三里島事故教材

附錄1三哩島事故A1.1核電廠概況美國Pennsylvania州，ThreeMileIland上的二號(hào)堆，TMI-2，為B＆W公司設(shè)計(jì)和建造，1978年12月投入使用。兩環(huán)路，每個(gè)環(huán)路有兩臺(tái)冷卻劑泵。蒸汽發(fā)生器是直流式的，這意味著二次側(cè)裝量較少。一回路工作壓力為152bar。HPIS可在正常運(yùn)行壓力或更高壓力下向一次系統(tǒng)注入含硼水（它的截止壓力為197bar），當(dāng)一次側(cè)系統(tǒng)壓力降至110bar以下時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)。安注箱壓力為41barLPIS的起動(dòng)壓力是28bar核電廠的額定功率：2772MW,961MW(e)事故前核電廠的狀態(tài)及始發(fā)事件：1979年3月28日凌晨，TMI-2在97%額定功率下，以自動(dòng)控制方式運(yùn)行。穩(wěn)壓器的釋放閥及安全閥均有持久的微小泄漏（大約0.3kg/s）二回路中，有一些堵塞的離子交換樹脂（Aresinblockhaddevelopedinacondensatepolisherunit'stransferline），準(zhǔn)備用壓縮空氣及去離子水輸送至回收箱，這一操作，使水進(jìn)入了壓縮空氣系統(tǒng)，然后進(jìn)到空氣管路上的儀表中，引起了紊亂，關(guān)閉了冷凝水增壓泵的進(jìn)水閥門，于是冷凝水增壓泵及主給水泵停止運(yùn)行。A1.2事故過程A1.2.1第一階段汽輪機(jī)停車（0—6min）0s汽輪機(jī)停車，蒸汽旁路閥打開，輔助給水泵啟動(dòng)，失去主給水，使蒸汽發(fā)生器從一回路系統(tǒng)導(dǎo)出熱量減少，汽輪機(jī)停車后，主泵繼續(xù)運(yùn)行，反應(yīng)堆繼續(xù)運(yùn)行。反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力上升3—6sRCS壓力達(dá)到PORV整定值155bar，閥開啟卸壓，這不足以降壓，RCS壓力繼續(xù)上升8sRCS壓力達(dá)到停堆整定值162bar，控制棒插入堆芯，停堆，至此一切保護(hù)系統(tǒng)工作正常，接下來需要的是帶走衰變熱。13sRCS壓力降至PORV自動(dòng)關(guān)閉壓力152bar，但關(guān)閉失效，卡開，造成了一個(gè)小破口失水事故（汽腔小破口）,RCS冷卻劑不斷從PORV流失，在二回路系統(tǒng)中，全部三個(gè)輔助給水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)，但是在SG中水位在下降。這是因?yàn)镾G與輔助給水泵之間的閥門被關(guān)住了。大概在42小時(shí)之前，進(jìn)行例行試驗(yàn)時(shí)關(guān)上的，顯然是因疏忽而保持于這種關(guān)閉的位置。其他閥門上掛的狀態(tài)標(biāo)簽遮住了這些閥門的狀態(tài)指示燈。沒有水注入SG，它們正在蒸干。1min熱管段與冷管段的溫差減至零，說明SG已蒸干，RCS失去了有效排出熱量的手段，而僅能靠噴出水和蒸汽來散發(fā)熱量，RCS壓力在下降，但與此同時(shí)穩(wěn)壓器液位迅速上升2min4sRCS壓力降至110bar，自劫觸發(fā)ECCS，將含硼水注入RCS，此時(shí)，穩(wěn)壓器液位繼續(xù)上升。隨后的分析表明，穩(wěn)壓器液位的升高是由于冷卻劑受熱及沸騰造成的膨脹。4min38s操縱員認(rèn)為HPIS增加了RCS裝量，關(guān)掉了一臺(tái)HPIP，其他HPIPs也被調(diào)至節(jié)流狀態(tài)。A1.2.2第二階段冷卻劑喪失（6—20min）6min穩(wěn)壓器汽相消失，反應(yīng)堆冷卻劑疏水罐（RCDT）壓力迅速上升。