M 310核電機組防止誤稀釋措施和分析

劉德祥

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

1 誤稀釋的概念及防范誤稀釋的重要性

為了保證核電廠安全，讓核電廠的工作人員、周邊的公眾、環境免遭放射性危害，就必須建立一套行之有效的防護措施。眾所周知反應堆的反應性可控、堆芯持續冷卻和放射性物質的包容是核電廠核安全的三個重要因素，其中反應性控制是最重要的因素，而反應性控制中硼的濃度控制是重要的手段之一，所以防止誤稀釋是核電廠運行中重要的課題。

誤稀釋是指反應堆冷卻劑中意外引入硼濃度相對低的液體，會使反應堆意外引入正反應性。根據稀釋速率，硼稀釋事故包括兩種情況，即快稀釋和慢稀釋。針對快稀釋,堆芯內會進入大量的硼濃度較低的水，這屬于超出設計基準的事故。針對慢稀釋，因硼濃度變化較慢，這種工況屬于中等頻率事故，必須滿足二類工況驗收標準，規定保護系統在達到整定值時，能夠使反應堆關閉，反應堆在進行了糾正動作后可重新投入運行。

2 誤稀釋分類

根據硼稀釋事件的機制不同，失控硼稀釋被分為兩類。

2.1 失控非均勻硼稀釋（快稀釋）

典型的事故工況為：正常運行（RRA未接入RCP）時，當失去廠用變電源時，此時主泵停運，意味著一回路喪失了強迫循環。但是化容上充泵和硼水補給泵在應急柴油發電機供電下仍可繼續運行。此時，如果正在進行稀釋操作或稀釋沒有停止，自然循環能力不足會導致在化容上充管線進入一回路的入口處形成較低硼濃度的“水團”，而隨著反應堆冷卻劑泵軸封水的注入，在主泵泵殼內也會產生低硼濃度的水。一旦廠用變電源恢復，主泵重新啟動，這些低濃度硼水就會被推入堆芯，向堆芯引入正反應性，可能造成超瞬發臨界事故，損壞堆芯。本文所要探討的ADP保護信號即是針對這種情況而設計的，通過觸發上充泵入口切換等動作可以有效防止低硼濃度的“水團”形成，從而避免失控的快稀釋事故。

2.2 慢速均勻稀釋

在反應堆停堆工況下，如果發生熱交換器傳熱管等設備破裂，或某個含有低硼濃度水或清水的系統與主回路連接處發生泄漏，堆芯也會由于這些低硼水或清水進入主回路而引入正反應性，反應堆會重返臨界。這種情況下，由源量程中子通量高觸發上充泵入口切換等動作，避免清水團的形成。

3 硼稀釋事故的原因及后果

3.1 硼稀釋事故原因

硼稀釋事故的原因可以是單獨或者共模引起的，具體原因有以下幾個方面：

（1）人因失誤。主要表現在：運行人員違反技術規范、規程辦事，在工作中疏忽、少執行有關操作或者誤操作等。因此防止人因失誤特別重要，即使在設備故障以及設計缺陷導致硼稀釋事故時，操縱員正確的判斷及操作可以防止事故的發生或者緩解事故的后果。

（2）管理及規程屏障的失效。

（3）與主系統直接或間接相連系統或設備的異常或故障。

（4）相關存放含硼水的箱罐被意外稀釋后進入主系統。

3.2 硼稀釋事故后果

無論是RP模式工況，還是一直到RCS模式工況。硼稀釋事故的后果主要體現在如下兩個方面：

（1）在RP模式下，會引起功率失控增加或局部功率增加，若引起偏離泡核沸騰，則會導致燃料元件包殼破損，造成放射性外泄。

（2）在停堆工況下，低硼濃度水或清水進入堆芯，引起反應堆次臨界度降低，會導致反應堆重新臨界。

4 誤稀釋事故的防范措施

M310核電機組防止誤稀釋采取了很多措施，主要從以下幾個方面著手。

4.1 相關文件的保證

一個合格的人員按正確的行為辦事能使犯錯概率降低，但如何更低，那就是合格的人遵循正確的文件按照正確的行為辦事，所以防誤稀釋中相關文件的正確保證也是一個重要的方面。各個文件對防止誤稀釋的規定的很多內容在各文件中都能找到，但是這恰好符合了核電站的縱深防御原則。

