CP300機(jī)組啟停堆期間反應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)分析

1、CP300機(jī)組啟停堆期間反響性風(fēng)險(xiǎn)分析劉建文【摘要】在啟停堆期間，由于堆芯釋放的能量較少，假設(shè)發(fā)生故障，通常有充分的時(shí)間來防止或緩解事故的發(fā)生，所以停堆期間的反響性平安通常得不到應(yīng)有的重視。但在停堆時(shí)并非所有的平安系統(tǒng)均可使用;停堆時(shí)多半是手動(dòng)操作，反響堆風(fēng)險(xiǎn)更多的轉(zhuǎn)嫁到操縱人員身上，加之啟停堆期需要配合做許多物理實(shí)驗(yàn)，需要特別注意可能會(huì)向堆芯引入反響性的操作和事故，需要對(duì)啟停堆期間的平安風(fēng)險(xiǎn)有足夠的認(rèn)識(shí)。本文通過對(duì)啟停堆期間反響性變化分析，著重討論可能會(huì)發(fā)生威脅反響堆平安的事故，以提高操縱員對(duì)啟停堆期間的反響性事件緩解和控制?！娟P(guān)鍵字】反響性;控制;次臨界度;緊急注硼中圖分類號(hào)：TL362-

2、65文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2457202103-0187-003DOI：10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.03.077AnalysisofReactivityriskduringtherestartandshutdownoperationofCP300PWRLIUJian-wenCNNCNuclearPowerOperationsManagementCo.，Ltd，Thefirstoperationdepartment，HaiyanZhejiang314300，China【Abstract】Duringtherestartandshutdown，be

3、causeofthelessenergythatthecorereleasing，ifmalfunctionoccurs，thereareusuallyplentyoftimetopreventormitigateaccidents，sothereactionofthesafeshutdownperiodisusuallynotgivendueattention.However，notallofthesafetysystemcanbeusedduringshutdown;mostly，manualoperationdominantduringshutdownperiod.Theriskonre

4、actorispassedtotheoperatorwhomanipulate.Besides，therearealotofphysicalexperimentsduringshutdownperiod，whichmightrequirespecialattentiontooperationsandaccidents，introducingthereactivecore. Thisrequirestheoperatortohavesufficientknowledgeofriskandsafetyaboutrestartandshutdown.Thisstudyistheanalys

5、isonthereactivitychangeinthestageofrestartandshutdown，focusingonthethreatofareactorsafetyaccidentthatmayoccur，toenhancetheoperators incontrollingandmitigatingonthereactivityaccidentsduringrestartandshutdownperiod.【Keywords】Reactivity;Controls;Subcriticaldegrees;Emergencyboroninjection0引言秦山核電廠正常

6、運(yùn)行中根本不參與電網(wǎng)調(diào)峰，負(fù)荷變動(dòng)少。而在啟停堆及換料階段，通常需要頻繁改變反響性以改變反響堆狀態(tài)，所以操縱員對(duì)啟停度期間反響性控制要引起足夠的重視。1啟停階段反響性風(fēng)險(xiǎn)分析1.1控制棒影響在啟動(dòng)或停堆階段，控制棒處于操縱員手動(dòng)控制，為此，操縱員的正確判斷與操作尤為重要。在啟動(dòng)及停堆階段，控制棒下插或落棒引入負(fù)反響性，同時(shí)不存在功率分布的不良影響，不會(huì)造成嚴(yán)重后果，而控制棒的失控提升那么由于其不斷引入的正反響性會(huì)對(duì)堆芯造成威脅。1.1.1控制棒失控提升的啟動(dòng)事故分析反響堆從停堆狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)操作中，主系統(tǒng)硼濃度以開始向臨界硼濃度稀釋，此時(shí)由于控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障，或運(yùn)行人員的錯(cuò)誤操作，致使控

7、制棒從堆芯不可控地抽出，造成事故的平安裕量最小，此事故屬于中等頻率事故。根據(jù)最終平安分析報(bào)告中對(duì)此事故的分析：保守假設(shè)控制棒失控快速提出事件引入反響性75pcm/s大于以最大速度提升具有最大組合棒價(jià)值且都處在最大微分棒價(jià)值區(qū)域的二子組棒時(shí)的反響性引入率，最終以功率量程低定值停堆結(jié)束。從事故過程可知，反響堆連續(xù)地引入反響性，核功率迅速增長(zhǎng)，過程中冷卻劑溫度來不及大幅變化，功率增長(zhǎng)被燃料的多卜勒反響效應(yīng)所終止，從而在反響堆保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作投入之前限制了功率的水平。在整個(gè)瞬態(tài)中最小DNBR都大于其限值，雖然在瞬態(tài)中的核功率峰值很大，但由于時(shí)間很短，能量釋放和燃料平均溫度的增加并不大1.1.2失控提棒事故

