淺析鈉冷快堆電廠涉鈉系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)及操作規(guī)范

串皓皓 羅鳴 陳雨翔(中核霞浦核電有限公司，福建 霞浦 355100)

1 鈉冷快堆電廠的潛在風(fēng)險(xiǎn)

鈉冷快堆電廠一、二回路系統(tǒng)出現(xiàn)鈉泄漏會(huì)對(duì)電站的安全運(yùn)行構(gòu)成巨大威脅。一回路中，鈉作為堆芯的冷卻劑，發(fā)生泄漏時(shí)除了會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、產(chǎn)生大量放射性氣溶膠外，還會(huì)造成堆芯失去冷卻、放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放等嚴(yán)重后果。作為載熱體的二回路鈉，出現(xiàn)泄漏會(huì)造成火災(zāi)、產(chǎn)生大量的鈉氣溶膠向環(huán)境釋放。除了威脅到建筑結(jié)構(gòu)的完整性外，鈉氣溶膠粘連到皮膚上，會(huì)灼燒皮膚。若被人吸入，還會(huì)對(duì)人體器官造成極大的損害[1]。另外，二回路鈉泄漏引起的鈉水反應(yīng)會(huì)損壞蒸汽發(fā)生器傳熱管，并影響主熱傳輸系統(tǒng)的正常余熱導(dǎo)出。因此必須設(shè)置防范鈉泄漏的措施和及時(shí)發(fā)現(xiàn)鈉泄漏的探測(cè)系統(tǒng)，鈉火事故或鈉水反應(yīng)后的包容系統(tǒng)必須滿足設(shè)計(jì)安全規(guī)范的要求及符合國(guó)際慣例。

1.1 鈉火風(fēng)險(xiǎn)

鈉火事故作為鈉冷快堆嚴(yán)重事故之一，已經(jīng)受到有快堆國(guó)家的普遍重視，針對(duì)鈉火問題國(guó)外已經(jīng)做了較多的研究工作。發(fā)生鈉火時(shí)，著火房間的溫度和壓力快速升高，會(huì)對(duì)房間內(nèi)的系統(tǒng)和設(shè)備造成損壞[2]。同時(shí)高溫會(huì)使混凝土內(nèi)的水分蒸發(fā)，建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞[3]。對(duì)人員而言，當(dāng)鈉飛濺到皮膚上時(shí)，會(huì)造成嚴(yán)重灼傷。鈉燃燒產(chǎn)生的氣溶膠通過呼吸道或口腔進(jìn)入人體時(shí)，會(huì)引起氣管、肺、粘膜腔、食管和胃的灼傷。當(dāng)氣溶膠進(jìn)入人眼睛時(shí)，會(huì)引起水腫，損傷虹膜、甚至導(dǎo)致失明。不同鈉氣溶膠濃度下對(duì)人的影響如表1所示。

表1 不同鈉氣溶膠濃度狀態(tài)下后果

1.2 鈉水隱患

與鈉火事故相比，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鈉水事故研究較少，一方面，鈉水反應(yīng)產(chǎn)生的壓力波在二回路中傳播使二回路各處壓力升高[4]，可能造成二回路結(jié)構(gòu)失效，使主回路喪失傳熱能力；另一方面，鈉水反應(yīng)會(huì)損壞傳熱管，影響蒸汽發(fā)生器使用壽命[5]。現(xiàn)階段認(rèn)為的鈉水反應(yīng)規(guī)模是依據(jù)水/水蒸氣向鈉中的泄漏量來判斷的，按照泄漏量不同分為小泄漏：水/水蒸汽向鈉中的泄漏量，≤1g/s；大泄漏：蒸發(fā)器單根換熱管發(fā)生雙端斷裂時(shí)，水/水蒸汽向鈉中的泄漏量，25～40kg；和最大泄漏：系統(tǒng)最大的工作能力，水/水蒸汽向鈉中的泄漏量，100kg；所以及早地探測(cè)并阻止鈉水反應(yīng)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大變得非常重要。

2 涉鈉安全系統(tǒng)