4.2 防誤稀釋的一些儀表控制

電廠運行期間，通過監視相關參數，參數超限后會自動報警，一方面能有助于運行人員盡早發現誤稀釋事故，從而通過判斷采取行動，避免擴大誤稀釋事故后果；另一方面在稀釋事故來不及處理的情況下觸發一些相應的保護，防止堆芯惡化。停堆期間及功率運行期間也有對應的主要報警及保護。

4.3 提高設備可靠性

對于設備故障及運行異常可能導致的誤稀釋，在核電站運行期間主要是加強預防性維修，提高維修質量。同時對相關重要設備及相關聯的控制系統做定期試驗,驗證其動作的正確性，如發現問題第一時間解決。

5 防誤稀釋的改進措施

核電廠在設計和運行過程中為了預防硼稀釋事故采取了各種措施，很多國家對誤稀釋事故也做了大量的研究，為了較少硼稀釋事故的發生，對已運行的電廠進行了相關的改進措施。M310核電機組在設計中，根據法國核電站的運行經驗反饋，增加了防止誤稀釋的措施。

5.1 建立一個防誤稀釋保護信號

在反應堆冷卻劑泵停運的工況下，如果有較大體積的低硼濃度水或清水進入主回路，將會對反應堆堆芯造成非常嚴重的沖擊。若失去強迫循環或自然循環能力不足的話，清水團通過一些連接回路會在主回路中不斷聚集，主泵啟動時，這些清水團被推入堆芯，向堆芯引入正反應性，將引起反應堆準瞬時重返臨界。

防稀釋自動裝置的目的是為了防止這個風險。防誤稀釋保護由下列信號組成：RRA與RCP未連接；RCP自然循環流量低；RCP強迫循環流量不足。這些信號共同產生“防誤稀釋保護”（ADP）。這個信號觸發上充泵吸入口切換至PTR水箱，一旦切換至PTR，只能在10分鐘之后才能切回RCV，此報警信號警告操縱員機組處于自然循環流量不足的工況。

5.2 RRA與RCP連接時，禁止稀釋

RRA接入RCP時對自然循環起阻礙作用，所以RRA與RCP連接時，如果正在稀釋，則自動停止相關稀釋；如果沒有稀釋，則自動禁止相關稀釋。

5.3 控制注入一回路硼濃度

假設計算得出的補給水硼濃度比主回路硼濃度低200 ppm，而主回路硼質量分數在2000 ppm以下，REA系統此時又處于補給工作狀態，就會發出報警“補給水硼濃度低”。如果同時余熱排出系統已接入主系統，則停止并禁止補水。

5.4 TEP返回管線在RCP強迫循環喪失時關閉

在RRA連接到RCP之前，若TEP返回管線的閥門已處于開啟狀態，則RRA與RCP連接后。閥門仍然保持開啟狀態；在RRA在連接到RCP之前，若TEP返回管線的閥門已處于關閉狀態，則RRA與RCP連接后，閥門將閉鎖開啟；“一回路失去強迫循環”信號同時也強制去硼回或容控箱三通調節閥置于“自動”模式下。

5.5 設置防慢速誤稀釋的自動措施

正常停堆工況下，源量程中子注量率高出定值時，緊急停堆信號會觸發，化容系統的RCV上充泵吸入口將自動切換到PTR換料水箱。通過這種自動命令去隔離掉可能的稀釋來源，而不用靠運行人員采取措施。

6 結語

導致發生誤稀釋事故的原因有很多，從RP模式到RCS的所有模式下皆可能發生。M310核電機組的防誤稀釋從人員培訓、文件、儀表控制、設備等方面著手，設計中既有常規壓水堆核電站防誤稀釋的方法，后續通過國外核電站運行經驗反饋又加入了一些改進措施，盡量限制誤稀釋事件的發生。作為運行人員尤其是操縱員，在實際工作中應加強此類事故的學習，嚴格按照規程辦事，加強防范，以確保M310核電機組安全穩定運行。