8、總結(jié)按照C15啟動(dòng)物理試驗(yàn)結(jié)果，控制棒最大反響性添加率29.43pcm/s，實(shí)際中發(fā)生此類事故時(shí)，所能引入的最大反響性遠(yuǎn)小于事故分析基準(zhǔn)值，操縱員有足夠的時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常并及時(shí)干預(yù)，保證堆芯因反響性增加而產(chǎn)生的熱量在可控范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制棒異常動(dòng)作是，要及時(shí)確認(rèn)控制棒手動(dòng)狀態(tài)，及時(shí)停止棒提升，并嚴(yán)密監(jiān)視棒、中子通量、功率變化以及堆芯重要參數(shù);立即硼化以保證堆芯停堆深度;保證堆芯冷卻，必要時(shí)手動(dòng)停堆、安注。1.2冷卻劑中硼濃度影響1.2.1可能的稀釋方式討論：1化容系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)故障、補(bǔ)給水閥門狀態(tài)錯(cuò)誤或者是操縱員的誤操作都可能造成誤稀釋。2冷卻劑凈化過程中硼不飽和的凈化床或除硼床的意外投入，造成

9、冷卻劑在凈化過程中被硼吸收。3投入停冷系統(tǒng)時(shí)，未對(duì)停冷系統(tǒng)內(nèi)存水取樣分析硼濃度和加硼操作，而使得低濃度的存水直接注入主系統(tǒng)造成稀釋。4當(dāng)主系統(tǒng)降溫降壓后，某些被設(shè)冷水系統(tǒng)冷卻的熱交換器發(fā)生損壞，反響堆冷卻劑就有可能被設(shè)備冷卻水稀釋。5當(dāng)蒸發(fā)器中一次側(cè)壓力降至低于二次側(cè)時(shí)，如傳熱管發(fā)生破口，那么二次側(cè)水能通過傳熱管漏入冷卻劑中造成稀釋。6當(dāng)反響堆開蓋后，通過反響堆開口漏入系統(tǒng)的清水，如消防水、風(fēng)機(jī)冷卻水。7硼水水源如硼濃度達(dá)不到要求，可能會(huì)造成意外硼稀釋，如換料水箱、硼酸儲(chǔ)存箱。1.2.2對(duì)誤稀釋事故的分析討論由于化容補(bǔ)給水系統(tǒng)完全依賴于操縱員的正確操作，同時(shí)受設(shè)備狀態(tài)影響，極易發(fā)生誤稀釋事故，

10、屬于中等頻率事故?，F(xiàn)根據(jù)R15大修期間不同模式硼濃度做相關(guān)分析計(jì)算。R15大修中硼濃度變化過程：在開始將功率期間開始對(duì)主系統(tǒng)硼化，在熱停狀態(tài)時(shí)已硼化至冷態(tài)無氙硼濃度620ppm左右，在降溫降壓過程中繼續(xù)硼化，到達(dá)4A模式前，硼濃度到達(dá)2080ppm左右，冷停狀態(tài)時(shí)到達(dá)換料硼濃度2400ppm。啟堆升模式中，到熱停時(shí)達(dá)熱態(tài)無氙硼濃度1768ppm，臨界時(shí)硼濃度1487ppm。主系統(tǒng)水裝量：正常運(yùn)行時(shí)主系統(tǒng)水容積為147m3，穩(wěn)壓器滿水后主系統(tǒng)總?cè)莘e為165m3。熱停狀態(tài)平均溫度280，壓力15.2MPa時(shí)比容v=0.0013087m2/kg，M0=V/v=147/0.0013087=112t。到

11、達(dá)冷停后，穩(wěn)壓器滿水，平均溫度93，比容v=0.00103745m2/kg，M0=V/v=165/0.00103745=159t事實(shí)上，相關(guān)硼濃度計(jì)算均考慮了100200ppm的計(jì)算裕量，除臨界外其余工況下keff0.98，上述硼濃度變化可以保證反響堆不會(huì)失去全部次臨界度;在臨界硼濃度下，考慮控制棒插入極限，在棒的可調(diào)節(jié)范圍區(qū)，也不會(huì)造成保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作。1.2.3誤稀釋事故總結(jié)從計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)發(fā)生均勻的失控硼稀釋事故時(shí)，在主系統(tǒng)最大的補(bǔ)水速率下，考慮本機(jī)組硼約78分鐘的滯后效應(yīng)，至少十五分鐘之內(nèi)不會(huì)觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作。如此過程操縱員無干預(yù)，功率緩慢上升直至觸發(fā)源量程或中間量程保護(hù)停堆，在停堆至反

