技術(shù)規(guī)格書篩選準(zhǔn)則1的應(yīng)用探究

黃增彬

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

0 引言

國內(nèi)核電廠運(yùn)行技術(shù)規(guī)范轉(zhuǎn)換大都采用美國聯(lián)邦法規(guī)10 CFR 50.36的4項篩選準(zhǔn)則，其中篩選準(zhǔn)則1用于在現(xiàn)場安裝的探測反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界顯著異常降級并在主控室顯示的儀表。而法系運(yùn)行技術(shù)規(guī)范的篩選準(zhǔn)則并未專門對用于探測反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界顯著降級的在現(xiàn)場安裝并在主控室顯示的儀表做出規(guī)定。因此，結(jié)合國內(nèi)二代堆型核電廠的技術(shù)規(guī)格書轉(zhuǎn)換的應(yīng)用實踐與三代堆型核電廠的調(diào)研情況，對技術(shù)規(guī)格書篩選準(zhǔn)則1進(jìn)行應(yīng)用研究，并給出應(yīng)用建議。

1 篩選準(zhǔn)則1介紹

技術(shù)規(guī)格書篩選準(zhǔn)則1用于探測反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界顯著異常降級的在現(xiàn)場安裝且在主控室顯示的儀表，其提出體現(xiàn)了縱深防御的理念，主要用于保護(hù)公眾的健康與安全。準(zhǔn)則1基于預(yù)防事故發(fā)生的理念，通過安裝相關(guān)儀表以探測一回路壓力邊界(RCPB)降級的重大異常，以允許反應(yīng)堆操縱員采取糾正行動或者安全停堆，降低發(fā)生一回路失水事故的可能性。其用意為確保技術(shù)規(guī)格書對探測一回路過度泄漏的儀表的控制，而不應(yīng)被解讀為用來探測一回路壓力邊界泄漏先兆的儀表和那些判斷實際泄漏源的儀表(如松動部件監(jiān)測器、地震儀表、閥位指示等)。

滿足準(zhǔn)則1的泄漏探測方式、探測儀表、探測靈敏度主要參考美國核管會(NRC)監(jiān)管導(dǎo)則RG 1.45 (Guidance on Monitoring and Responding to Reactor Coolant System Leakage)要求，技術(shù)規(guī)格書應(yīng)包括可識別泄漏、不可識別泄漏、壓力邊界泄漏和系統(tǒng)間泄漏的運(yùn)行限制條件，并涵蓋電廠各個運(yùn)行階段(不包括冷停堆和換料運(yùn)行)的不同類型儀表。

反應(yīng)堆冷卻劑泄漏探測可通過不同的探測儀表與探測方式實現(xiàn)，這些探測儀表與探測方式具有不同響應(yīng)時間、靈敏度和精度，可通過不同方式的探測儀表與探測方式的組合實現(xiàn)有效探測。但用于一回路水裝量平衡計算的儀表，如化學(xué)和容積控制系統(tǒng)(RCV)容控箱水位指示儀表、穩(wěn)壓器水位指示儀表，以及核取樣系統(tǒng)隔離閥位指示等與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)相連的儀表均不滿足準(zhǔn)則1的理念。RCPB與相鄰系統(tǒng)間的泄漏一般通過監(jiān)測系統(tǒng)間的放射性變化與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCS)水裝量平衡計算進(jìn)行探。

2 篩選準(zhǔn)則1適用性分析

準(zhǔn)則1從縱深防御的角度，通過在運(yùn)行階段探測RCPB降級的重大異常，以允許反應(yīng)堆操縱員采取糾正行動或者安全停堆，以降低發(fā)生一回路失水事故的可能性。目前，二代堆型核電廠應(yīng)用了破前漏(LBB)概念，其目的為以下三點(diǎn)。

(1) 證明在運(yùn)行工況下，沒有任何損傷機(jī)理會導(dǎo)致管線失效。

(2) 證明潛在的加工缺陷在壽期末的疲勞擴(kuò)展仍然是可控的，且在最惡劣的載荷下仍然保持穩(wěn)定。

(3) 泄漏探測系統(tǒng)通過監(jiān)測泄漏率對應(yīng)貫穿裂紋的出現(xiàn)，避免裂紋擴(kuò)展至導(dǎo)致管道雙端剪切斷裂的臨界裂紋。