2.1 鈉火安全系統(tǒng)

2.1.1 鈉火及鈉泄漏探測(cè)系統(tǒng)

為及時(shí)探測(cè)鈉泄漏及鈉火，鈉冷快堆電廠一般采取多種手段進(jìn)行鈉泄漏探測(cè)和火災(zāi)報(bào)警。對(duì)于鈉泄漏，一般采取分布式或單點(diǎn)式鈉泄漏探測(cè)器，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示；對(duì)于漏鈉形成的鈉火，通過閉路電視、煙霧報(bào)警探測(cè)系統(tǒng)、放射性泄漏報(bào)警系統(tǒng)等多種探測(cè)手段，及時(shí)確認(rèn)鈉火狀況。同時(shí)鈉泄漏和火災(zāi)探測(cè)信號(hào)聯(lián)鎖消防設(shè)施和報(bào)警控制器，便于后續(xù)采取有效措施，及時(shí)干預(yù)滅火。

2.1.2 氮?dú)庋蜎]系統(tǒng)

氮?dú)庋蜎]系統(tǒng)是鈉火消防的一個(gè)重要部分，屬于主動(dòng)消防設(shè)施。氮?dú)庋蜎]系統(tǒng)一般用于一回路放射性鈉火的撲滅，通過保持鈉工藝間的惰性氣體環(huán)境來抑制鈉火，達(dá)到窒息滅火的目的。氮?dú)庋蜎]系統(tǒng)具有滅火可靠性高、滅火后殘留物少，便于事故后處理、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是對(duì)于鈉工藝間的密封性要求高，對(duì)人員有窒息風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.3 膨脹石墨噴灑系統(tǒng)

膨脹石墨噴灑系統(tǒng)是撲滅二回路低放射性鈉火的重要手段之一，屬于主動(dòng)消防設(shè)施。當(dāng)房間發(fā)生鈉火時(shí)，啟動(dòng)固定式膨脹石墨滅火劑噴灑系統(tǒng)，使氮?dú)庋杆龠M(jìn)入滅火劑罐中攪動(dòng)石墨并噴出以覆蓋鈉火，隔絕空氣。固定式膨脹石墨滅火劑噴灑系統(tǒng)具有滅火效率較高、對(duì)系統(tǒng)的要求較低(不需要系統(tǒng)設(shè)備及管道的高密封、工藝間不需要較高的密封性)的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生大量的石墨顆粒附著在設(shè)備或管道上，不便于事故后處理。

2.1.4 被動(dòng)鈉火消防系統(tǒng)

漏鈉接收抑制盤屬于被動(dòng)鈉火消防系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生鈉泄漏時(shí)，鈉工藝間地面上設(shè)置的漏鈉抑制接收盤能及時(shí)收集泄漏的鈉，從而抑制鈉火的進(jìn)一步蔓延和燃燒。在鈉工藝間中，在混凝土墻表面鋪設(shè)了鋼覆面和絕熱材料，以防止混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞。

2.2 鈉水安全系統(tǒng)

2.2.1 蒸汽發(fā)生器事故保護(hù)系統(tǒng)

蒸汽發(fā)生器事故保護(hù)系統(tǒng)作為專設(shè)安全設(shè)施之一，其功能是及時(shí)探測(cè)蒸汽發(fā)生器在運(yùn)行過程中發(fā)生的不同規(guī)模的水/水蒸汽向鈉中的泄漏，并能夠迅速采取措施終止鈉水反應(yīng)、排放鈉水反應(yīng)產(chǎn)物，確保蒸汽發(fā)生器及二回路主冷卻系統(tǒng)壓力不超過允許值，達(dá)到保護(hù)蒸汽發(fā)生器及二回路主冷卻系統(tǒng)設(shè)備的目的。