12、響堆重返臨界之前，操縱員仍然至少有2030分鐘的時(shí)間來采取措施。發(fā)生硼稀釋時(shí)，除硼濃度變化，最直接影響是反響堆中子通量的增加，源量程核測(cè)量系統(tǒng)能夠探測(cè)到中子通量的倍增信號(hào)，通過主控或01廠房?jī)?nèi)音響報(bào)警提醒操縱員并敦促操縱員進(jìn)行硼化操作，對(duì)操縱員來說有足夠的時(shí)間進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和采取有效措施，在換料階段，保證行防硼稀釋政隔離的有效執(zhí)行也能有效防止硼稀釋事故。發(fā)現(xiàn)誤稀釋或反響性異常變化時(shí)操縱員要立即進(jìn)行加硼操作，同時(shí)隔離稀釋源，密切監(jiān)視硼濃度及反響性變化，穩(wěn)定機(jī)組狀態(tài)。1.3主泵對(duì)反響性影響反響堆冷卻劑主泵作為一回路冷卻劑系統(tǒng)的心臟，意外的主泵運(yùn)行，由于冷卻劑中硼及溫度的分布不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致堆芯內(nèi)硼濃度

13、及溫度廠的快速變化，從而引入反響性事故。1.3.1主泵與快速硼稀釋當(dāng)反響堆冷卻劑系統(tǒng)稀釋過程中，如主泵突然意外停運(yùn)，同時(shí)上充泵繼續(xù)向主系統(tǒng)注入稀釋水，而此時(shí)假設(shè)堆芯發(fā)熱量較小，自然循環(huán)能力較弱，在失去強(qiáng)迫循環(huán)后，低濃度的含硼水無法與冷卻劑充分混合，會(huì)在上沖管線與主系統(tǒng)連接附近大量聚集，此時(shí)，當(dāng)主泵恢復(fù)運(yùn)行條件時(shí)，如操縱員誤操作或其他原因?qū)е轮鞅靡馔鈫?dòng)，將導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)大量低濃度含硼水快速進(jìn)入并通過反響堆堆芯，導(dǎo)致快速反響性引入事件，可能引發(fā)嚴(yán)重后果。本廠主泵停運(yùn)僅連鎖停堆信號(hào)，與化容補(bǔ)給水直接無連鎖關(guān)系，當(dāng)主泵停運(yùn)后上充泵水源無切換信號(hào)，對(duì)此，有兩種情況：1發(fā)生全廠斷電事故，此時(shí)，主泵、離心上充

14、泵、補(bǔ)水泵、硼酸駁運(yùn)泵均停運(yùn)，而后由于失電帶載，上充泵啟動(dòng)，如無安注信號(hào)，那么上充泵繼續(xù)沉著空箱吸水，假設(shè)自補(bǔ)失效，直至容空箱低液位0.55米V02-216V動(dòng)作，水源切換至換料水箱，期間注入流量為Q=2.5×1.75-0.55=3m3。2其他情況導(dǎo)致主泵意外停止，那么上充泵、補(bǔ)水泵等無停止信號(hào)導(dǎo)致補(bǔ)水不會(huì)自動(dòng)停止和水源切換，如無操縱員手動(dòng)干預(yù)，那么稀釋水會(huì)持續(xù)向堆芯注入并在某處聚集。1.3.2主泵與堆芯溫度變化當(dāng)主泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，而反響堆冷卻劑又被停冷系統(tǒng)所冷卻，這樣在反響堆冷卻劑系統(tǒng)中可能形成溫度分布的不均勻，如直接啟動(dòng)主泵，導(dǎo)致堆芯意外冷卻而引入正反響性及主系統(tǒng)壓力的波動(dòng)。本廠啟

15、動(dòng)主泵時(shí)主系統(tǒng)溫度較低，不會(huì)造成大的溫度變化，需注意的是在非正常工況下啟動(dòng)主泵的情況。1.3.3防止主泵啟動(dòng)事故總結(jié)1在運(yùn)行中，啟動(dòng)主泵要慎重，嚴(yán)格按照規(guī)程投運(yùn)主泵;當(dāng)發(fā)生主泵意外停運(yùn)事故時(shí)，操縱員要及時(shí)關(guān)注化容補(bǔ)水系統(tǒng)動(dòng)作情況，并及時(shí)切換補(bǔ)水水源至換料水箱。2在啟動(dòng)不工作環(huán)路的主泵前30分鐘以內(nèi)，必須查定不工作環(huán)路中的硼濃度大于或等于工作環(huán)路中的濃度以及不工作環(huán)路冷段溫度不低于工作環(huán)路冷段溫度11且反響堆次臨界度至少為1%K/K1.4啟停堆過程中實(shí)驗(yàn)的影響在每次反響堆的啟停階段，按照技術(shù)規(guī)格書要求，需要進(jìn)行相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證反響堆控制參數(shù)的正確性，不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)條件有不同的要求，需

