M 310核电机组防止误稀释措施和分析

刘德祥

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐314300）

1 误稀释的概念及防范误稀释的重要性

为了保证核电厂安全，让核电厂的工作人员、周边的公众、环境免遭放射性危害，就必须建立一套行之有效的防护措施。众所周知反应堆的反应性可控、堆芯持续冷却和放射性物质的包容是核电厂核安全的三个重要因素，其中反应性控制是最重要的因素，而反应性控制中硼的浓度控制是重要的手段之一，所以防止误稀释是核电厂运行中重要的课题。

误稀释是指反应堆冷却剂中意外引入硼浓度相对低的液体，会使反应堆意外引入正反应性。根据稀释速率，硼稀释事故包括两种情况，即快稀释和慢稀释。针对快稀释,堆芯内会进入大量的硼浓度较低的水，这属于超出设计基准的事故。针对慢稀释，因硼浓度变化较慢，这种工况属于中等频率事故，必须满足二类工况验收标准，规定保护系统在达到整定值时，能够使反应堆关闭，反应堆在进行了纠正动作后可重新投入运行。

2 误稀释分类

根据硼稀释事件的机制不同，失控硼稀释被分为两类。

2.1 失控非均匀硼稀释（快稀释）

典型的事故工况为：正常运行（RRA未接入RCP）时，当失去厂用变电源时，此时主泵停运，意味着一回路丧失了强迫循环。但是化容上充泵和硼水补给泵在应急柴油发电机供电下仍可继续运行。此时，如果正在进行稀释操作或稀释没有停止，自然循环能力不足会导致在化容上充管线进入一回路的入口处形成较低硼浓度的“水团”，而随着反应堆冷却剂泵轴封水的注入，在主泵泵壳内也会产生低硼浓度的水。一旦厂用变电源恢复，主泵重新启动，这些低浓度硼水就会被推入堆芯，向堆芯引入正反应性，可能造成超瞬发临界事故，损坏堆芯。本文所要探讨的ADP保护信号即是针对这种情况而设计的，通过触发上充泵入口切换等动作可以有效防止低硼浓度的“水团”形成，从而避免失控的快稀释事故。

2.2 慢速均匀稀释

在反应堆停堆工况下，如果发生热交换器传热管等设备破裂，或某个含有低硼浓度水或清水的系统与主回路连接处发生泄漏，堆芯也会由于这些低硼水或清水进入主回路而引入正反应性，反应堆会重返临界。这种情况下，由源量程中子通量高触发上充泵入口切换等动作，避免清水团的形成。

3 硼稀释事故的原因及后果

3.1 硼稀释事故原因

硼稀释事故的原因可以是单独或者共模引起的，具体原因有以下几个方面：

（1）人因失误。主要表现在：运行人员违反技术规范、规程办事，在工作中疏忽、少执行有关操作或者误操作等。因此防止人因失误特别重要，即使在设备故障以及设计缺陷导致硼稀释事故时，操纵员正确的判断及操作可以防止事故的发生或者缓解事故的后果。

（2）管理及规程屏障的失效。

（3）与主系统直接或间接相连系统或设备的异常或故障。

（4）相关存放含硼水的箱罐被意外稀释后进入主系统。

3.2 硼稀释事故后果

无论是RP模式工况，还是一直到RCS模式工况。硼稀释事故的后果主要体现在如下两个方面：

（1）在RP模式下，会引起功率失控增加或局部功率增加，若引起偏离泡核沸腾，则会导致燃料元件包壳破损，造成放射性外泄。

（2）在停堆工况下，低硼浓度水或清水进入堆芯，引起反应堆次临界度降低，会导致反应堆重新临界。

4 误稀释事故的防范措施

M310核电机组防止误稀释采取了很多措施，主要从以下几个方面着手。

4.1 相关文件的保证

一个合格的人员按正确的行为办事能使犯错概率降低，但如何更低，那就是合格的人遵循正确的文件按照正确的行为办事，所以防误稀释中相关文件的正确保证也是一个重要的方面。各个文件对防止误稀释的规定的很多内容在各文件中都能找到，但是这恰好符合了核电站的纵深防御原则。