因此，核電廠應(yīng)參考RG1.45的導(dǎo)則，建立滿足探測性能的探測手段，降低發(fā)生一回路失水事故的可能性。

歐洲先進(jìn)壓水堆(evolutionary power reactors，EPR)等三代核電廠在設(shè)計建造以及在役監(jiān)測階段采用了更高的標(biāo)準(zhǔn)，RCPB與二回路側(cè)壓力邊界(SSPB)的管線應(yīng)用了破裂排出(BP)概念，其與LBB不同主要體現(xiàn)在對材料的缺陷的可接受性以及缺陷轉(zhuǎn)變成穿透裂紋的可能性上。法國安全當(dāng)局在弗拉芒維勒核電廠3號機(jī)EPR項目中要求：BP不要求進(jìn)行泄漏監(jiān)測(需要進(jìn)行LBB論證)，即使泄漏監(jiān)測可以應(yīng)用在BP管上作為附加措施。因此，RG 1.45不完全適用于BP技術(shù)。

事實上，BP和LBB概念是完全不同的：BP概念的應(yīng)用排除了臨界缺陷的出現(xiàn)；LBB則決定了大缺陷的尺寸和方法以監(jiān)測相應(yīng)的泄漏。但在EPR設(shè)計中，為了從縱深防御的角度體現(xiàn)臨界裂紋的裕量，進(jìn)行了一個額外的分析，與LBB分析方法中泄漏監(jiān)測系統(tǒng)功能需求是一致的。

綜上，對于采用LBB概念的二代核電廠，應(yīng)通過技術(shù)規(guī)格書對泄漏探測系統(tǒng)進(jìn)行管理，體現(xiàn)了縱深防御的理念，對于采用了更高標(biāo)準(zhǔn)的三代電廠，泄漏探測系統(tǒng)僅作為一個縱深防御中額外的附加手段，提供額外的安全裕量，可結(jié)合電廠實際考慮是否進(jìn)行管理。

3 篩選準(zhǔn)則1應(yīng)用分析

3.1 泄漏探測現(xiàn)場應(yīng)用分析

對于關(guān)鍵區(qū)域與關(guān)鍵設(shè)備，泄漏探測系統(tǒng)應(yīng)具備在泄漏發(fā)生后盡可能快定位泄漏來源的能力，限制泄漏潛在的安全影響。對于二代核電廠，基于泄漏探測技術(shù)的工程實踐，美國業(yè)界用于泄漏探測的手段主要有安全殼地坑(液位或排放流量)監(jiān)測、安全殼大氣放射性監(jiān)測(氣溶膠或惰性氣體)、安全殼大氣冷凝器流量監(jiān)測(可選項)。某二代核電廠中系技術(shù)規(guī)格書中運(yùn)行限制條件(limiting condition for operation，LCO)關(guān)于泄漏探測儀表(LCO 3.4.15)的應(yīng)用如下。

下列反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCP)泄漏探測儀表在泄漏發(fā)生后必須可用。

(1) 1個安全殼地坑液位測量通道(核島排水和疏水系統(tǒng)RPE006SN/007SN/008MN)。

(2) 1個安全殼大氣放射性測量通道(輻射監(jiān)測系統(tǒng)KRT008/009/028MA)。

為保證安全殼地坑液位異常探測手段的多樣性，該電廠管理了3個安全殼地坑的液位探測器：RPE006/007SN與RPE008MN。其中RPE008MN用于安全殼地坑的液位指示，并在主控室電腦實時顯示，滿足篩選準(zhǔn)則1；RPE006/007SN用于啟動RPE疏水泵(RPE003/004PO)與觸發(fā)液位高報警，疏水泵的啟動與液位高報警也可在主控室電腦顯示，同樣滿足篩選準(zhǔn)則1。

根據(jù)控制邏輯，RPE003PO由RPE006SN控制，當(dāng)?shù)乜右何贿_(dá)HI3 (-3.69 m，第三高水位設(shè)定值)時自動啟動，液位降至LOW (-4.04 m，低水位設(shè)定值)時自動停運(yùn)；RPE004PO由RPE007SN控制，液位達(dá)HI4 (-3.66m，第四高水位設(shè)定值)時自動啟動，液位降至LOW時自動停運(yùn)。為排除觸發(fā)啟泵抽水對液位探測器造成的干擾，選取LOW到HI、HI到HI2的觸發(fā)時間間隔作為監(jiān)測對象，監(jiān)督相關(guān)數(shù)據(jù)，LOW到HI的時間間隔為2～2.5天，HI到HI2為2～2.5天。估算地坑來水的速率在10～18.75 L/h，與同時期執(zhí)行的一回路水平衡計算計算的結(jié)果相當(dāng)，驗證了液位探測器的觸發(fā)定值是準(zhǔn)確的。