本系統(tǒng)作為鈉水反應(yīng)監(jiān)測(cè)包容的一個(gè)系統(tǒng)，其失效會(huì)影響到反應(yīng)堆的正常運(yùn)行。蒸汽發(fā)生器事故保護(hù)系統(tǒng)具有自動(dòng)響應(yīng)，自動(dòng)處理，不需要手動(dòng)干預(yù)等優(yōu)點(diǎn)[6]，可以實(shí)現(xiàn)集鈉泄露探測(cè)、隔離鈉水反應(yīng)邊界及事故包容、超壓保護(hù)、事故后處理于一體的鈉水反應(yīng)全流程事故處理功能。優(yōu)點(diǎn)在于事故緩解效果顯著；缺點(diǎn)是系統(tǒng)排鈉管道需要一直加熱、事故后處理比較麻煩。

2.3 涉鈉操作規(guī)范

近年來中國(guó)核電A/B類事件報(bào)告顯示，在壓水堆電廠中，由人因?qū)е碌幕蚺c人因相關(guān)的各類安全事件或事故占比較高。鑒于快堆電廠使用金屬鈉作為冷卻劑的特殊性及鈉泄漏和鈉火所帶來的可能風(fēng)險(xiǎn)和隱患，有必要對(duì)涉鈉相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行和維修人員在電廠工作中的行為規(guī)范進(jìn)行規(guī)定，減少人因事件發(fā)生的潛在因素，有利于確保人員在涉鈉操作過程中的人身安全以及鈉冷快堆電站機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3.1 涉鈉操作規(guī)范

在涉鈉操作過程中，應(yīng)避免直接用手或身體任意部位接觸鈉管道，若管道內(nèi)有鈉需戴好安全帽上的面擋，防止鈉從閥桿處噴出對(duì)人身造成傷害。除需要注意鈉泄漏及鈉火風(fēng)險(xiǎn)外，還需要注意鈉凍結(jié)或堵塞管道的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)涉鈉系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，速度控制在15～30℃/h；對(duì)含有凝固鈉的管道應(yīng)從鈉存在自由膨脹空問的區(qū)域開始加熱；在鈉閥操作中，操作鈉閥前必須確認(rèn)鈉閥本體溫度高于150℃。

2.3.2 個(gè)人防護(hù)和急救

所有從事涉鈉操作的工作人員都應(yīng)配備合適的個(gè)人防護(hù)用品，穿著個(gè)人防護(hù)服時(shí)，需將連體服褲腿套在長(zhǎng)筒靴外面，衣服袖子套在皮手套外面，防止鈉火飛濺物進(jìn)入，傷害身體。涉鈉工作結(jié)束后應(yīng)檢查防護(hù)服完整性并清洗。禁止不佩戴個(gè)人防護(hù)用品在進(jìn)行鈉金屬工作的房間內(nèi)逗留。

現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)生鈉灼傷事故或吸入鈉氣溶膠時(shí)，首先盡快撤離發(fā)生事故的房間，使用專用刮棒或干的或浸有植物油、脫水礦物油等的紗布去除殘留的金屬鈉；并使用大量清水沖洗受傷的地方；清洗后涂抹潤(rùn)濕燒傷膏；并用干凈的紗布進(jìn)行包扎；若是吸入氣溶膠，則應(yīng)及時(shí)漱口并用清水清洗鼻孔，喝果汁，并盡快送往醫(yī)院進(jìn)行治療。

3 結(jié)語

鈉冷快堆電廠在設(shè)計(jì)建造過程中充分考慮了鈉火風(fēng)險(xiǎn)和鈉水隱患，并設(shè)置了相應(yīng)的安全系統(tǒng)來應(yīng)對(duì)和處理這些問題。涉鈉安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)用，提高了電廠的安全性，大大降低了鈉泄漏及鈉火所引起的放射性及工業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，是確保核安全的重要一環(huán)。但僅僅依靠涉鈉安全系統(tǒng)，來確保鈉冷快堆的安全還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。規(guī)范人員的涉鈉操作，提高風(fēng)險(xiǎn)防控意識(shí)，定期開展事故演練，加強(qiáng)人員對(duì)堿金屬的相關(guān)培訓(xùn)，是實(shí)現(xiàn)鈉冷快堆電廠中核安全的另外重要一環(huán)。