重水堆机组低水位检修的核安全风险管控

姜武

摘 要：重水堆停堆大修期间燃料仍留在堆芯并需要连续冷却，给大修期间的核安全提出了非常高的要求，而低水位检修是大修期间核安全风险的最高阶段，低水位检修处于关键路径或次关键路径，工期的长短直接影响大修的总工期。以核安全至上和质量第一为前提，合理安排好每项检修任务，优化低水位检修计划，采取核安全风险控制措施，将核安全风险降至最低。文章介绍了低水位期间的核安全风险，分析了低水位检修窗口安排策略，并阐述了在历次大修中结合重水堆机组特点所采取的一系列核安全风险管控措施，以确保低水位检修的核安全。

关键词：重水堆 低水位 核安全 风险管理

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0134-03

Nuclear Safety Risk Control in the Low Level Drained Maintenance of CANDU Unit

Jiang Wu

（CNNP Nuclear Power Operations Management Co. Ltd.， Haiyan Zhejiang， 314300， China）

Abstract：Nuclear fuel remains in the core during the outage of CANDU unit and needs continuous cooling， which brings very high requirements nuclear safety during the outage. And the low level drained maintenance is the highest stage of nuclear safety risk during outage. Low water level maintenance is in key path or second key path， and the length of a project directly affects the total duration of the outage. On the premise of nuclear safety first and quality first， optimize the low level drained maintenance plan， take nuclear safety risk control measures， and minimize the risk of nuclear security. This article introduces nuclear safety risks during the low water drained maintenance and elaborates a series of CANDU-specific risk control measures taken during the past plant outages to ensure nuclear safety during the low level drained maintenance.

Key Words：CANDU unit；Low level drained；Nuclear safety；Risk management

重水堆機组大修期间核燃料仍保持在堆芯，存在着与功率运行期间同样的核安全风险，即面临反应堆意外临界、堆芯余热不能及时导出引起堆芯燃料元件损坏，放射性物质外泄等风险。停堆大修期间存在工期紧任务重、状态转换频繁、交叉检修作业多、接口协调复杂等特点，是各类事件的高发期。核安全是贯穿大修全过程的头等大事，秦山三厂自商运以来一直非常重视机组大修期间的核安全风险管理。低水位检修是大修期间核安全风险最高阶段，管理层到基层员工始终坚持核安全至上理念，借鉴国内外同行经验，在实践中逐渐摸索出一套行之有效的重水堆机组大修期间的核安全风险管理办法，以确保低水位检修的核安全。

1 大修期间的运行模式和对热阱的要求

重水堆机组的运行模式分为5种，详见表1。大修期间，要求反应堆处于保证停堆状态，且主系统处于低温低压，即大修期间的运行模式主要有模式5B和5C两种。模式5B指反应堆功率小于0.1%FP，反应堆出口集管温度小于100 ℃，主系统处于满水位运行，通常在慢化剂中添加硝酸钆毒物来保证足够的停堆深度。在该模式下，堆芯余热依靠停堆冷却系统及热交换器将热量通过设备冷却水系统带出。模式5C功率和温度要求与模式5B一致，主系统处于检修水位运行，同样是通过在慢化剂中添加硝酸钆来保证足够的停堆深度。此模式下，主系统处于开口状态，此时由进/出口集管的水位差保证流过燃料通道的冷却剂流量，堆芯余热同样依靠停堆冷却系统及热交换器将热量通过设备冷却水系统带出。

大修期间的热阱分为3类，即正常热阱、备用热阱和应急热阱。正常热阱指停堆冷却泵+停堆冷却热交换器+设备循环冷却水+重要海水系统，最终热阱为大海。备用热阱分为两类。备用热阱一指主泵强迫循环+停冷热交换器+设备循环冷却水系统+重要海水系统，最终热阱为海水；备用热阱二指主泵自然循环+蒸汽发生器+主蒸汽安全阀，最终热阱为大气。应急热阱指应急堆芯冷却中、低压系统+热交换器+设备循环冷却水或应急给水系统+重要海水系统，最终热阱为大海。大修期间必须始终保持一个正常热阱可运行，至少一个备用热阱能在规定时间内可运行。机组处于5B模式时，要求应急热阱的一个系列尽量可运行；机组处于5C模式时，要求应急热阱必须可运行。允许在大修期间安排影响机组正常热阱功能的计划性检修工作。如果正常热阱的一个系列需要退出热备用状态，则在退出之前必须至少确保一个备用热阱可运行。

