物質

銨鹽，由銨根離子和酸根離子構成的化合物，常溫常壓下是白色固態晶體，易溶于水，溶于水后大量吸熱，常見的銨鹽有硫酸銨、氯化銨、碳酸氫銨、硝酸銨等等。

當出現取水口堵塞失去重要廠用水時，可以在設冷水中適當添加銨鹽類物質，吸收設冷水中的熱量，達到冷卻設冷水的效果。

當失去重要廠用水時，設冷水系統將失去冷源，設冷水溫度會逐漸升溫，最后達不到冷卻效果，威脅反應堆安全。設冷水系統有個緩蝕劑添加箱，這時可以通過緩蝕劑添加箱往設冷水添加銨鹽類物質，銨鹽類物質溶解于設冷水中開始吸熱，帶走設冷水的熱負荷。

由于取水口堵塞，失去廠用水的時間將會持續很長一段時間，但銨鹽類物質在水中的溶解度很有限的，短時間內可以冷卻設冷水，但隨著時間的增加，當銨鹽類物質的溶解度達到上限時，就會出現結晶，無法達到吸熱的效果;另外，由于銨鹽類物質溶于水后可能發生其他的化學反應，會產生氨氣等氣體，若產生的氣體量逐漸增大，就可能會導致設冷泵氣蝕，無法正常運行，加劇了事故的損害程度。如何才能避免此類事情的發生呢？

當事故發生開始添加銨鹽類物質時，打開各熱交換器設冷水側放氣閥，始終保持有穩定的水流流出，流出的設冷水通過除鹽水對波動水箱進行補水，以達到設冷水保持平衡狀態。通過這種方法可以達到三種效果：

（1）當銨鹽類物質溶于水后產生的氣體會通過各熱交換器放氣閥逸出，去除設冷水中的氣體，避免設冷泵出現氣蝕的問題。

（2）當設冷水通過各熱交換器放氣閥流出時，除鹽水對其補充，這樣變相降低了銨鹽類物質在設冷水中的溶解度，能達到持續長時間的添加銨鹽類物質，保證冷卻設冷水的連續性。

（3）當設冷水通過各熱交換器放氣閥流出時，流出的設冷水帶走了部分設冷水的熱量，又除鹽水對其補充，起到了對設冷水的降溫作用，總體來說，對帶走設冷水熱量，降低設冷水溫度起到了積極作用。

2.3 增設一路冷卻水源

根據電廠的設計，最終熱阱為海水，設冷水來帶走各用戶的熱負荷，而海水帶走設冷水的熱量，將熱量傳給大海，達到冷卻各用戶的目的。

由于設冷水的唯一冷源為海水，當發生取水口堵塞事件后，設冷水將失去最終冷源，導致無法帶走各用戶的熱量，威脅機組安全。若此時還有一路冷源，就不會出現上述情況。

根據設計，海水通過設冷熱交換器對設冷水進行冷卻，若在海水管路上增設一路水源（消防水、生活水、化學水、工業水）。

根據設計，可以在設冷熱交換器兩道入口隔離閥之間增加備用水源，如何來增設備用水源？

（1）對海水管道進行變更，在冷熱交換器兩道入口隔離閥之間進行開口，此開口與消防水、生活水、化學水、工業水管網相連，然后進行焊接處理，在正常情況下，用海水對設冷水進行冷卻，備用水源用隔離閥與之隔離;若出現失去重要廠用水時，可以關閉入口第一道隔離閥，打開備用水源隔離閥，使設冷熱交換器與消防水等管網相連通，用消防水等對設冷水進行冷卻，帶走各用戶的熱量。

（2）在海水入口第二道隔離閥旁裝設一個快速接頭，當出現失去重要廠用水時，通過快速接頭連接在海水入口第二道隔離閥上，將消防水等和海水管道相連，消防水流過設冷熱交換器冷卻設冷水，以達到冷卻設冷用戶的目的。

3 應對措施的優劣

（1）用換料水箱水反冷設冷水：該方法為核電廠在發生取水口堵塞失去重要廠用水時保護機組安全的唯一方法，其一來對操縱員的操作要求較高，需要操縱員非常熟悉各項操作，并和現場人員迅速配合完成各種操作，由于時間緊，操作量大，這就需要操縱員在平時培訓時多加訓練;二來過于依賴天氣，氣溫過高，反冷的成功率較小。

（2）添加溶于水吸熱物質：該方法較方便，實施起來迅速有效，但還存在一些問題：a、需要調研哪種銨鹽類物質的吸熱效果最好，需進行大量實驗進行驗證;b、銨鹽類物質吸熱量具體數值為多少，由此可以精確計算添加量;c、銨鹽類物質對設備、管道等是否有腐蝕作用，若有如何防止其腐蝕問題;d、銨鹽類物質的排放對環境是否存在影響。

（3）增設一路冷卻水源：該方法如改造成功，將會增加一路備用水源，對機組的安全性能大大加強，但由于海水管道管徑較粗，實施起來較為困難，需耗費大量工程，以及大量時間。且海水隔離閥較大，拆裝快速接頭難度較大，耗費時間長。

4 結束語

320MW機組失去重要廠用水系統，導致設冷水失去最終熱阱，致使機組被迫降功率，甚至停機停堆將對反應堆安全存在重大威脅，通過上述方法可以將機組帶入安全狀態，保證反應堆始終處于穩定可控狀態。