16、要操縱員們對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行建立，從而加大了操縱員對(duì)反響性的控制風(fēng)險(xiǎn)。1.4.1實(shí)驗(yàn)過程風(fēng)險(xiǎn)分析：1物理啟動(dòng)試驗(yàn)最大的風(fēng)險(xiǎn)在于它為了驗(yàn)證堆芯核設(shè)計(jì)所進(jìn)行的超“常規(guī)的操作。如大反響性引入，軸向功率分布超差等。2正常物理試驗(yàn)平臺(tái)中子通量水平距離堆芯發(fā)熱點(diǎn)已經(jīng)缺乏一個(gè)數(shù)量級(jí)，在大反響性引入的情況下如提多步棒，當(dāng)堆芯通量水平快速上漲到測(cè)量上限時(shí)，假設(shè)不能及時(shí)插棒，堆芯很快將進(jìn)入發(fā)熱區(qū)，而此時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)可能都沒有做好相應(yīng)的準(zhǔn)備，引發(fā)的后果不可預(yù)計(jì)。3試驗(yàn)中通常通過兩種方式改變反響性，如調(diào)硼法刻棒的風(fēng)險(xiǎn)在于連續(xù)的反響性引入，而要靠控制棒回調(diào)功率水平，假設(shè)控制棒不能及時(shí)回插，稀釋累計(jì)的正反響性將持續(xù)增加。1.

17、4.2配合實(shí)驗(yàn)操作總結(jié)1操縱員要提前對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及條件進(jìn)行了解，對(duì)實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)及當(dāng)前工況的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)所需的操作做到心中有數(shù)。2在實(shí)驗(yàn)過程中，時(shí)刻注意堆芯反響性平安，如有超控的情況應(yīng)立即停止實(shí)驗(yàn)，以穩(wěn)定反響堆平安為主，防止平安事件發(fā)生。3歷次實(shí)驗(yàn)中屢次出現(xiàn)過蒸發(fā)器水位失控導(dǎo)致的停堆及控制棒落棒停堆事故，針對(duì)此，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意堆、機(jī)操之間的配合及及時(shí)響應(yīng)，明確二回路蒸汽排放方式對(duì)一回路溫度的控制，防止平均溫度變化過大;明確實(shí)驗(yàn)中修改的保護(hù)定值及動(dòng)作情況。2防止反響性事故策略2.1保證足夠的停堆深度足夠的停堆深度應(yīng)保證：1反響堆可以在各種運(yùn)行情況到達(dá)次臨界2與假想事故工況有關(guān)的反響性瞬態(tài)可控制在允許的

18、限制范圍內(nèi)。3反響堆可保持足夠的次臨界度以防止停堆情況下意外的臨界。停堆深度要求：運(yùn)行模式1、2*、3*、4A、4B、5，停堆深度必須2.0%k/k。運(yùn)行模式6，a.Keff0.95，它包括1.0%K/K的保守的不確定性誤差，或b.硼濃度23002500PPm，它包括由于不確定性所需的保守裕量。措施：停堆深度不在限值以內(nèi)，暫停所有操作包括更換堆芯或正反響性變化，立即用70007700ppm濃度的硼酸溶液按11.2t/h的速度開始并持續(xù)硼化，直到恢復(fù)所要求的停堆深度為止。2.2保證反響性有效監(jiān)視停堆期間要保證核測(cè)儀表的正常正確工作，尤其是源量程及其音響裝置、中間量程、硼濃度計(jì)可用狀態(tài)，密切關(guān)注核測(cè)儀表計(jì)數(shù)率及周期變化;保證冷卻劑硼濃度連續(xù)監(jiān)測(cè)，RCS硼濃度按規(guī)定的頻率取樣分析。2.3保證緊急注硼的有效性當(dāng)發(fā)生反響性事故時(shí)，需立即通過手動(dòng)方式緊急注硼方式向堆芯增加負(fù)反響性，維持堆芯停堆深度及次臨界度。硼水水源：換料水箱，硼酸儲(chǔ)存箱，安注箱緊急注硼方式：1正常運(yùn)行方式一臺(tái)離心上充泵可用+上充管線+硼水水源注硼。2備用運(yùn)行方式1一臺(tái)安注