2 低水位期间的核安全风险

重水堆机组主系统低水位运行，即将蒸汽发生器一次侧、主泵所在管段进行疏水至反应堆进出口集管，以便开展蒸汽发生器一次侧涡检、主泵机械密封更换等预防性维修工作。低水位运行阶段，流过堆芯燃料的流量依靠进出口集管10～20 cm液位差，而且这液位差会因为主系统装量随着停冷泵轴封回流引起减少而发生变化，需要操纵员定期对主系统进行补水，确保液位差保持在要求范围内。另外，如果这期间发生任何原因导致单台停冷泵停运，将会破坏已经建立起来的反应堆集管液位平衡，为了防止重水从主系统开口处溢出而带来的人员辐射安全风险，异常响应程序要求停运另一台停冷泵然后封堵开口，这样势必造成堆芯内冷却剂滞流而失去燃料冷却。另外，在低水位期间也会安排一些其他检修工作，如停堆系统检修、钴调节棒更换、安全壳隔离阀检修等。这样可能会影响停堆可用性和放射性包容系统的纵深防御屏障降级，因此必须认真识别并严格管控低水位期间的核风险活动。

3 低水位检修窗口安排策略

低水位检修为每次大修必须实施的工作，低水位期间主要工作有主泵机械密封更换、蒸汽发生器传热管涡流检查、热传输系统液体释放阀解体检修、除气流量控制阀解体检修等。每次大修检修项目均有所不同，为保障机组在大修期间的反应堆安全，根据技术规格书和停堆大修核安全管理要求，核安全管理部门在大修前对机组大修核安全管理细则进行修订和升版，以便更好地指导现场工作。根据电源配置和核安全管理要求大修前编制关键路径图，使实施部门清楚关键工作所在位置，各工作之间的接口和关系，以便顺利实施大修工作。低水位占据大修关键路径或次关键路径，除必须实施的工作外，低水位期间不安排影响热阱的检修工作，如应急堆芯冷却系统、应急供水系统、停堆冷却系统等。在遵守核安全管理细则的前提下，对常见关键路径和次关键路径项目进行梳理和分析，受低水位影响的检修设备和工况如下，计划安排上应错开或串联安排会。

（1）母线检修。一次只能安排BUE、BUF电源母线中的一路停役检修，同时必须对退出运行的母线所带负荷進行核对，以满足热阱对电源的要求，必要时安装临时电源以满足核安全相关要求。在低水位期间可以安排BUC、BUD母线停役检修，不允许安排其他电源母线停役检修。

（2）应急供电系统（EPS）和不间断电源（UPS）。低水位期间只能安排BUC、BUD母线停役检修，不允许安排其他电源母线停役检修，即不安排EPS和UPS检修。

（3）RCW/RSW。冬季可以在低水位期间投RCW检修备用系统，并检修RCW/RSW；春季由于环境温度较高，不能在低水位期间投用RCW检修备用系统，也就不能检修RCW/RSW。

（4）控制计算机DCCX。主系统低液位监测信号只在DCCX上安装，故低水位检修不安排DCCX检修。

（5）控制计算机DCCY。退出低水位要求启动上充泵，而上充泵启动的先决条件是DCCX和DCCY运行正常。故一般不安排DCCY检修，如确实要安排，必须在退出低水位前完成检修。

4 低水位检修核安全风险控制措施

大修期间对保证停堆状态和热阱设备进行定期检查、热阱进行分组管理、核安全监督工作常态化、编制机组大修核安全管理程序外，低水位检修期间还采取了如下核安全风险管理措施。

4.1 编制大修风险评估报告

大修前组织专业技术人员对大修期间的核安全风险、工业安全和辐射防护风险、质量风险和大修进度风险进行评估并编制风险评估报告，报告针对识别出来的每一项风险给出具体的应对措施。建立低水位占据大修关键路径或次关键路径，制约后续主系统低水位运行、核岛电动阀、核岛重水开口检修等一系列重要工作的开展，建立低水位的操作时间超出原计划工期，将直接影响次关键路径工期，造成后续重要工作时间窗口的延迟、进度控制压力增大，并可能影响关键路径。提前做好低水位的演练工作；提前安排好历次大修中有经验的人员实施该工作，确保历次大修的经验反馈到位，确保按计划顺利实施建立和退出低水位运行操作。低水位期间主要涉及主系统低水位运行与机组热阱相关系统的开口工作。维修人员在执行一回路开口工作时，除进行风险评估及重水泄漏时的事故预想外，应按照热阱管理细则的要求提前准备和配置应急封堵工器具、应急文件和应急通讯设施以及应急待命人员。明确应急待命人员正常待命期间的管理要求和应急启动后的执行管理要求；现场需要做好系统开口工作管理，同时确保有足够的应急待命人员；低水位运行期间，当班主控室运行人员应了解和熟悉单台停冷泵故障后的处理措施。通过以上的防范措施，有效降低风险。

