重水堆端屏蔽冷却系统的泄漏分析与处理

龙腾（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

重水堆端屏蔽冷却系统的泄漏分析与处理

龙腾
（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

本文针对端屏蔽冷却系统发生泄漏时，从反应性控制、燃料冷却、放射性物质包容三个方面进行分析进行详细分析，并根据分析结果提出了在功率运行时的处理原则，以及操作的重点。为操纵员在处理端屏蔽冷却系统泄漏时提供决策支持，以便能快速的将反应堆置于安全、稳定的运行状态，使反应堆的3C始终受控，以保证工作人员、环境和公众免遭放射性的危害。

端屏蔽 堆腔 泄漏

1 概述

端屏蔽冷却系统的目的是排出堆腔和端屏蔽中产生的热量，降低在反应堆周围的剂量率，以保护人员和设备。

2 系统简介

端屏蔽冷却系统是设计来冷却端屏蔽构件和端屏蔽环以及堆腔。堆腔和端屏蔽可以保护装卸料机操作区域免受反应堆的直接辐射，因此，核热量集聚在这些屏蔽构件内。其产生热的途径主要为辐射源和热源：

2.1 辐射源

（1）来源于燃料裂变过程和裂变产物（中子和伽马射线）。

（2）来源于结构材料活化和活化产物的衰变（伽马射线）。

2.2 热源

（1）主热传输系统热传导（主热传输系统平均温度约300℃）。

（2）慢化剂系统热传导（慢化剂系统平均温度约70℃）。

（3）材料辐射吸收发热。

这些热源产生的热量由堆腔、端屏蔽、屏蔽环以及它们各自循环回路中的除盐水带走，然后通过2台热交换器将热量传输到再循环冷却水（RCW）系统中，从而控制端屏蔽出口温度在60-66℃之间，堆腔出口温度在54℃左右。端屏蔽冷却系统的功能是：（1）导出堆腔中的热量，维持堆腔温度在可接受的水平，确保堆腔混凝土结构不会干裂变脆；（2）导出端屏蔽环中的热量，维持端屏蔽环的温度在可接受的水平；（3）导出端屏蔽中的热量，控制端屏蔽内、外管板的温差在可接受的限值内；（4）在压力管破裂或慢化剂冷却失效的情况下，可作为慢化剂的最终热阱。

3 丧失端屏蔽冷却系统装量时的安全分析

在反应性控制、燃料冷却、放射性物质包容三个方面进行分析：

在反应性控制方面：发生端屏蔽冷却系统丧失装量事故时，系统装量的丧失对堆芯的反应性的影响为，当屏蔽水位降为128kPa（g）时（相当于相同端屏蔽水位109.71m），启动以每秒0.5%慢速设定降功率到2%满功率。没有自动参数来触发停堆系统，如果SETBACK不成功，则需要操纵员快速手动触发#1停堆系统。此事故情况下端屏蔽冷却系统装量的丧失对堆芯反应性其实没有影响，快速降功率是为了尽快的减小堆芯对端屏蔽冷却系统相应设备的传热，以减小热应力对相应设备的影响。因此发生端屏蔽冷却系统丧失装量事故时，堆芯反应性可控。

在燃料冷却方面：此事故工况下蒸汽发生器二次侧热阱可用，停冷系统也可用，燃料正常冷却。

在放射性物质包容方面：当发生端屏蔽冷却系统丧失装量事故时，泄漏地点可能是安全壳内也可能是辅助厂房。与主热传输系统里的放射性浓度相比，屏蔽冷却系统中的放射性同位素浓度是可以忽略的。例如：屏蔽冷却系统水里Co60的浓度比热传输系统冷却剂里的浓度低两个量级以上。因此，屏蔽冷却系统须比热传输系统多排放100倍的水才能使安全壳内达到相同的Co60活度。因此此事故工况下，放射性包容也能满足辐射剂量限值的要求。

4 丧失端屏蔽冷却系统装量的事故处理

事故处理操作步骤如下：

确认停堆。EOP-013是应急运行规程中唯一没有立即触发停堆系统的应急运行规程。因为屏蔽冷却系统故障属于缓慢变化的事件，所以这就决定了线性降功率的方法是可行的，而不需要冒着反应堆可能进一步失调的危险来手动触发反应堆停堆。在确认了端屏蔽冷却系统存在失去装量事故情况下，端屏蔽管板中产生的热应力可能使压力管弯曲且与端部件接触，那么端屏蔽冷却系统故障可能会影响主热传输系统。如果此时还没有自动触发反应堆自动线性降功率（SETBACK），操纵员手动启，并确认成功启动。

反应堆降功率到0.1%F P。在反应堆自动线性降功率（SETBACK）至2%额定功率结束时，操纵员将通过手动输入0.1%额定功率的反应堆功率值，继续使反应堆功率降低到低水平。随着反应堆降功率，操纵员同时可继续执行规程，不必等待反应堆功率降到0.1%FP。因为在低功率下，反应堆功率下降较慢，操纵员如果等待功率下降到0.1%FP以下将浪费宝贵的恢复系统时间。

HTS降温。操纵员将根据蒸汽发生器压力控制程序启动降温措施，将主热传输系统降温到 149℃。同时，采取其它的操作措施，诊断和稳定事件。主热传输系统早期降温是一个保守的操作措施，这可减轻较严重事件的影响（对于那些端屏蔽在几分钟内排空的情况，可避免端屏蔽产生高应力）。如果在蒸汽发生器压力控制降温过程结束时事件已经稳定，那么就无需利用停堆冷却系统进一步降温。如果事件迅速得以恢复（例如泄漏能够及时隔离，并能够补水，重新启动系统），在确认事件已得到成功缓解后，值长可决定停止降温过程。

监测端屏蔽冷却系统参数。如果已成功地缓解事件，端屏蔽冷却系统参数应回到指示的正常范围内。操纵员将验证端屏蔽冷却系统参数是否在正常运行值内。如果未能使端屏蔽返回正常状态，操纵员将根据以往的培训和自己的经验继续采取操作措施，操纵员手册可以提供进一步的指导，例如提供对各种报警信号的响应。若主热传输系统已经降温，操纵员在采取进一步操作措施修复屏蔽冷却系统故障的同时，可确保堆芯冷却。

核电厂稳定时退出规程。操纵员将评估电厂条件，并根据当前情况采取适当的操作措施。这些行动包括：重新检查机组的运行状态和技术要求，以确定适当的机组运行模式；重新检查报警概要；重新恢复已经启用的安全系统。

5 结语

端屏蔽冷却系统由于发生不能隔离的泄漏致使系统丧失水装量事件时，堆芯反应性始终可控，燃料能得到正常冷却，放射性包容也能满足辐射剂量限值的要求。从而可以得出结论：端屏蔽冷却系统发生丧失水装量事件时，反应堆排管容器/端屏蔽组件将保持结构完整性。同时值长和操纵员能依据现有的规程，对事故进行有效处理，能快速的将反应堆置于安全、稳定的状态。

［1］98-34110-DM-000，Shield Cooling System［S］.

［2］98-91120-TBD-013，端屏蔽冷却系统故障［S］.

［3］98-91120-EOP-013，端屏蔽冷却系统故障应急运行规程［S］.