余热排出系统隔离阀配电方案研究

李 博，皮 月，白会贤

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

“华龙一号”工程项目的余热排出系统[1]从安全壳内移到安全壳外，而壳外由于布置空间有限，无法设置两个系列支管，只能保持壳外母管设计。根据安全壳隔离阀设置原则，为了保证隔离，壳外母管位置需增加安全壳隔离阀。安全壳外的隔离阀设置在母管上，而安全壳内的隔离阀和与反应堆冷却剂系统的隔离阀都设置在支管上。这类安全壳隔离阀设置较稀少，而且其功能上还需有如下几个方面考虑：

（1）余热排出系统无法投运的风险；

（2）安全壳旁通的风险；

（3）余热排出系统和一回路之间无法隔离带来的风险。

因此，这些阀门设置后，如何按照上述原则选择动力源（供电列）保证安全及其功能是一个重要的问题。

1 设计思路及理念

根据上述电动隔离阀的电源配置方案需要考虑的三个风险原则，按照每个阀门的可能配电列方案进行分析。初步筛选出以下 6种方案。

第1种方案（030VP和031VP常开或者常关两种情况），如图1所示。

第2种方案（030VP和031VP常开或者常关两种情况），如图2所示。

第3种方案（030VP和031VP常开或者常关两种情况），如图3所示。

图3 第3种方案示意图Fig.3 Schematic of the third scheme

第4种方案（030VP和031VP常开或者常关两种情况），如图4所示。

图4 第4种方案示意图Fig.4 Schematic of the forth scheme

第5种方案（030VP和031VP常开或者常关两种情况），如图5所示。

图5 第5种方案示意图Fig.5 Schematic of the fifth scheme

第6种方案（030VP和031VP常开或者常关两种情况），如图6所示。

图6 第6种方案示意图Fig.6 Schematic of the sixth scheme

2 设计优化和分析

通过分析各种方案中不同的供电配置组合系统可能出现的运行情况，绘制应对风险的能力表格。该部分分析通过确定论[2]角度，基于不同情况组合的假设赋予相应的阀门状态，从而从流程上分析得出系统能否实现相应的功能。

（1） 方案 1

方案1如表1所示。

表1 方案1系统运行情况分析表Table 1 Analysis for system operation in Scheme 1

（2） 方案 2

方案2如表2所示。

表2 方案2系统运行情况分析Table 2 Analysis for system operation in Scheme 2

（3） 方案 3

方案3如表3所示。

表3 方案3系统运行情况分析Table 3 Analysis for system operation in Scheme 3

（4） 方案 4

方案4如表4所示。

表4 方案4系统运行情况分析Table 4 Analysis for system operation in Scheme 4

（5） 方案 5

方案5如表5所示。

表5 方案5系统运行情况分析Table 5 Analysis for system operation in Scheme 5

（6） 方案 6

方案6如表6所示。

表6 方案6系统运行情况分析Table 6 Analysis for system operation in Scheme 6

通过分析上述6种方案应对风险的能力，可以看出：

（1） 方案1和方案3应对风险的能力相同，在安全壳外隔离阀常开的情况下，无论失去任一列电源或者一个保护组压力联锁信号，余热排出系统均可投运。但是失去A列电源均无法实现余热排出系统与一回路的隔离以及安全壳的隔离（见表7）。

表7 方案1/3应对风险对比分析表Table 7 Risk comparison analysis for Scheme 1 and Scheme 3

（2） 方案2/5/6应对风险的能力相同，在失去任一列电源或者一个保护组压力联锁信号时，能保证余热排出系统与一回路的隔离，保证安全壳的隔离。但是失去任一列电源，余热排出系统无法投运（见表8）。

表8 方案2、方案5、方案6应对风险对比分析表Table 8 Risk comparison analysis for Scheme 2、Scheme 5、Scheme 6

（3） 方案 4对应一种应对风险能力，在失去任一列电源或者一个保护组压力联锁信号时，能保证余热排出系统与一回路的隔离。但是失去任一列电源，余热排出系统无法投运（见表 9）。

表9 方案4应对风险对比分析表Table 9 Risk comparison analysis for Scheme 4

综合来看，得出如下结论。

（1） 基于余热排出系统与一回路隔离以及安全壳隔离的角度，从表 7可以看出，方案 1和方案3失去A列电源的工况下，无法保证安全壳的有效隔离。从表 8可以看出，方案 2、方案 5、方案 6在各种工况下均能保持安全壳的有效隔离。从表9可以看出，方案4在失去B列电源时无法保证安全壳的有效隔离。因此，方案2、方案5、方案6优于方案1、方案3、方案 4，并且壳外隔离阀常开或者常关对结果无影响。

（2） 从实现余热排出系统投运的角度，从表7可以看出，方案1和方案3且保持壳外隔离阀常开能保证余热排出系统的投运，从表 8和表9可以看出，方案2、方案4、方案5、方案 6都有工况不能保证余热排出系统的投运。因此，方案1和方案3中保持壳外常开的方案优于方案2、方案4、方案5、方案6。

3 结论

从上述分析可以看出，从保证隔离角度，方案2、方案5、方案6优于方案1、方案3、方案 4；从余热排出系统投运角度，方案 1和方案3优于方案2、方案4、方案5、方案6。没有一个方案同时在两个方面均占优。

进一步基于安全性从放射性包容的角度分析，安全壳作为第三道屏障，其可靠的隔离更为重要，因此保证安全壳隔离的方案2、方案5、方案6在设置上更保守。

为了进一步区分方案2、方案5、方案6的优劣，依托概率安全分析[2]（PSA）开展相应的分析。根据PSA的分析，方案2（安全壳外隔离阀常关方案）的界面失水事故（LOCA）的始发事件频率比其他方案要低一些，因此，方案2比方案5、方案6更优。

综上所述，选择方案2中安全壳隔离阀常关的方式最合理。

余热排出系统隔离阀配电方案分析方法基于初步筛选方案，从安全、功能要求、PSA、放射性后果分析等各专业角度进行分析，量化影响，从中选取安全风险最低的方案。该方法为后续工程项目，类似阀门方案问题分析提供了宝贵的经验。此外，应当注意的是，该分析方法是一种选取风险最小方案的方法，在实践中为了防范方案中存在的不利风险，也可以采用一些手动、临时等手段应对，提高系统事故后的可靠性和安全性。