移动泵应急补水在田湾二期工程的应用

刘航

摘 要：2011年3月11日，强烈地震引发的海啸导致日本福岛核电站发生严重核事故。田湾核电二期工程在吸取福岛核事故经验教训后，结合国家通用技术文件的要求，在一期工程基础上进行了设计改进，完善了超设计基准事故下应急补水设施，增设车载式移动泵应急补水系统，提高了电站安全水平。本文对移动泵应急补水在田湾二期工程中的应用进行了分析。

关键词：福岛核事故;应急补水;移动泵;田湾

引言

日本福岛核事故由极端自然灾害引起，地震造成反应堆自动停堆，停堆后电站供电系统切换为场外供电，但由于地震的破坏，场外供电系统失效，电站立即启动应急柴油机对堆芯及乏燃料水池进行冷却，由于强烈地震引发的海啸，导致应急柴油机全部被淹没，应急冷却系统失效，堆芯温度不断升高，冷却剂流失，一回路水位下降，失去强迫循环，最终导致严重核事故的发生。

1  类似福岛核事故案例分析

假设在极端的自然灾害下，田湾核电站失去全部厂内外电源，此时，以下保护动作：

——反应堆停堆;

——汽轮机跳闸;

——主给水及辅助给水系统隔离;

——旁排阀关闭;

其事故进程如下：在反应堆功率大于5%额定功率的情况下，两台以上主泵丧失电源信号触发紧急停堆保护，控制棒下插，堆芯建立自然循环冷却工况。事故初始阶段，由于汽轮机跳闸，同时蒸汽发生器给水丧失，二回路蒸汽压力增大，当蒸汽发生器二次侧压力上升到7.154MPa时，大气释放阀开启，并维持6.86MPa压力控制模式运行。由于蒸汽发生器失去给水，且泄压装置开启，蒸汽发生器水位开始下降。当蒸汽发生器烧干后，一回路丧失热阱，此时冷却剂水位低于反应堆出口管嘴，堆芯自然循环中断，一回路冷却剂压力和温度迅速增加。当一回路压力达到18.11MPa时，稳压器安全阀的先导阀动作，冷却剂通过安全阀排至泄压箱，当泄压箱压力达到0.68MPa时，爆破膜爆破，大量冷却剂释放到安全壳中，导致安全壳内压力迅速上升。在整个事故过程中，由于6KV应急段母线失电，导致高、低压安注系统，应急给水系统均无法投入运行，且由于一回路持续高温高压，使非能动的中压安注箱也无法投入，导致通过稳压器安全阀排出的冷却剂无法得到补充，堆芯内冷却剂水装量减小，水位降低，堆芯出现沸腾并且开始裸露。在堆芯裸露后传热进一步恶化，锆合金与饱和蒸汽发生剧烈反应，产生的大量反应热进一步加剧了堆芯温度的上升，同时伴有大量氢气产生。随着堆芯温度的升高，控制棒、燃料包壳和支撑结构出现熔化，最终导致压力容器失效，释放出不可凝气体和大量放射性物质。安全壳可能因不可凝气体聚积造成安全壳超压威胁其完整性。安全壳内氢气浓度不断上升，最终可能发生燃爆，导致安全壳超压失效。安全壳失效后，放射性气体和气溶胶将释放到环境中，造成环境核污染的严重事故。

2  移动泵应急补水系统设计及功能介绍

若厂区配置有移动式柴油泵，在事故发生后，立即组织人员搭接临时软管，建立从除盐水箱向蒸汽发生器供水通道，在二次侧失去给水后，启动移动泵向选定的蒸汽发生器供水，维持蒸汽发生器液位，并将相应蒸汽发生器大气释放阀前置隔离阀开启，通过二回路“充-排”的方式导出堆芯热量。当一回路压力降低至5.9MPa時，非能动中压安注系统动作，向堆芯注入大量硼酸溶液，同时，通过外部补油，可使移动泵保持72小时连续供水，确保堆芯冷却及第三道安全屏障的完整性，防止类似福岛核事故的发生。

移动泵应急补水系统主要由车载式移动泵，储水箱，应急补水软管，管道接头，阀门及控制组件组成。在应急给水系统补水管线上设置补水接口，移动泵上游水源为除盐水箱，其有效容积4*700m?，由水箱出口设置取水接口，采用软管引至厂房外，由移动泵连接补水路径及取水路径，从而建立由水箱至二回路的补水回路，实现事故工况下对蒸汽发生器应急补水。

在进行二回路应急补水系统对堆芯冷却时，由于采用移动补水泵对蒸汽发生器应急补水，首先需要对二回路进行泄压操作。在事故工况时，若大气释放阀可电动操作，则由操纵员电动开启大气释放阀降低蒸汽发生器压力，确保移动泵能顺利将水注入蒸汽发生器内。当大气释放阀无法执行电动操作时，现场运行人员先关闭补水通道上的大气释放阀，维修人员使用专用工具开启对应补水通道上大气释放阀的前置隔离阀，并由运行人员调节大气释放阀开度，以保证泄压速率在允许范围内，现场人员此时根据操纵员指令调节移动泵出口阀门以调节蒸汽发生器补水流量。

3  车载柴油机移动泵介绍

车载柴油机移动泵为水平卧式、自平衡、多级离心泵，该泵采用泵脚支撑，其采用吸入口轴向和吐出口向上布置，在泵体下方设置有排液口。其它主要包括进水段，出水段，函体等零部件。泵轴承采用稀油自润滑，轴承冷却方式为空冷。泵的轴封采用集装式机械密封，拆卸方便。泵和柴油机通过带加长节的叠片挠性连轴器连接，维修机械密封时，只需要拆除轴承部件，且不必移动泵和柴油机，确保轴封的更换时间在4小时以内完成。泵组主要由水箱、泵、柴油机和柴油机控制系统等组成，泵组还备有温度、压力等监控仪器，可保证泵安全、稳定运行。整个机组布置于集装箱内，并预留操作及检修空间。

为保证机动性，移动式补水泵安装在半挂车上，并借助牵引车移动。为保证移动柴油泵的连续运行能力，移动泵采用燃料贮存箱作为油料储备，油箱容积1000L，在油箱装满柴油的工况下，可保证移动式补水泵自持运行24小时，超过自持时间需对燃料储箱补充油以满足堆芯72 小时的冷却需要。油箱上设置有补油接口，可很方便实现在线补油的功能。柴油机启动电源为独立的蓄电池，并配有充电装置，可满足柴油机6次启和照明的功能，且使用寿命不低于5年。

结论：

福岛核事故发生后，核电业界对该事故进行了各种分析研究，国家核安全局也颁布了《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》，田湾二期工程积极落实各项改进要求，始终把提高机组安全性作为一项重要任务，增设了移动泵向蒸汽发生器二次侧补水系统，保证了机组超设计基准事故下的安全功能。

参考文献：

[1] 国核安发[2012]98号.关于印发《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求（试行）》的通知.

[2] 马榕翊.福岛核事故对我国核电安全发展的启示[J].安全，2012（03）

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222000）