田湾核电站全厂断电工况下应急补水系统设计

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摘 要：富岛核事故后，依据《通用技术要求》，确定了田湾核电站在全厂断电事故工况下堆芯及乏燃料水池应急冷却的补水流程，即采用在田湾核电站现有应急补水系统管路新增设置额外补水及取水接口，通过软管引至厂房外，利用移动式补水泵（或消防车）连接软管建立应急补水回路以满足在全厂断电情况下堆芯冷却、乏燃料水池冷却。针对一、二回路及乏燃料水池应急补水系统的补水参数进行了分析，详细设计了应急补水系统管路及补水泵的设计参数。应急补水系统考虑安全冗余，设置为2×100%安全系列，以保证其可用性；并对应急补水系统的补水实施措施及水源进行了分析，保证了水源的可用性。

关键词：田湾核电站；全厂断电；应急补水系统；设计

1 概述

2011年3月11日，日本大地震使得福岛第一核电厂1-4号机组发生全厂断电事故，正常电源及应急柴油机电源均无法工作，堆芯冷却水源丧失，导致堆芯部分，出现不同程度的堆芯熔化。

依据国家核安全局编制的《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求（试行）》（以下简称《通用技术要求》），对应急补水及相关设备设置提出了技术要求，主要包括采用一回路或二回路应急补水、乏燃料水池应急补水等措施带出余热的技术要求。

针对这一情况，需结合田湾核电站现场实际情况，对田湾核电站应急补水系统开展详细设计，确定补水流程、系统参数，补水措施及水源分析。

2 应急补水工况分析

2.1 堆芯冷却

在发生全厂断电（此处特指失去所有交流电源，下同）情况时，首先通过移动式补水泵实现向蒸汽发生器二次侧进行应急补水，利用一回路自然循环持续通过蒸汽发生器导出堆芯余热。在丧失最终热阱和二次侧排热不可用的工况下，利用一次侧应急补水进行“充-排”操作，保证堆芯余热导出。

因此依据一回路的完整性可采取二回路或一回路应急补水措施。

2.1.1 一回路完整性未破坏

当一回路完整性未被破坏时，堆芯应急停堆处于次临界状态，一回路能够建立自然循环，因此可采用通过蒸汽发生器排出堆芯余热。此时发生全厂断电情况，用于蒸汽发生器正常补水系统及基于设计基准事故的应急补水系统（LAR）均不可用，将不能通过这些正常的注水途径进行二回路补水，需要采用额外应急补水措施。

2.1.2 一回路完整性破坏

当一回路完整性被破坏时，采用蒸汽发生器排出堆芯余热的冷却措施不可用，此时利用一次侧应急补水进行“充-排”操作，导出堆芯余热以防止堆芯烧毁。此时发生全厂断电情况，导致用于一回路正常补水系统及基于设计基准事故的堆芯应急冷却系统均不可用，将不能通过这些正常的注水途径进行一回路补水，需要采用额外应急补水冷却措施。

2.2 乏燃料水池冷却

在全厂断电情况下，用于乏燃料水池正常补水、冷却系统不可用，在需要向乏燃料水池补水来满足乏池冷却时，将不能通过这些正常的注水途径进行补水，需要采用额外应急补水措施。

综上，在发生全厂断电情况下，应设置二回路或一回路及乏燃料水池应急补水措施以满足堆芯及乏燃料水池的冷却需要。

3 应急补水系统设计

3.1 应急补水流程分析

全厂断电情况下应急补水措施采用在田湾核电站现有应急补水系统管路新增设置额外补水及取水接口，通过软管引至厂房外，利用移动式补水泵（或消防车）连接软管建立应急a水回路以满足在全厂断电情况下堆芯冷却、乏燃料水池冷却。

新增应急补水回路的补水及取水接口上各设置两台手动截止阀，正常工况时，手动截止阀处于关闭状态，不影响机组的正常运行；在发生全厂断电情况时，依据补水工况开启相应补水回路上的手动截止阀，通过软管连接移动式补水泵（或消防车）进行补水。

在新增补水接口上同时设置有止回阀，其目的为当未启动补水泵（或消防车）前防止打开手动截止阀后由于用户压力导致倒灌。

应急补水系统流程如图1所示。

（1）二回路应急补水流程；（2） 一回路应急补水流程；（3）乏燃料水池应急补水流程。

3.1.1 二回路应急补水流程

依据现场勘查，结合田湾现有二回路补水途径，在应急给水系统（LAR）补水管线上设置补水接口，采用软管引至厂房外；同时由LCU水箱出口设置取水接口，采用软管引至厂房外；由移动式补水泵连接补水路径及取水路径，从而建立由LCU水箱至二回路的补水回路，实现对蒸汽发生器进行补水。