4.2 系统开口管理

在承担机组热阱功能的系统上实施的开口计入系统开口管理，系统开口因破坏了系统的完整性而严重影响系统承担热阱功能甚至使系统完全丧失热阱功能。低水位期间的开口工作主要有蒸发器一次侧人孔开口、主泵机械密封更换。如果已经采用隔离或临时封堵等有效措施恢复了系统的完整性，并能够保证系统执行其原有的热阱功能，则不再将其视为系统开口。比如：蒸发器一次侧开口，在使用能承担其工作压力和温度的盖板进行封堵后，不再计入系统开口。停堆时间不同，堆芯余热水平不同，技术规格书对备用热阱的投入，即主系统开口封闭并开始充水规定了相应的时限，时间关系对照表见表2。规定时间为主热传输系统自失去强迫循环冷却至完成系统开口封堵并开始向主热传输系统注水的时间要求。主热传输系统失去强迫循环冷却是指停冷泵不能启动或者停冷泵处于运行状态下其热交换器失去RCW。此规定时间同样适用于恢复备用热阱。大修前梳理重水系统开口工作，经专业部门讨论并识别出计入开口管理的工作，编制实施逻辑图，大修期间对实施进展动态更新，严格按要求同一时间内的系统开口数量不得超过3个，以降低应急封堵时的总体风险。

4.3 编制应急方案并组织演练

任何涉及影响保证停堆状态和热阱有效性的检修和运行操作，都必须按照管理程序进行风险评估。对于主系统开口、涉及热阱有效性的开口等有较高风险的活动还要编制应急方案，维修人员则需根据应急方案进行事故预演并准备临时应急措施。如果预计的主系统开口作业时间大于规定时间，则必须制订应急方案，并确保有独立的应急人员、材料、工具、通讯渠道并在工作期间连续值班待命，以保证所有开口在规定时间内完成封堵。如果预计的系统开口作业时间小于规定时间，则要求系统开口工作连续进行，工作人员必须始终在现场，不得离开。蒸发器一次侧开人孔前，组织工作人员在模拟体上进行应急封堵演练。

4.4 开发应急运行规程并组织演练

根据大修期间机组状态，对有可能发生严重影响热阱及堆芯冷却的事故进行排序，针对主系统低水位运行这一特殊工况，编制了“低水位工况下失去一台停冷泵后重新建立堆芯冷却”的异常运行规程。为了使操纵员熟悉掌握机组大修期间可能发生的预期事故处理流程，大修前组织主控室操纵员在模拟机上进行演练，演练内容除了应急事故处理，还包括一些不经常进行的建立低水位操作。

4.5 建立低水位采用大修指令控制

建立主系统低水位的释放采用大修管理指令的形式进行控制，确保相关工作经过核实确认都已完成，确保风险处于受控状态。当班值长只有拿到大修管理指令后才能下令进行相应的操作。释放建立主系统低水位控制点时，运行部门需确认建立主系统低水位运行必须投用的系统已投入运行，导致正常热阱、备用热阱和应急热阱不可用的工作票已终结或停止；维修部门完成低水位前需要完成的大修工作，并经大修管理部门签字确认；核安全部门独立审查确认低水位运行期间热阱相关的系统满足《机组大修核安全管理细则》要求，最终由大修执行指挥签发大修管理指令释放控制点。

4.6 重大专项采用项目组的方式运作

对于接口或者交叉部门较多的重要工作成立项目组，如低水位期间实施的主泵电机更换、蒸汽发生器涡流检查、重要阀门检修。专项组大修准备阶段就成立，负责大修准备、实施，直至大修后总结，按照项目管理的方式运作。专项实施不仅有利于保证责任的落实以及提高大修期间的实施效率，更为重要的是由于采用专项组的形式，准备会更加充分，实施过程人员相对固定，能实时掌握现场检修工作的执行情况，更加有利于大修期间的风险管控，促进大修工作的顺利开展。

5 結语

秦山三厂至今已累计完成16次机组大修，大修工期控制良好，对低水位检修的核安全风险管控到位，从未发生影响核安全的运行事件。实践证明，这些风险管理措施是行之有效的。后续通过停堆低功率概率安全分析，不断优化大修计划，借鉴国内外同行的良好实践经验，进而完善大修期间的核安全管理手段和方法，使大修期间的核安全风险得到更好的管控。

参考文献

[1] 吴明亮，郑建华.重水堆机组大修的核安全风险控制[J].中国核电，2014（4）：359-364.

[2] 韩雨.中核运行三厂机组大修核安全管理细则[R].2016.

[3] 秦三厂技术规格书[R].2007.

[4] 秦三厂大修风险评估报告[R].2007.