8min操縱員發(fā)現(xiàn)SG蒸干了，檢查后發(fā)現(xiàn)輔助給水泵在運(yùn)行但閥門關(guān)閉著，操縱員打開了這些閥門，熱管段及冷管段的溫度開始下降，水擊聲及爆裂聲證實(shí)輔助給水已送至SG。輔助給水閥的關(guān)閉在事故之后立刻受到了公眾大量的遣責(zé),但實(shí)際上在前8min內(nèi)沒有輔助給水并沒有顯著的影響，此后事故過程主要是由PORV卡開影響的。（Wehaveconcluded,however,thatthe8-minutedelayinrestoringemergencyflowdidnotdirectlyaffecttheoutcomeoftheaccident-thoughitdidservetodiverttheattentionoftheoperators,whopatentlyneedednomoredistractionsatthispoint）10min24s–11min24sHPIP關(guān)一開一關(guān)一開，但處于節(jié)流狀態(tài)，從HPIS進(jìn)少，從PORV出多，主回路冷卻劑在流失，約11min時(shí)，穩(wěn)壓器水位在刻度盤上恢復(fù)顯示，水位繼續(xù)下降。15minQUENCHTANK的RCDT爆破膜破裂，可見到安全殼壓力上升。18min通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)儀測(cè)得氣體放射性急劇增加，可能是RCDT爆破膜破裂的影響，而不是燃料元件損壞，此時(shí)一回路壓力降至83bar并在繼續(xù)下降，至此，TMI-2的情況十分相似于Ohio州，OakHarbour的Davis-Besse核電廠，于1977年9月發(fā)生的事故，也是PORV卡開，但功率僅263MW（t）,21min操縱員確定系PORV卡開，關(guān)上了相連的截?cái)嚅y，結(jié)束了此事件。A1.2.3第三階段繼續(xù)卸壓（20min—2hr）20min-1hr系統(tǒng)參數(shù)處于穩(wěn)定的飽和狀態(tài)70bar,290℃1hr14minRCSPLoopB停運(yùn)，由于強(qiáng)振動(dòng)，低壓、低流量，操縱員采取此措施是為了保護(hù)泵，不使泵及相連的管道受到嚴(yán)重?fù)p壞。然而，泵的停運(yùn)使這管道中的蒸汽和水分離，中止了該環(huán)路的自然循環(huán)，而且再要使該泵轉(zhuǎn)起來變得十分困難。1hr40minRCSPLoopA停運(yùn)，同樣理由此時(shí)，運(yùn)行人員期望能出現(xiàn)冷卻劑的自然循環(huán)，但是，由于在兩個(gè)環(huán)路中存在分離出的汽空間，自然循環(huán)沒有形成。此后的分析表明：至此已有2/3的冷卻劑排出系統(tǒng)，泵的停運(yùn)使壓力容器水位塌陷至高于堆芯頂部30cm處，于是堆芯開始了一個(gè)升溫瞬變，這是堆芯損壞的前兆。A1.2.4第四階段升溫瞬變（2—6hr）1hr40min后不久燃料元件裸露2hr18min操縱員發(fā)現(xiàn)PORV卡開，將其后的截?cái)嚅y關(guān)閉。關(guān)閉PORV后，RCS壓力開始上升。PORV位置的指示是不明確的，操縱盤上的指示燈表示電磁線圈已動(dòng)作，但是沒有閥標(biāo)位置的直接指示。在此閥門下游的高溫本可以說明閥門的情況，可又被原來存在的泄漏給弄糊涂了，必須指出，沒有意識(shí)到由PORV卡開，因而造成了大量冷卻劑喪失是這一事故最重大的特征。即使到這時(shí)侯，如果使用HPIS使RCS升壓，仍有可能中止這一事故。2hr55min宣布廠區(qū)處于應(yīng)急狀況，在冷卻劑下泄系統(tǒng)測(cè)到放射性，此時(shí)，相當(dāng)一部分燃料元件已裸露，并處于高溫狀態(tài)，使得燃料元件損壞，揮發(fā)性裂變產(chǎn)物釋出，并產(chǎn)生氫。在此后一段時(shí)間內(nèi)操縱員企圖重新啟動(dòng)RCSPs，LoopB的泵也真起動(dòng)了起來，但僅工作了19min，后因蒸汽阻塞及振動(dòng)警報(bào)（3hr13min）而又停運(yùn)了。