河南郑州中国核电工程有限公司郑州分公司 河南郑州 450000
摘要：安全壳内置换料水箱是位于反应堆厂房筏基层的不锈钢内衬水箱，主要用来存储含硼水，其功能是在反应堆换料停堆或维修停堆工况下向反应堆堆腔池、堆内构件贮存区、反应堆厂房转运隔间内充水，并在事故工况下为安全注入系统和安全壳喷淋系统供水。在事故工况下，尤其是堆芯冷却剂丧失事故工况下，IRWST接收的回流水将杂质带入水箱，其过滤系统需保证下游碎片量满足RIS系统和EHR系统正常运行，并确保过滤系统产生的压力损失不影响RIS泵和EHR泵的吸入压头，以免对循环水泵和重要厂用水泵造成影响。
关键词：安全壳过滤排放；严重事故管理；安全壳性能；
1引言
在安全壳性能、典型安全壳超压严重事故现象以及放射性释放风险计算分析的基础上，对严重事故管理中的安全壳过滤排放策略进行研究。得到确定严重事故下安全壳过滤排放策略实施条件的方法，明确该策略在严重管理中的使用条件和相关限制，为严重事故管理导则的开发与安全壳过滤排放系统的优化设计提供支持。安全壳作为压水堆核电厂包容放射性的最后一道屏障，在严重事故后防止放射性向环境的大规模释放方面发挥着极为重要的作用。
2过滤排放系统的设置及使用
安全壳过滤排放系统的功能是在晚期超压情况下，通过主动卸压使安全壳内压力不超过安全壳承载限值，保证安全壳完整性的同时利用过滤装置对排放气体进行过滤，从而实现对放射性裂变产物的可控排放，避免大量放射性释放，将严重事故的放射性后果最小化。
图1安全壳过滤排放系统
国内典型的二代及二代改进型核电厂安全壳过滤排放系统的结构如图1所示，该系统包括2台串联的手动式安全壳隔离阀、文丘里水洗器、金属过滤器、限流孔板和爆破膜。系统开启后，安全壳内的气体经过隔离阀后依次进入布置于核辅助厂顶部房间内的文丘里水洗器、金属纤维过滤器、限流孔板和爆破膜，爆破膜破裂后经过滤的气体最终通过烟囱排向大气。其中文丘里水洗器含有氢氧化钠和除盐水的混合液体，可以有效去除排放气体中的大部分气溶胶，并吸附排放气体中的碘；金属纤维过滤器用于进一步过滤难滞留的气溶胶和化学溶液表面起泡破裂产生的小粒径水滴。过滤排放作为安全壳卸压的主要措施在严重事故管理导则的“安全壳卸压”严重威胁导则中使用。具体为：当安全壳内压力达到严重威胁整定值时，需要手动操作安全壳外隔离阀开启安全壳过滤排放系统；在严重威胁缓解后，当安全壳内压力降低到相应压力前手动关闭隔离阀，避免产生安全壳负压威胁。
3过滤系统压损分析
地坑滤网的压损主要在滤筒和汇流槽2处产生，滤筒在含杂质的水中工作，其压损通过样机试验测得。滤筒的下游，经过滤后流入汇流槽的水接近清水，无法通过试验的方式精确测得，因此汇流槽的压损需借助流体模拟软件Fluent进行数值模拟计算和评估。
图2地坑滤网汇流槽速度云图
RIS地坑滤网最显著的压力下降在地坑入口和地坑的取水管入口。结合得到的速度云图流场分布，这些位置也是流速变化较大的地方，压损产生的主要原因是流道收窄，形成“死区”而使流速增大。压损主要产生于流道变窄，流速加快的地方，如地坑入口、地坑取水管入口和EHR汇流槽的长连接管道。
4过滤排放严重事故管理策略研究
4.1安全壳过滤排放开启条件
