摘要:针对福岛核电事故所反映出的问题，某核电工程拟在核燃料厂房新增一回路补水改进。本文描述了改进措施的设计修改方案、实施方案及管线布置方案。改进项实施后，可使用两种不同水源对一回路进行补水，提供了一条可行的全厂断电情况下的补水途径，本文同时分析了补水改进对工艺系统、建筑结构等专业设计产生的影响。所有改进后的管道系统均进行了力学计算分析。结果表明，改进后的管道系统模型所有节点应力均满足RCC-M规范要求，RCC-M规范要求的各个工况下的机械特性完好性得到了证明。
关键词:全厂断电事故，一回路补水，核燃料厂房
引言
2011年3月11日，日本大地震及其引发的海啸使得福岛第一核电厂1-4号机组发生全厂断电事故，导致出现不同程度的堆芯熔化，造成核电史上的又一次重大核事故。鉴于此次事故的教训，国家要求对各个在役及在建核电站实施一系列改进措施。一回路应急补水改进则主要在核燃料厂房加以实施。
1 设计方案修改概述
在全厂断电事故工况下，如果水压试验泵轴封注入回路可用，一回路压力边界保持完整且二回路紧急排热路径畅通，则一回路的自然循环可以建立并可以通过二回路排热导出堆芯热量，不需要对一回路进行补水，通过实施二回路补水措施，就能保证长时间的堆芯冷却。但如果水压试验泵的轴封注入回路不可用（水压试验泵不可用、PTR水箱不可用等）或二次侧排热路径不可用，则将丧失通过二次侧排热的方式，需要寻找其他手段来维持一回路的冷却。在这种情况下，一回路处于高的压力状态，必须首先考虑对一回路进行卸压。当成功实施一回路卸压后，如果电力仍未恢复，各种补水手段均不可用，则可根据严重事故管理导则的要求，通过实施一回路的补水，最终实现对堆芯的冷却。
本次改进中，拟通过改造安注和安喷相连的H4管线上原有的管道，将接管口引至方便连接外部临时接管的位置，通过在管端设置标准对接法兰，可连接移动式泵组或水源（消防车等），实现向一回路补水。同时在PTR水箱上设置临时补水接管，必要时，可以用消防水车为PTR水箱补水。
事故分析表明，在事故发生6小时后，为保证堆芯余热排出，一回路有效补水流量要求不小于40m3/h，72小时内总补水量要求为不小于1400m3。
2、实施方案
2.1 使用PTR水箱作为水源
如果事故工况下PTR水箱可用，则使用PTR水箱实现一回路的补水。在现场通过临时管道将泵（组）的吸入端和出口端分别接至两个临时补水管线。PTR水箱内的水通过安喷系统取水管线，经安喷泵旁路管线、安喷热交换器、H4管线后进入临时补水管线，经临时补水泵（组）加压后，返回另一系列的H4管线，再经过相应的安注管线进入一回路。在PTR水箱可用的情况下，则该方案应为首选方案。
2.2 使用临时水源
当安注、安喷泵均不可用，且PTR水箱和地坑水也不可用的情况下临时水源可为消防水或自来水。使用临时管线将临时水源、泵（组）和设置好的补水管线进行连接，临时水源的水通过临时泵（组）加压后被送入临时补水接管，再通过H4管线和低压安注管道进入一回路。
3 管线布置方案
3.1 EAS系统补水管线布置
一回路补水改进要求主要新增管道,两台手动隔离阀。
本布置方案是在原EAS系统预留管帽位置接入，将接管口引至方便连接外部临时接管的位置，通过在管端设置标准对接法兰与外部移动式水源相连接。因此，对原系统的改动不大，在布置中主要需注意减少对区域内原有物项的影响，综合考虑了管道管径、走向及生根部位和阀门自重。
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3.2 PTR系统补水管线布置
一回路PTR系统补水主要新增管道,两台手动隔离阀来实现。本布置方案是在1PTR001BA溢流管线1PTR328处接入，将接管口引至M1墙外侧，通过在管端设置临时消防接口与外部移动式水源相连接，对原系统的改动不大。
4 改进影响分析
4.1 对工艺系统、布置、机械设备设计的影响
一回路补水改进只需修改连接安全壳喷淋系统与安全注入系统之间的H4管线的管道接口和在PTR001BA溢流管上增加一接口，故对原来的安全壳喷淋系统和安全注入系统的工艺系统设计基本无影响。对布置设计的影响主要体现在需要重新布置新增的应急补水管线及手动隔离阀，同时尽量对厂房内已有物项减少修改，进行这项工作很大程度上借助了三维模型及三维碰撞检查带来的便利。
对机械设备设计的影响体现在将增加四台手动隔离阀，并需设置移动式柴油机泵组。
4.2 对建筑、结构设计的影响
本次一回路补水改进新增的两个系列管道，部分需要穿墙或穿楼板，因此需要结构专业现场开孔。
4.3 对生产文件及设备采购的影响
本次一回路补水改进需要升版安全壳喷淋系统流程图、系统手册以及管道布置图，增加新增管线的管道三维制作图及新增支吊架的支吊架组装图。由于新增加的管道、阀门、临时水泵、法兰、快速接头等数量较少，故对设备采购基本无影响。
4.4 对施工、进度及投资的影响
一回路补水改进对施工的影响主要体现在新增管道的布置、支吊架的设置及新增临时水泵的放置上，对施工无太大影响。工程量较小，不会影响到整个工程的总体进度。同时改进对投资的影响主要体现在管道、阀门和临时水泵的采购上。由于没有涉及到大设备或者需要特殊定制的设备，并且需要的管道、阀门及接头等的数量较少，因此，新增的投资也不会太大。
5 福岛后改进力学分析
在管道及支架的初步布置方案完成之后，需对所有新增的改进后管道系统进行力学计算，已验证其在所承受载荷作用下机械特性的完好性，同时给出与支撑和其它附件相联接处的接口数据，以便对个别支撑结构的形式及位置进行调整。
计算中采用了多层反应谱法对管道系统进行了地震分析，得到了管道系统自振频率低于36Hz的各阶频率及各种工况下管道最大应力比及阀门最大加速度；计算验证了各载荷工况下要满足的RCC-M准则和相应的许用应力极限。结果表明：各组修改后管道系统模型的所有节点应力均满足RCC-M规范的要求。RCC-M规范要求的各个工况下的机械特性的完好性得到了证明。
总结
针对日本福岛第一核电厂发生的全厂断电事故，一回路补水提供了切实可行的用于实现全厂断电情况下向一回路补水的途径。在全厂断电事故工况下，通过使用PTR水箱和临时水两种不同的水源向一回路进行补水，改进措施的实施可在一定程度上缓解事故造成的危害和损失。综合考虑相关区域内的已布置物项，以系统文件作为基础，对新增应急补水管线及阀门进行布置设计。
参考文献
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[2] Q/CNPE.J101.19-2009，核电站管道和管件选用手册
[3] Q/CNPE.J101.20-2010，管道等级表和管道分支要求
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[5] 某电厂全厂失电情况下的一回路补水方案
论文作者:胡佳琪,蔡晓丹 牛瑞涛
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/19
标签：回路论文; 补水论文; 管线论文; 管道论文; 系统论文; 水箱论文; 全厂论文; 《基层建设》2017年2期论文;