福岛核事故后的最新监管要求对AP1000核电厂的影响分析

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1.概述

2011年3月11日，日本福岛第一核电厂发生了里氏8.9级强地震，并叠加海啸引起全厂失电，导致乏燃料失去冷却，乏燃料池温度持续上升。事故引起4号机组乏燃料水池厂房发生氢爆，放射性物质大量外泄，其后果影响至今。

福岛核事故后，美国核管会（NRC）发布了一系列的命令，要求核电厂采取措施保证严重事故情况下乏池的安全。我国核安全监管机构也发布了国核安发[2012]98号《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》和国核安函[2013]52号《“十二五”期间新建核电厂安全要求》，从乏池补水的移动设施、事故规程、严重事故管理导则等多个方面对核电执照持有者提出了新的要求。

AP1000作为当前国际上先进的三代核电技术之一，采取了非能动的设计理念，在发生全厂失电事故时可以通过乏燃料水池的补水和喷淋来保证乏燃料组件的冷却。本文将对照国内外核安全监管机构的最新要求，分析AP1000的乏池冷却策略和运行规程配置，以促进AP1000乏燃料水池事故管理水平的全面提升。

2.NRC对维持乏池可用性的最新要求

2001年911恐怖事件发生后，美国核管会（NRC）发布了EA-02-026“关于临时防护和安保补偿措施的命令”，其中命令的第B.5.b节要求核电执照持有者利用现有可利用的设备制定事故缓解策略，以便在发生核电厂大面积损坏事故时，能够维持和及时恢复乏燃料水池的冷却能力。2006年11月，美国核能研究所（NEI）发布了NEI 06-12“B.5.b第2&3阶段指导”，提出了关于乏池内部补水、外部补水和乏池喷淋等具体技术措施，为核电厂应对大面积损坏的事故缓解策略提供详细的指导，并得到了NRC的认可。

2011年3月，日本福岛核电厂由于发生强烈地震及随后引发的巨大海啸导致发生了福岛核事故。2011年7 月，福岛核事故短期专项工作组在进行了充分的事故调查和分析后发布了“二十一世纪提高反应堆安全的建议”，“建议增强乏燃料水池的补水能力并增加相应的测量仪表功能”来保证乏燃料水池的安全。2012 年3 月NRC发布了EA-12-049 “超设计基准外部事件缓解策略要求进行许可证修改的命令”，该命令提出使用可用的厂内设备、便携式设备和材料以保证乏池的冷却功能，直到厂外可用的资源到达。为响应命令EA-12-049，NEI发布了NEI 12-06 “多样灵活应对策略执行指导”，为执行缓解策略的命令提供了可行的办法，并得到了NRC的认可。

3.我国核安全监管当局的要求

福岛核事故后，我国核安全监管机构也发布了相应的安全要求，其中国核安发[2012]98号《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》中明确指出：“应将乏燃料水池应急补水操作纳入严重事故管理导则或相关规程；应急补水流量应考虑乏燃料水池最大设计基准热负荷对应的沸腾蒸发损失”。另外国核安函[2013]52号《“十二五”期间新建核电厂安全要求》也明确要求“必须制定严重事故管理指南（含乏燃料水池的严重事故管理指南）或其他规程。必须恰当考虑物项在严重事故工况下的可用性以及可达性。”

4.乏燃料水池冷却系统系统简介

SFS系统主要用于导出乏燃料组件产生的衰变热，从而将乏燃料水池中的水温维持在一个可接受的温度范围内。如图1所示，SFS系统由A、B两列组成，每列包含一台离心泵、一台板式热交换器、一台离子交换器和一台过滤器。正常运行时，一列对乏燃料水池进行持续冷却和净化，另一列作为备用或进行水体传输、安全壳内换料水箱净化等工作。

图1 SFS系统流程简图

根据AP1000的设计，当乏燃料水池失去正常冷却后，可以通过恢复和维持乏燃料水池的液位，来提供乏燃料组件的冷却。在电源正常的情况下，操纵员可以首先通过化学和容积控制系统（CVS）、除盐水储存和分配系统（DWS）为乏燃料水池提供补水来维持其液位。当乏燃料水池的液位出现持续下降时，操纵员可以通过安全级补水水源乏燃料容器冲洗井、乏燃料容器装载井或非能动安全壳冷却水箱向乏燃料水池提供补水，保证乏燃料组件不会裸露。事故后72小时，非能动安全壳冷却水辅助水箱可以为乏燃料水池提供补水。此外，非能动安全壳冷却系统（PCS）也设置了外部临时接口，可以用来连接厂外水源，用于事故后长期冷却。

5.AP1000 SFS系统冷却能力分析

APl000 的SFS系统采用了先进的非能动设计理念：SFP正常冷却通过非安全级的能动设施(泵及热交换器)来实现，全厂断电或地震等事故后的冷却则通过池水升温、蒸发、沸腾的形式带走衰变热，并通过持续72 h的非能动安全补水保证乏燃料覆盖。

5.1 乏燃料的正常冷却

APl000乏燃料池冷却系统由两条机械系列组成，每一个系列包括一台冷却泵、一台热交换器，两个设备系列共用进、出口总管。典型的核电厂换料工况下，两条冷却系列均投入运行，可以将池水温度限制在50℃之下；在应急整堆芯卸载的紧急工况下，余热排出系统(RNS)的一个系列也要投入运行，保证池水温度低于60℃。

5.2 乏燃料的事故后冷却

在事故工况下，乏燃料水池的能动冷却功能可能失效，乏池中的水会升温到饱和状态。乏池水位会由于沸腾蒸发而逐渐下降。SFS设有直流电源供电的1E级、抗震液位监测仪表，会在乏池液位低时发出低液位报警，提醒操作员为SFP补水。

6.结论

本文通过分析AP1000乏燃料水池冷却系统的系统配置，对照国内外核安全监管机构的最新要求，得出了在全厂失电情况下，乏燃料水池对补水水源的需求，据此制定了全厂失电情况下乏燃料水池的冷却策略，对提高AP1000乏燃料水池事故管理水平有一定积极意义。