在进行二回路应急补水实现对堆芯冷却时，由于采用移动式补水泵对蒸汽发生器应急补水，首先需要对二回路进行泄压操作，采用手动打开大气释放阀的措施进行二回路泄压，泄压流程如下所示：（1）首先关闭大气释放阀；（2）打开大气释放阀前截止阀；（3）缓慢打开大气释放阀，调节开度，以保证泄压速率在允许范围内（事故工况时管线冷却速率不超过60℃/h）。

3.1.2 一回路应急补水流程

依据现场勘查，结合田湾现有一回路补水途径，在高压安注系统（JND）补水管线上设置补水接口，采用软管引至厂房外；同时由JNK水箱出口设置取水接口，采用软管引至厂房外；由移动式补水泵连接补水路径及取水路径，从而建立由JNK水箱至一回路的补水回路，实现对一回路进行补水。

3.1.3 乏燃料水池应急补水流程

依据现场勘查，结合田湾现有乏燃料冷却回路，在乏燃料水池冷却系统（FAK）管线上设置补水接口，采用软管引至厂房外；同时由LCU水箱出口设置取水接口，采用软管引至厂房外；由消防车连接补水路径及取水路径，从而建立由LCU水箱至乏燃料水池的补水回路，实现对乏燃料水池进行补水。

3.2 补水系统流量

根据《田湾核电站1、2号机组严重事故管理导则》[2]中排出长期衰变热所需的注水流量估算，一回路应急补水所需流量选取为125m3/h，二回路应急补水所需流量选取为105m3/h。

LCU01/02/03/04BB001水箱采用两用两备的方式充当水源；首先利用LCU01/02BB001水箱作为水源进行应急补水；当LCU01/02BB001水箱用完后可转为从LCU03/04BB001水箱取水，在从LCU03/04BB001水箱取水期间可通过打开LCU01/02BB001水箱顶盖采用消防车对其进行补水；当LCU03/04BB001水箱用完后再转为从LCU01/02BB001水箱取水，此时通过LCU03/04BB001水箱顶盖采用消防车对其进行补水；以此循环保证满足至少72小时堆芯及乏燃料水池冷却的水源。

为水箱补水时，首先考虑厂区内可用水源，厂区内可用水源为SGC消防水箱，共2400m3。消防水箱配套有标准的消防车取水接口，可以通过消防车从消防水箱取水，然后输送到LCU水箱，以保证LCU水箱水装量。

当SGC消防水箱用完后，考虑厂区外可用淡水水源，通过采用调集消防车向厂区附近水库取水的方式向厂区运水打入LCU水箱。

4 结束语

依据《通用技术要求》，分析并给出田湾核电站在全厂断电事故工况下的应急补水系统设计：

（1）确定了堆芯及乏燃料水池应急冷却的补水流程，即采用在田湾核电站现有应急补水系统管路新增设置额外补水及取水接口，通过软管引至厂房外，利用移动式补水泵（或消防车）连接软管建立应急补水回路以满足在全厂断电情况下堆芯冷却、乏燃料水池冷却。

（2）针对一、二回路及乏燃料水池应急补水系统的补水参数进行了分析，确定了应急补水管路及补水泵的设计参数要求。

（3）应急补水系统考虑安全冗余，设置为2×100%安全系列，以保证其可用性。

（4）对应急补水系统的补水实施措施及水源进行了分析，保证了水源的可用性。

参考文献

[1]国家核安全局.福岛核事故后核电厂改进行动通用技g要求（试行）[S].2012.

[2]中国核动力研究设计院.田湾核电站1、2号机组严重事故管理导则-排出长期衰变热所需的注水流量估算，A版[S].2012.

[3]田湾核电站1、2号机组最终安全分析报告，B版[P].

[4]中国核动力研究设计院.T105～T110期间乏燃料水池降低水位热

工安全分析，A版[S].2011.

作者简介：王涛，男，硕士，副研究员，主要从事反应堆热工水力与安全和先进核能系统的研究。

唐明，男，江苏核电有限公司，主要从事核电站技术改造设计管理工作。