方家山核电厂严重事故下安全壳内氢气的产生及缓解

段东东

（中核核电运行管理有限公司,浙江 海盐 314300）

0　引言

发生严重事故后，大量氢气释放到安全壳内，存在氢燃或氢爆的危险，威胁安全壳完整性。国内外都针对严重事故下的氢气缓解制定了新的核安全法规和标准，因此，开展严重事故下安全壳内氢气控制的研究是十分必要的。本文分析了方家山核电厂在严重事故工况下，安全壳内氢气的产生来源、浓度分布，以及安全壳内氢气缓解相关系统的布置与工作效果，论证方家山核电厂安全壳内氢气缓解系统的有效性，理论验证安全壳内氢气缓解措施是否满足后福岛事故时代核电厂严重事故工况下的要求。

1　严重事故下氢气的产生与分布

1.1　严重事故工况选择

参考国内外一些电站用于氢气分析时所选择的事故序列，在采用概率论、确定论、参考国内外经验和正确的工程判断相结合的方法并通过分析比较后，在《秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）严重事故情况下安全壳内氢气浓度分布分析计算》中所选取的有代表性的严重事故计算工况为：

工况1：热段双端断裂大破口失水事故＋应急堆芯冷却系统（ECCS）失效（不包括非能动的安注箱系统）;

工况2：冷段双端断裂大破口失水事故＋应急堆芯冷却系统（ECCS）失效（不包括非能动的安注箱系统）;

工况 3：热段小破口（50mm）失水事故＋应急堆芯冷却系统（ECCS）失效（不包括非能动的安注箱系统）：

工况4：全厂断电（包括应急和非应急电源，且未能及时恢复电源）。

1.2　严重事故下氢气的分布

严重事故下，安全壳内的氢气浓度及分布受破口位置、破口尺寸以及产氢速率影响，而产氢速率又受到破口大小以及事故序列影响。工况1—产氢速率约为 0.0762kg/s，工况 2—约 为 0.0327kg/s，工 况 1与 工况 2峰 值 率 约 为 1.47kg/s， 工 况 3—速 率 约 为0.0449kg/s，峰值约为 0.68kg/s;工况 4—约为 0.024kg/s，在 PZR安全阀处峰值约为 1.56kg/s。

由于烟囱效应，氢气向上运动到穹顶，在穹顶曲面作用下形成涡流。事故瞬态时，由于产氢率峰值速率较高，氢气沿穹顶壁面运动后进入下空间的速度大，产生很大的涡流，由破口处（或PZR安全阀处）垂直向安全壳穹顶存在较高浓度氢气较宽的分布带，并在相关蒸汽发生器隔间、主泵隔间、PZR隔间、运行层附近存在较高的氢气浓度。

2　严重事故下安全壳内氢气的缓解

2.1　安全壳内氢气的监测

未安装氢气浓度探测装置和消氢装置是造成福岛核电厂严重事故的重要原因之一。方家山核电厂安全壳内氢气浓度监测系统共设置了6个氢气监测点，位于安全壳大空间和主要的氢气浓度较高的局部隔间。

2.2　ETY对安全壳内氢气的缓解

配备两套可移式氢复合器 （9ETY001RV/002RV)，在LOCA以后，利用二根100%流量管线中的一根和相应的移动式取样和复合设备对大气进行取样、混合和复合。

2.3　EUH复合器消氢

每个机组的安全壳消氢系统由33台非能动催化氢复合器组成,非能动消氢能力为144.32kg/h，12h累计消氢能力为1731.84kg,产氢量最大的严重事故12小时的总产氢量1610kg。计算是考虑相当于100%锆包壳金属-水反应产生的氢气量，而实际严重事故下产氢量远低于此，所以经过保守计算得到的EUH消氢能力高于事故下的极限产氢量，可以推断其消氢能力远远超出严重事故下的产氢量。

由图 3.8、图 3.9、图 3.10、图 3.11分别给出了 EUH复合器工作前后四种工况下安全壳氢气浓度状态图。

图3.8　EUH复合器工作前后工况1安全壳氢气浓度状态图

图3.9　EUH复合器工作前后工况2安全壳氢气浓度状态图

图3.10　EUH复合器工作前后工况3安全壳氢气浓度状态图

图3.11　EUH复合器工作前后工况4安全壳氢气浓度状态图

由图 3.8、图 3.9、图 3.10、图 3.11前后对比容易判断，在EUH复合器工作前安全壳内氢气浓度点会落在燃爆区、快燃区或慢燃区，而EUH复合器工作后安全壳内氢气浓度点远离了这三个危险区域，复合器工作是成效明显的。

3　结论

方家山核电厂氢气缓解设计理念符合国际主流先进设计思路，并且消氢能力满足要求。严重事故工况下，复合器有能力保证安全充内平均氢浓度不超过限值，并且控制安全壳内氢气不发生爆炸和燃烧，保持安全壳的完整性，大大减小向环境释放的放射性或者不向外释放放射性，像福岛这样由于氢气爆炸致使安全壳失效、放射性外泄的悲剧不会在方家山核电厂发生。

【参考文献】

［1］中国核动力研究设计院.《方家山核电工程（秦山核电厂扩建项目）事故工况下安全壳内产氢量计算报告》2006.11.

［2］上海核工程研究设计院.《方家山核电工程（秦山核电厂扩建项目）事故工况下安全壳内氢气分布分析》2006.05.

［3］中国核电工程有限公司.《秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）严重事故情况下安全壳内氢气浓度分布分析计算》2012.01.