按照當(dāng)前電廠一回路水裝量平衡計算試驗的頻度(每24 h一次)為基準(zhǔn)進(jìn)行評估，假設(shè)地坑恰好處于LOW到HI的區(qū)間(該區(qū)間觸發(fā)定值間隔為0.15 m)，液位探測器RPE006/007SN的探測能力下限為37.5 L/h，滿足RG 1.45關(guān)于探測不可識別泄漏靈敏度(1 gal/min，228 L/h)的要求。因此，該液位探測器用于探測RCPB泄漏是可行的。

綜上，液位探測器的探測靈敏度滿足RG 1.45的要求，通過管理安全殼地坑液位測量通道也滿足了RG 1.45通過不同方式的探測儀表與探測方式的組合實現(xiàn)對安全殼地坑泄漏探測要求。

3.2 方案選擇分析

在編制電廠技術(shù)規(guī)格書時，部分方案未得到采納，主要分析如下。

(1) 參考NUREG-1431，管理安全殼地坑排放流量。核電廠安全殼地坑排放流量計為機(jī)械式流量計，目前在主控室無顯示，需要通過改造才能實現(xiàn)在主控室顯示，不滿足篩選準(zhǔn)則1。調(diào)研美國North Anna電廠等，其采用了液位計作為輸入信號，通過計算得出地坑排放流量，實現(xiàn)對安全殼地坑的多樣化監(jiān)測手段。因此，未考慮該方案。

(2) 管理容控箱液位計(RCV011/012MN)。RCV011/012MN的指示受一回路平均溫度，運(yùn)行操作(稀釋硼化、升降功率)等影響較大，調(diào)研國內(nèi)外核電廠未見采用容積控制箱液位計來探測RCPB顯著惡化降級的實踐。因此，也未考慮該方案。

另外，RG 1.45中對滿足篩選準(zhǔn)則1的泄漏探測儀表還提出了抗震的要求，要求至少一種泄漏探測儀表應(yīng)在地震中保證功能可用。KRT008/009MA設(shè)計為抗震1級設(shè)計，滿足RG 1.45的要求。

4 后續(xù)優(yōu)化改進(jìn)

如前所述，某核電廠參考NUREG-1431管理了安全殼大氣放射性測量通道KRT008/009/028MA，分別用于探測安全殼大氣的氣溶膠、惰性氣體和碘的放射性，這三個探頭共用了同一個取樣回路、同一個取樣泵，因此，核電廠應(yīng)關(guān)注安全殼內(nèi)大氣放射性監(jiān)測手段的多樣性問題。另外，也應(yīng)考慮采取措施，防止取樣回路或取樣泵故障引起放射性測量通道同時不可用的極端狀況，導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組不必要的后撤。

5 結(jié)束語

通過對技術(shù)規(guī)格書篩選準(zhǔn)則1的解讀與應(yīng)用分析，準(zhǔn)則1體現(xiàn)了核安全管理的縱深防御的理念。對于二代核電廠，為防止一回路冷卻劑破口事故的發(fā)生，技術(shù)規(guī)格書應(yīng)管理包括可識別泄漏、不可識別泄漏、壓力邊界泄漏和系統(tǒng)間泄漏的運(yùn)行限制條件，用于泄漏探測應(yīng)管理用于RCPB顯著降級的儀表，而不是用來探測一回路壓力邊界泄漏先兆的儀表和那些判斷實際泄漏源的儀表，泄漏探測儀表的性能、多樣化配置及抗震要求應(yīng)滿足RG 1.45的要求。對于在設(shè)計建造與在役檢查采用了更高標(biāo)準(zhǔn)的三代電廠，泄漏探測系統(tǒng)僅作為一個縱深防御中額外的附加手段，提供額外的安全裕量，可結(jié)合電廠實際的設(shè)計考慮是否進(jìn)行管理。