福清核电厂严重事故下氢气可燃性控制方案分析

臧乐 张仕玉 贾玉强

摘要：日本福岛核事故后，针对其氢气爆炸会带来安全壳失效和放射性物质外泄的严重后果，给出了福清核电厂严重事故下氢气可燃性控制方案的分析，提供了各个方案的介绍，使用方法，由此带来的优点和副作用，以初步确定根据氢气爆炸的风险大小。帮助操纵员认识氢气可燃控制方案，并可恰当地选择方案中最合适的缓解事故后果的措施，给出了相应建议和意见。

关键词：福岛核事故；氢气爆炸；安全壳完整性；分析；

中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

Analysis of Hydrogen Flammability Control Methodsin FQNPCduring Severe Accidents

ZANGLe，ZHANGShiyu，JIAYuqiang

（Fujian Fuqing Nuclear Power CO.LTD， Fuqing 350318， China）

Abstract：After Fukushima-Tragedy in Japan，due to severeconsequencessuch as containment losing effectiveness and radioactivity breaking out which caused by hydrogen explosion，havemaked analysis of hydrogenflammabilitycontrol methods in FQNPC during severe accidents，and provided introductions，usages，superiorities and side effectes of eachmethods，topreliminarydefinite the risk of hydrogen explosion.To help reactor operators to recognize hydrogenflammabilitycontrol methods. and then they can choose correctmedthods to deal Severe Accidents，gived correct advices.

Key words：Fukushima-Tragedy；hydrogenexplosion；completenessof containment；analysis

1前言

2011年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，堆芯冷却水源丧失，引发不同程度的堆芯熔化，从而在安全壳内产生大量的氢气，发生氢气爆炸，导致了非常严重的后果。因此，有必要对新建核电站进行严重事故下安全壳内氢气可燃性制定有效的氢气控制措施，满足核安全的要求。

福清核电1、2号机组针对控制氢气可燃性方面进行了相关改进。本文主要对福清核电厂严重事故下氢气可燃性控制方案进行分析。

2福清核电厂严重事故下控制安全壳内氢气可燃性方案的分析

2.1严重事故下控制氢气可燃性的方案介绍

控制氢气可燃性的目的是为了缓解氢气燃烧对安全壳完整性的严重威胁。对于福清1、2号机组，在严重事故下控制氢气可燃性的方案大体分为两种思路，一种是执行氢气燃烧缓解措施，另一种是直接进行安全壳排放。

2.1.1严重事故下控制氢气可燃性的方案介绍

1安全壳排放

在严重事故时需要控制氢气可燃性的条件下，在TSC确定如何防止氢气燃烧的对策前，安全技术顾问可以要求一回路操纵员进行安全壳排放。在至少一路的安全壳排放路径可用的情况下，选择ETY低流量清扫管线进行排放，或者采用EUF过滤进行排放。

2蒸汽惰化安全壳

降低氢气在安全壳中气体内所占的比重以远离爆炸极限的低值，称之为蒸汽惰化安全壳。首先停止安全壳喷淋，增大安全壳的压力，然后打开稳压器安全阀进一步增加安全壳内水蒸气的比重，从而减少氢气在安全壳内混合气体的比重。

3隔离潜在点火源。

任何运行的电动机都是潜在点火源，对其动作必须予以限制。

4非能动氢复合器

在安全壳隔室内根据氢气的产生和聚积情况布设一定数量的自动催化氢复合器，当安全壳内的氢浓度达到一定数值时，氢复合器自动工作，将安全壳内的氢浓度控制在安全范围之内。

2.1.2防止氢气燃烧设备的分析

1安全壳排放

对于安全壳排放，有两条可用的安全壳排气路径如下：

ETY低流量清扫管线；

EUF湿式过滤排放；

通过交流电源可用、直流电源可用、阀门可操作、风扇可运行、过滤器可运行来判断这两条路径的可用性，然后选择首选的路径，优先选择条件如下：

首选带过滤的路径；

首选不为安全壳内氢气提供点火源的路径；

首选被监测的释放路径，而不是没有被监测的释放路径。

2蒸汽惰化安全壳

蒸汽惰化安全壳可以通过以下手段：

打开稳压器安全阀RCP020/021/022VP

停止安全壳喷淋泵EAS001/002PO

这两个手段都并无首选的要求，可以并行使用。执行氢气燃烧缓解措施时，可以根据措施的可用性，同时执行不少于一个措施的操作。

3隔离潜在点火源。

任何运行的电动机都是潜在点火源，一般来说，认为如下系统都具有潜在点火源的风险：

RCP、RCV、RIS、EAS、RRI、RRM、RRA、RAZ、ETY、EVR、EVF、EBA；

4非能动氢复合器

非能动的氢复合器的启动阈值为1.0～2.0 vol %，停止阈值为0.5% vol%，点火阈值为8 vol%。有效的减少了氢气浓度接近爆炸极限的可能性。由于其是非能动的装置，因此无需电源，即可有效实行其固有功能。

2.2福清核电厂严重事故下控制氢气可燃性方案中各措施的作用和不利影响的条件分析

2.2.1控制氢气可燃性的措施的优点

1安全壳排放

安全壳排放可以很明显地降低安全壳内氢气的浓度，且很显著的降低安全壳内的压力，对于保护安全壳的完整性有积极的作用。同时，安全壳排放的路径都有过滤器，可以有效减少排放气体的放射性浓度，从而有效控制排放放射性。