安全壳过滤排放系统的使用是与安全壳超压严重威胁紧密相关的，对于典型压水堆的大型干式安全壳，安全壳严重威胁整定值通常定义为５％安全壳失效概率对应的安全壳压力减去70KPa。其中，选取5％安全壳失效概率对应的安全壳压力是基于最佳估算的思想，考虑尽可能长时间地维持对放射性的包容，避免过早排放，增加放射性物质在安全壳内沉降或衰变的作用，同时又有很高的置信度可以确保安全壳不会失效。
对于典型二代压水堆核电厂，根据严重事故管理导则进入“安全壳卸压”导则后，在确定安全壳喷淋、安全壳通风冷却等策略不可用的情况下，即会要求采用安全壳过滤排放策略实施人为降压确保安全壳的完整性。利用程序计算得到的典型二代压水堆核电厂在代表性严重事故序列下安全壳内大气压力的变化曲线，计算结果表明早期安全壳压力峰值稍大于安全壳设计压力，但远低于安全壳严重威胁压力整定值，不会威胁安全壳的完整性，然而后期由于堆芯熔融物与混凝土反应产生气体的不断聚集，会造成安全壳晚期超压失效。如果考虑到当前安全壳过滤排放系统的设计运行情况并考虑整定值取整，该开启条件可以为过滤排放严重事故管理决策和操作预留约６ｈ的操作时间窗口，同时也能保证安全壳的完整性不受破坏。
安全壳过滤排放系统虽然有很好的过滤效果，但开启后还是会有少量裂变产物向环境释放，延迟开启排放的时间，可以有效增加裂变产物通过吸湿冷凝增长、扩散泳和热泳等机理在安全壳内沉积的效果，同时也能为核电厂应急撤离提供足够的时间。
4.2安全壳过滤排放关闭条件
除了放射性物质释放外，使用安全壳过滤排放策略的另一个重要风险是可能造成安全壳负压失效。过滤排放时会将安全壳中存在的大量不可凝气体排出，如果过滤排放关闭时安全壳压力过低，则当安全壳大气中的水蒸气被重新启动的安全壳热阱冷凝后会导致安全壳内压力低于环境大气压力，产生负压严重威胁，可能造成安全壳负压失效。因此，采用过滤排放策略时需要合理考虑排气的关闭条件。安全壳过滤排放系统关闭条件与实施过滤排放时安全壳内大气的构成组分和严重事故进程密切相关。
5结论
本文通过对核电厂安全壳过滤排放严重事故管理策略的分析研究，得到了确定严重事故下过滤排放策略实施条件的方法，并在利用风险导向事故分析方法（ＲＯＡＡＭ）对国内典型二代压水堆核电厂安全壳性能进行计算分析的基础上，结合典型安全壳超压严重事故进程和放射性释放风险的分析，确定出了适用于国内典型二代压水堆核电厂的安全壳过滤排放严重事故管理策略实施条件。所确定的实施条件可以保证在严重事故下通过人为主动排放避免安全壳丧失完整性，同时实现向环境的放射性释放量最小化，而且也能够为可能需要的应急撤离保留足够长的时间。
参考文献
[1]王雷明.核电厂循环水过滤系统鼓型滤网腐蚀及保护措施研究[J].企业技术开发，2015，3（9）：169-172.
[2]李熹，王琪，朱武，等.核电站海水过滤系统粗格栅防污漆失效分析与挂片试验评估[J].经验交流，2016，30：33-37.
[3]李骁春，吴胜兴.基于ANSYS的混凝土早期徐变应力仿真分析[J].系统仿真学报，2008，20（15）：3944-3947.
[4]侯满义，李曙林，孙旭，等.飞机壁板结构战伤的动力有限元仿真[J].空军工程大学学报：自然科学版，2007，8（1）：1-3.
论文作者:程铖,曹元寿
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年16期
论文发表时间:2019/11/7
标签：事故论文; 核电厂论文; 系统论文; 放射性论文; 压力论文; 策略论文; 条件论文; 《建筑学研究前沿》2019年16期论文;