4.2 防误稀释的一些仪表控制

电厂运行期间，通过监视相关参数，参数超限后会自动报警，一方面能有助于运行人员尽早发现误稀释事故，从而通过判断采取行动，避免扩大误稀释事故后果；另一方面在稀释事故来不及处理的情况下触发一些相应的保护，防止堆芯恶化。停堆期间及功率运行期间也有对应的主要报警及保护。

4.3 提高设备可靠性

对于设备故障及运行异常可能导致的误稀释，在核电站运行期间主要是加强预防性维修，提高维修质量。同时对相关重要设备及相关联的控制系统做定期试验,验证其动作的正确性，如发现问题第一时间解决。

5 防误稀释的改进措施

核电厂在设计和运行过程中为了预防硼稀释事故采取了各种措施，很多国家对误稀释事故也做了大量的研究，为了较少硼稀释事故的发生，对已运行的电厂进行了相关的改进措施。M310核电机组在设计中，根据法国核电站的运行经验反馈，增加了防止误稀释的措施。

5.1 建立一个防误稀释保护信号

在反应堆冷却剂泵停运的工况下，如果有较大体积的低硼浓度水或清水进入主回路，将会对反应堆堆芯造成非常严重的冲击。若失去强迫循环或自然循环能力不足的话，清水团通过一些连接回路会在主回路中不断聚集，主泵启动时，这些清水团被推入堆芯，向堆芯引入正反应性，将引起反应堆准瞬时重返临界。

防稀释自动装置的目的是为了防止这个风险。防误稀释保护由下列信号组成：RRA与RCP未连接；RCP自然循环流量低；RCP强迫循环流量不足。这些信号共同产生“防误稀释保护”（ADP）。这个信号触发上充泵吸入口切换至PTR水箱，一旦切换至PTR，只能在10分钟之后才能切回RCV，此报警信号警告操纵员机组处于自然循环流量不足的工况。

5.2 RRA与RCP连接时，禁止稀释

RRA接入RCP时对自然循环起阻碍作用，所以RRA与RCP连接时，如果正在稀释，则自动停止相关稀释；如果没有稀释，则自动禁止相关稀释。

5.3 控制注入一回路硼浓度

假设计算得出的补给水硼浓度比主回路硼浓度低200 ppm，而主回路硼质量分数在2000 ppm以下，REA系统此时又处于补给工作状态，就会发出报警“补给水硼浓度低”。如果同时余热排出系统已接入主系统，则停止并禁止补水。

5.4 TEP返回管线在RCP强迫循环丧失时关闭

在RRA连接到RCP之前，若TEP返回管线的阀门已处于开启状态，则RRA与RCP连接后。阀门仍然保持开启状态；在RRA在连接到RCP之前，若TEP返回管线的阀门已处于关闭状态，则RRA与RCP连接后，阀门将闭锁开启；“一回路失去强迫循环”信号同时也强制去硼回或容控箱三通调节阀置于“自动”模式下。

5.5 设置防慢速误稀释的自动措施

正常停堆工况下，源量程中子注量率高出定值时，紧急停堆信号会触发，化容系统的RCV上充泵吸入口将自动切换到PTR换料水箱。通过这种自动命令去隔离掉可能的稀释来源，而不用靠运行人员采取措施。

6 结语

导致发生误稀释事故的原因有很多，从RP模式到RCS的所有模式下皆可能发生。M310核电机组的防误稀释从人员培训、文件、仪表控制、设备等方面着手，设计中既有常规压水堆核电站防误稀释的方法，后续通过国外核电站运行经验反馈又加入了一些改进措施，尽量限制误稀释事件的发生。作为运行人员尤其是操纵员，在实际工作中应加强此类事故的学习，严格按照规程办事，加强防范，以确保M310核电机组安全稳定运行。