2蒸汽惰化安全壳

使用蒸汽惰化安全壳，可以有效增大安全壳内的压力，降低安全壳内的氢气比重，从而使氢气浓度下降，显著控制氢气可燃性。使用蒸汽惰化安全壳的方法不用考虑放射性外泄的问题。

3隔离潜在点火源。

氢气爆炸发生的前提就是需要有点火源，若隔离潜在点火源，可以有效降低氢气爆炸的风险。此项能有效控制氢气爆炸发生的风险，因此放在降低氢气可燃性的措施中是必须执行的。

4非能动氢复合器

非能动的氢复合器可以有效降低氢气浓度，特别是在全厂失电的情况下，即使没有任何外电源，非能动的氢复合器依然可以控制氢气浓度在一定范围内。

2.2.2控制氢气可燃性的措施的不利影响

1安全壳排放

安全壳排气有其较大的局限性，排气可能受到厂外剂量考虑的限制。与TSC的辐射防护顾问协商排气的时机和持续时间以确定厂外剂量考虑的合适时机。当进行安全壳排气时，不应当执行缓解裂变产物释放，这对于严重事故情况下的裂变产物释放的缓解是十分不利的。

同时，因为两条排放管线的过滤器过滤能力有限，所以安全壳排气的使用也受此制约。此外，安全壳排气还会导致安全壳内压力大幅下降，安全壳内压力的下降会导致水蒸气在安全壳内的比重下降而提升氢气的浓度，有可能增加氢气可燃性。

2蒸汽惰化安全壳

蒸汽惰化安全壳也有其固有的局限性。当一回路压力低压的情况下，RCP中只有少量的蒸汽可以排到安全壳中。同时，由于RCP向安全壳排放，会导致安全壳水位也会上升，有可能会淹没稳压器卸压箱，因此通过稳压器安全阀排放的蒸汽会被冷凝，从而达不到惰化安全壳的效果。此外，蒸汽惰化安全壳有可能造成安全壳超压，从而产生安全壳完整性失效的风险。

3隔离潜在点火源。

安全壳内包含潜在点火源的系统无法进行完全隔离，其中RIS，EAS等的电机和电动阀门，在严重事故情况下，是有可能需要用来缓解事故的，如果全部都予以隔离，则有可能对于缓解放射性物质释放和安全壳完整性保护带来不利的影响。

4非能动氢复合器

由于非能动性氢复合器的放置是固定的，所以无法对安全壳内所有位置的氢气进行复合。同时，非能动氢复合器的运作表现不明显，不利于监测。

2.3严重事故下氢气可燃性控制方案与RCP卸压、向RCP注水或向安全壳注水等操作冲突时的评定准则

如果正在使RCP卸压，向RCP注水或向安全壳注水等行动，则在严重事故下确定控制氢气对策时，要考虑到氢气产生增加的可能性，对此，给出这些行动的评定准则。

1RCP卸压

主要有氢气燃烧对安全壳的严重威胁，除非发生了安全壳旁通，堆芯产生的绝大部分氢气会通过破口或稳压器安全阀释放到安全壳中。但是，仍可能有少量氢气滞留在压力容器上封头、稳压器或者SG 传热管内。实施RCP 排气可能将一部分氢气从上述区域排放至安全壳内。然后，氢气可能被点燃，甚至导致安全壳失效。通过当前的安全壳压力和安全壳氢气浓度来进行监测。

缓解措施如下：

停止安全壳能动热阱，使水蒸气惰化安全壳大气；

使用GCT-A，GCT-C或稳压器辅助喷淋；

隔离安全壳内所有可能的点火源，防止氢气燃烧。

2向RCP注水

当向裸露堆芯进行注水时，在再淹没过程中会产生大量的氢气，会严重威胁安全壳的完整性。

缓解措施如下：

停止安全壳能动热阱，使水蒸气惰化安全壳大气；

隔离安全壳内所有可能的点火源，防止氢气燃烧；

将RCP注水流量加到至最大；

打开所有可用的稳压器安全阀，使水蒸气惰化安全壳大气、

3向安全壳注水

主要有氢气燃烧对安全壳的严重威胁，如果安全壳内有足够的蒸汽，则积聚在安全壳大气中的氢气不可能燃烧。如果运行安全壳喷淋凝结了安全壳大气中的蒸汽，安全壳内大气可能失去惰性，已经积聚在安全壳内的氢气可能被点燃，从而可能使安全壳失效。通过当前的安全壳压力和安全壳氢气浓度来进行监测。

缓解措施如下：

控制喷淋流量维持安全壳处于蒸汽惰化状态；

隔离安全壳内所有可能的点火源，防止氢气燃烧；

采用不会导致安全壳卸压的注水路径

3结论

经过综合分析福清核电1.2号机组严重事故时控制氢气可燃性措施中的优缺点和控制氢气可燃性方案与其他严重事故措施的冲突，帮助操纵员明确事故原理、缓解措施的优缺点，方便操纵员选择方案中最合适的措施，有助于操纵员对严重事故下氢气可燃性控制方案的理解和执行。

参考文献

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