3hr20min在關(guān)閉PORV截?cái)嚅y狀態(tài)下，再次投入HPIS系統(tǒng)，操縱員企圖以此增加系統(tǒng)壓力，擠塌汽泡，而使主循環(huán)泵恢復(fù)運(yùn)行。效果是主泵沒有運(yùn)行起來，但歪打正著，堆芯得到淹沒，燃料元件升溫得到中止。在上一階段，堆芯至少有1.5米裸露了大約1小時(shí)，這是堆芯受到主要損壞的時(shí)期，此時(shí)發(fā)生強(qiáng)烈的鋯-水（汽）反應(yīng)，產(chǎn)生大量氫氣，同時(shí)有大量氣體裂變產(chǎn)物從燃料釋放到RCS中。安全殼內(nèi)放射性急劇上升4hr30min–7hr繼續(xù)關(guān)閉PORV截?cái)嚅y，投入HPIS，企圖提高系統(tǒng)壓力使環(huán)路中汽泡破滅，重新通過SG排熱（自然循環(huán)或主泵運(yùn)行），但并沒有成功。A1.2.5第五階段持續(xù)卸壓（7.5—13.5hr）7hr38min打開釋放閥，關(guān)小HPIS，操縱員又采用降低系統(tǒng)壓力的方法企圖使安注箱動(dòng)作來帶走堆芯的衰變熱。由此系統(tǒng)失水引起第二次裸露，這一次裸露時(shí)間較短，與第一次堆芯裸露相比，這一次燃料溫度低得多。8hr41min壓力達(dá)到4lbar－安注箱充氣壓力，安注箱開始注水，但流量極小。這是由于壓差小，而且有管道設(shè)計(jì)上的問題。但操縱員卻認(rèn)為安注箱注水后堆芯是充滿的。9hr50min在減壓過程中，壓力殼內(nèi)大量的氫釋放至安全殼，發(fā)生了一個(gè)壓力脈沖，安全亮噴淋工作了6min，這一壓力脈沖可以認(rèn)為是部分區(qū)域氫與空氣混合物的點(diǎn)火，氫爆！減壓至30bar，系統(tǒng)壓力就再也降不下去了，操縱員毫無辦法使系統(tǒng)降至28bar，在此條件下才能起動(dòng)LPIS。11hr8min操縱員又關(guān)上了PORV截?cái)嚅y，但沒有加大HPIS流量。此后2hr內(nèi)，安注箱停止注水，HPIS處于低流量，SG不循環(huán)、PORV截?cái)嚅y除2次短時(shí)間打開外，基本保持關(guān)閉，總的說沒有任何手段去排除衰變熱。在此條件下發(fā)生第三次堆芯裸露，這次裸露持續(xù)時(shí)間長，燃料溫度再次達(dá)到很高的教值。A1.2.6第六階段升壓及最終建立穩(wěn)定的冷卻方式13hr30minPORV截?cái)嚅y再次關(guān)閉，加大HPIS流量，企圖使RCSPs運(yùn)行，堆芯裝量增多，結(jié)束第三次裸露。15hr51minLoopA一臺(tái)RCP運(yùn)行，熱管段溫度下降至293℃,冷管段溫度上升至205℃，表示有流體經(jīng)過SG。A1.2.7第七階段排出氫氣（lday—8day）到此壓力殼內(nèi)儲(chǔ)有28m3的氣體，其中主要是不凝氣體H2，這些H2逐漸地在1day-8day內(nèi)通過PORV控制著排出，氫復(fù)合系統(tǒng)投入運(yùn)行，以減少安全殼內(nèi)氫濃度。1個(gè)月后，主泵停止運(yùn)行，因主泵發(fā)熱4-5MW已超過了此時(shí)的衰變熱2MW，用自然循環(huán)方式繼續(xù)帶出熱量。A1.3事故的后果三次堆芯裸露，鋯包殼總量中大約有30%-40%被氧化，堆芯上部1/3嚴(yán)重?fù)p壞，燃料峰值溫度可能達(dá)2000℃，堆芯流動(dòng)阻力增加到正常值的200-400倍。燃料產(chǎn)生的情性氣體大約有30%-40%釋放出來，有10%-15%的碘、鍶、銫從燃料中釋放出來。但釋放至環(huán)境的放射性物質(zhì)僅16Ci,80公里內(nèi)200萬人所受劑量不及一年內(nèi)天然本底的1/50。僅有三個(gè)工作人員分別受31、34、38mSv的照射，20年內(nèi)至少有30萬人死于癌癥，這次輻射劑量可能會(huì)增1-2例死亡。TMI-2恢復(fù)花費(fèi)5億美元，整個(gè)核工業(yè)界損