移動泵應急補水在田灣二期工程的應用

劉航

江蘇核電有限公司 江蘇連云港 222000

日本福島核事故由極端自然災害引起，地震造成反應堆自動停堆，停堆后電站供電系統(tǒng)切換為場外供電，但由于地震的破壞，場外供電系統(tǒng)失效，電站立即啟動應急柴油機對堆芯及乏燃料水池進行冷卻，由于強烈地震引發(fā)的海嘯，導致應急柴油機全部被淹沒，應急冷卻系統(tǒng)失效，堆芯溫度不斷升高，冷卻劑流失，一回路水位下降，失去強迫循環(huán)，最終導致嚴重核事故的發(fā)生。

1 類似福島核事故案例分析

假設在極端的自然災害下，田灣核電站失去全部廠內外電源，此時，以下保護動作：

——反應堆停堆；

——汽輪機跳閘；

——主給水及輔助給水系統(tǒng)隔離；

——旁排閥關閉；

其事故進程如下：在反應堆功率大于5%額定功率的情況下，兩臺以上主泵喪失電源信號觸發(fā)緊急停堆保護，控制棒下插，堆芯建立自然循環(huán)冷卻工況。事故初始階段，由于汽輪機跳閘，同時蒸汽發(fā)生器給水喪失，二回路蒸汽壓力增大，當蒸汽發(fā)生器二次側壓力上升到7.154MPa時，大氣釋放閥開啟，并維持6.86MPa壓力控制模式運行。由于蒸汽發(fā)生器失去給水，且泄壓裝置開啟，蒸汽發(fā)生器水位開始下降。當蒸汽發(fā)生器燒干后，一回路喪失熱阱，此時冷卻劑水位低于反應堆出口管嘴，堆芯自然循環(huán)中斷，一回路冷卻劑壓力和溫度迅速增加。當一回路壓力達到18.11MPa時，穩(wěn)壓器安全閥的先導閥動作，冷卻劑通過安全閥排至泄壓箱，當泄壓箱壓力達到0.68MPa時，爆破膜爆破，大量冷卻劑釋放到安全殼中，導致安全殼內壓力迅速上升。在整個事故過程中，由于6KV應急段母線失電，導致高、低壓安注系統(tǒng)，應急給水系統(tǒng)均無法投入運行，且由于一回路持續(xù)高溫高壓，使非能動的中壓安注箱也無法投入，導致通過穩(wěn)壓器安全閥排出的冷卻劑無法得到補充，堆芯內冷卻劑水裝量減小，水位降低，堆芯出現(xiàn)沸騰并且開始裸露。在堆芯裸露后傳熱進一步惡化，鋯合金與飽和蒸汽發(fā)生劇烈反應，產生的大量反應熱進一步加劇了堆芯溫度的上升，同時伴有大量氫氣產生。隨著堆芯溫度的升高，控制棒、燃料包殼和支撐結構出現(xiàn)熔化，最終導致壓力容器失效，釋放出不可凝氣體和大量放射性物質。安全殼可能因不可凝氣體聚積造成安全殼超壓威脅其完整性。安全殼內氫氣濃度不斷上升，最終可能發(fā)生燃爆，導致安全殼超壓失效。安全殼失效后，放射性氣體和氣溶膠將釋放到環(huán)境中，造成環(huán)境核污染的嚴重事故。

2 移動泵應急補水系統(tǒng)設計及功能介紹

若廠區(qū)配置有移動式柴油泵，在事故發(fā)生后，立即組織人員搭接臨時軟管，建立從除鹽水箱向蒸汽發(fā)生器供水通道，在二次側失去給水后，啟動移動泵向選定的蒸汽發(fā)生器供水，維持蒸汽發(fā)生器液位，并將相應蒸汽發(fā)生器大氣釋放閥前置隔離閥開啟，通過二回路“充-排”的方式導出堆芯熱量。當一回路壓力降低至5.9MPa時，非能動中壓安注系統(tǒng)動作，向堆芯注入大量硼酸溶液，同時，通過外部補油，可使移動泵保持72小時連續(xù)供水，確保堆芯冷卻及第三道安全屏障的完整性，防止類似福島核事故的發(fā)生。

移動泵應急補水系統(tǒng)主要由車載式移動泵，儲水箱，應急補水軟管，管道接頭，閥門及控制組件組成。在應急給水系統(tǒng)補水管線上設置補水接口，移動泵上游水源為除鹽水箱，其有效容積4*700m3，由水箱出口設置取水接口，采用軟管引至廠房外，由移動泵連接補水路徑及取水路徑，從而建立由水箱至二回路的補水回路，實現(xiàn)事故工況下對蒸汽發(fā)生器應急補水。

在進行二回路應急補水系統(tǒng)對堆芯冷卻時，由于采用移動補水泵對蒸汽發(fā)生器應急補水，首先需要對二回路進行泄壓操作。在事故工況時，若大氣釋放閥可電動操作，則由操縱員電動開啟大氣釋放閥降低蒸汽發(fā)生器壓力，確保移動泵能順利將水注入蒸汽發(fā)生器內。當大氣釋放閥無法執(zhí)行電動操作時，現(xiàn)場運行人員先關閉補水通道上的大氣釋放閥，維修人員使用專用工具開啟對應補水通道上大氣釋放閥的前置隔離閥，并由運行人員調節(jié)大氣釋放閥開度，以保證泄壓速率在允許范圍內，現(xiàn)場人員此時根據(jù)操縱員指令調節(jié)移動泵出口閥門以調節(jié)蒸汽發(fā)生器補水流量。

3 車載柴油機移動泵介紹

車載柴油機移動泵為水平臥式、自平衡、多級離心泵，該泵采用泵腳支撐，其采用吸入口軸向和吐出口向上布置，在泵體下方設置有排液口。其它主要包括進水段，出水段，函體等零部件。泵軸承采用稀油自潤滑，軸承冷卻方式為空冷。泵的軸封采用集裝式機械密封，拆卸方便。泵和柴油機通過帶加長節(jié)的疊片撓性連軸器連接，維修機械密封時，只需要拆除軸承部件，且不必移動泵和柴油機，確保軸封的更換時間在4小時以內完成。泵組主要由水箱、泵、柴油機和柴油機控制系統(tǒng)等組成，泵組還備有溫度、壓力等監(jiān)控儀器，可保證泵安全、穩(wěn)定運行。整個機組布置于集裝箱內，并預留操作及檢修空間。

為保證機動性，移動式補水泵安裝在半掛車上，并借助牽引車移動。為保證移動柴油泵的連續(xù)運行能力，移動泵采用燃料貯存箱作為油料儲備，油箱容積1000L，在油箱裝滿柴油的工況下，可保證移動式補水泵自持運行24小時，超過自持時間需對燃料儲箱補充油以滿足堆芯72 小時的冷卻需要。油箱上設置有補油接口，可很方便實現(xiàn)在線補油的功能。柴油機啟動電源為獨立的蓄電池，并配有充電裝置，可滿足柴油機6次啟和照明的功能，且使用壽命不低于5年。

4 結語

福島核事故發(fā)生后，核電業(yè)界對該事故進行了各種分析研究，國家核安全局也頒布了《福島核事故后核電廠改進行動通用技術要求》，田灣二期工程積極落實各項改進要求，始終把提高機組安全性作為一項重要任務，增設了移動泵向蒸汽發(fā)生器二次側補水系統(tǒng)，保證了機組超設計基準事故下的安全功能。