壓水堆核電廠冷源喪失事件風險分析

李凌超

摘 要 近年來，核電廠冷源挑戰事件發生頻率日益增加，冷源問題越來越受到核電廠的重視。本文通過對比，介紹了二代能動電廠和三代非能動電廠冷源配置、冷源喪失的風險分析和應對措施等。

關鍵詞 核電廠;冷源喪失;設計基準事故;超設計事故

堆芯冷卻、反應性控制、放射性包容是核電廠安全的三要素，而其中的堆芯冷卻與冷源的可靠性密切相關。近年來，國內核電廠多次發生海水取水口堵塞事件，使冷源的安全可靠受到了極大挑戰。核電廠取水系統堵塞問題不但可能對機組的運行產生影響，導致機組被迫降功率或停堆停機，甚至會對電廠最終熱阱的可用性構成威脅。因此，核電廠冷源喪失的風險應當得到核電廠運營單位的高度重視。下文將針對國內常見的典型二代能動電廠和三代非能動電廠進行分析。

1二代能動電廠

1.1 二代能動電廠冷源系統簡介

二代能動電廠設計上采用海水作為最終冷源，通過重要廠用水系統（SEC）來冷卻設備冷卻水系統（RRI），進而冷卻相關的設備。SEC系統由兩個系列組成，每個系列設置2*100%容量的泵，SEC泵從海洋中吸取海水提供給SEC/RRI熱交換器。RRI系統由兩個系列構成，每個系列對安全保護系統的對應列的用戶和RRA進行冷卻。RRI系統的其他用戶通過RRI的公用管線進行冷卻。該公用管線由兩系列中的一個系列供水。RRI系統每個系列兩臺100%的RRI泵，正常運行時1用1備。熱交換器同樣每列也設置了兩臺，但按50%的容量設計。

RRI/SEC系統可以向下列負荷提供冷卻：余熱排出系統RRA熱交換器（RRA運行時）;安全殼噴淋系統EAS熱交換器（事故工況下導出余熱）;反應堆和乏燃料水池冷卻和處理系統PTR熱交換器（冷卻乏燃料水池）[1]。

1.2 二代能動電廠冷源喪失風險和應對措施

由于SEC和RRI系統都是按照安全級系統設置，喪失冷源事件屬于超設計基準事件。

在發生冷源喪失事故時，將會導致電廠失去下列功能：反應堆冷卻劑泵（電動機與熱屏）;化容控制系統（RCV）;安全殼冷卻（DEG-RRM）;核取樣系統（REN）;反應堆堆腔和乏燃料池冷卻系統（PTR）;停堆余熱排出系統（RRA）;以及其他輔助功能（DEL、DWL……）。電廠需要后撤到后備模式（溫度小于170℃，壓力小于4.5MPa），在后備模式下兩臺機組共用的RIS試驗泵間斷運行便可確保向冷卻回路提供少量補給水，余熱由蒸發器帶走。為了應對冷源喪失事件，電廠配置了冷源完全喪失事故處理規程（H1.1）。失去SEC時，仍可以利用RRI的熱容量，主控需要盡快切除非重要負荷，同時盡快啟動EAS熱交換器以利用PTR水箱內水的熱容量反向冷卻RRI，從而將機組帶入后備模式[2]。

2三代非能動核電廠

2.1 三代非能動電廠冷源系統簡介

三代非能動電廠廠用水系統（SWS）為設備冷卻水系統（CCS）熱交換器提供冷卻水，并將熱量帶至循環水系統排水渠，并最終排入大海。通過CCS可以為正常余熱排出系統（RNS）、主泵、乏燃料池冷卻系統（SFS）等提供冷卻。廠用水和設冷水系統均采用兩列布置，每列包含一臺泵和一個熱交換器。正常運行時單列運行，停堆換料階段兩列運行。區別于二代電廠的是，廠用水和設冷水為非安全級系統[3]。

2.2 三代非能動電廠冷源喪失風險和應對措施

當電廠喪失冷源后，主泵失去冷卻而跳泵，反應堆也隨即停堆，主控室執行E-0規程。

非能動電廠的廠用電系統和給水系統都是按照非安全級設計，在設計基準事故情況下不要求可用。失去冷源后，使用蒸汽發生器進行冷卻可以作為一種縱深防御手段。即便是蒸汽發生器不可用，電廠還設置了非能動余熱排出熱交換器（PRHR HX）用于將一回路熱量導出到安全殼內換料水箱（IRWST）。IRWST中水被加熱到沸騰后產生蒸汽進入安全殼內，通過非能動安全殼冷卻系統（PCS）對安全殼外壁進行噴淋，對安全殼進行冷卻。IRWST產生的蒸汽在安全殼內壁凝結，凝結水沿安全殼內壁向下流，由集水槽收集后引回IRWST，使之繼續作為冷卻介質。通過 PCS噴灑的冷卻水和安全殼外空氣的自然對流冷卻，反應堆衰變熱排入最終熱阱—大氣。通過PRHR可以將電廠維持在安全停堆狀態（溫度低于216℃），并且維持72h無須干預[4]。

3結束語

相較于二代電廠，三代非能動電廠安全級系統的熱阱不再是海水，在面對海洋生物等冷源挑戰事件時的安全性大大增加。但是，冷源事件仍然會造成停機、跳堆事件的發生，電廠仍然需要提高對于影響冷源事件的關注程度。

參考文獻

[1] 環境保護部核與輻射安全中心.關于海洋異物堵塞影響核電廠冷源事件的專題報告[R].北京：環境保護部核與輻射安全中心，2016.

[2] 郭城.核電廠冷源喪失事故處理存在的風險及對策[C].首屆中國工程院/國家能源局能源論壇.首屆中國工程院/國家能源局能源論壇論文集.北京：中國工程院 國家能源局，2010：402-407.

[3] WANO SOER2007-2.Intake Cooling Water Blockage[R].USA：WANO，2007.

[4] 吳彥農，王婭琦，候秦脈，等.海洋異物堵塞核電廠取水系統事件的經驗反饋[J].核安全，2017，16（1）：26-32.