分析核电站全厂断电事故.doc

分析核电站全厂断电事故
4.1. 全厂断电事故过程中对反应堆各部件现象进行分析
全厂断电事故中，由于主泵失去轴封冷却水，主泵轴封处可能会出现泄漏。另一方面，依据相关研究分析，在事故进程的适当随时对一回路实施减压措施可以有效推迟事故进程和缓解事故后果。在上文所述基本事故进展的基础上，就这两种因素对其的影响定性地分析了4种可能的工况：
1.堆冷却剂开始汽化时主泵轴密封处泄漏；
2.出现早期主泵轴封泄漏的全厂断电事故；
3.堆芯出口温度达650 ℃时稳压器卸压阀继续打开；
4.工况1基础上，堆芯出口温度达650 ℃时稳压器卸压阀继续打开。
发生全厂断电事故时由于辅助给水系统无法启动，二回路水逐渐被蒸干，随后一回路因热量无法带出而升温升压。当堆芯区域的冷却剂温度逐渐达到饱和温度，主泵轴封处出现泄漏。堆冷却剂通过主泵轴封破口和稳压器卸压阀从一回路系统喷出，引起堆芯冷却剂装量的减少。由于泄漏流量不大，因此堆芯压力仍会在稳压器卸压阀的设定压力变化范围维持一段时间。随后堆芯压力开始继续下降。冷却剂继续从主泵轴封破口流出，堆芯水位下降，堆芯逐渐裸露、升温，堆芯部件达到失效温度后会形成熔碴下落。堆芯压力逐渐降到安注箱开启压力，安注箱向堆芯注水，堆芯暂时得到冷却。但由于压力下降较慢，注水流量不大，而且有一部分通过主泵轴封破口直接流出，没有形成对堆芯的再淹没。随后压力壳内继续熔碴的形成和迁移的过程，逐渐熔穿压力容器下封头。下封头熔穿时，压力容器内压力值较低。
假设事故后10 m i n出现主泵轴封泄漏。之后由于此处的泄漏，冷却即自破口处流出，一回路压力继续下降，堆芯水位也迅速下降，很快堆芯就开始裸露。由于堆芯冷却状况的恶化，在衰变热的作用下堆芯部件的温度升高，达到失效温度后形成熔碴下落。主泵轴封处的泄漏也使压力容器内压力迅速降低，使安注箱能在事故进程中投入使用，和第一种工况一样，有一部分通过主泵轴封破口直接流出，没有形成对堆芯的再淹没，由于事故进程加快，最后下封头较其他工况最早熔穿。
全厂断电事故中，由于稳压器卸压阀不断的开启和关闭，一回路系统的冷却剂不断从卸压阀喷出，堆芯水位下降，堆芯逐渐开始裸露，裸露部分的堆芯仅依靠水蒸气冷却。但水蒸气不够以带出裸露部分堆芯的衰变热，这部分部件的温度继续升高，使流出堆芯的蒸汽温度升高。当流出堆芯的水蒸气温度达到650 ℃时，继续将稳压器卸压阀打开。之后，堆芯压力快速下降到安注箱注水压力，安注箱向堆芯注水。由于堆芯压力下降较快，安注箱注水速度很快，堆芯水位上升，形成了对堆芯的重新淹没。在这种状况下，能最大限度的延缓堆芯下封头的失效。
发生全厂断电后，主泵惰转，反应堆停堆，随后汽轮机脱扣，主给水关闭。由于反应堆停堆，稳压器压力在短时间内快速下降。然后由于主给水关闭，辅助给水完全失效，随着二次侧热阱的丧失，一回路压力也迅速上升到稳压器安全阀的开启整定值。整个事故进程中，由于凹凸压安注无法启动，导致通过稳压器安全阀排出的冷却剂无法得到补充，压力容器水位迅速下降。一段时间后，堆芯开始裸露，然后逐渐升温并开始熔化。压力容器下封头因受熔融物的加热发生蠕变失效。安全壳内的压力和温度大幅上升。
安注箱在压力容器失效后投人，对堆芯的冷却未起到作用。安注箱的水通过破损的压力容器下封头落入堆腔内，与高温熔融物接触后，产生大量的水蒸气；同时，高温熔融物与混凝土的互相作用后也会有氢气和一氧化碳等大量不凝结性气体产生。以上因素使安全壳内的压力不断上升(如以下图所示)，最终安全壳发生超压失效。在安全壳失效之前，安全壳内大量水蒸气的存在使安全壳环境惰性化，安全壳中氢气浓度始终处于远离爆燃或爆炸的区域，氢气风险较小。

表1 SBO始发的严重事故的主要事故进程
Table 1 M ain process of SBO introduced severe accident

表2 事故主要结果
Table 2 M ain results of accident
在严重事故进程中，操纵员将采纳各种措施缓解事故，来维持放射性屏障的有效性。即使压力容器破损，但随着时间的推移，恢复AC电源，启动安全壳喷淋系统有可能继续保持安全壳的完整性。，恢复AC电源后安全壳内的压力和温度会迅速地降低，且安全壳内蒸汽浓度减少的同时，相应也增加了氢气的浓度，这样就增加了氢气的风险。因此，在安全壳中必需要采纳相应的氢气控制措施并慎重地实施安全壳喷淋，以预防和缓解氢气燃烧可能带来的风险。
本文通过分析全厂断电事故下安全壳的响应，以及AC电源恢复后对安全壳响应的影响，得出以下结论：
1)发生SBO事故后在无缓解措施投入的状况下，安全壳内环境条件的恶化将影响到安全壳的完整性，事故后期会发生安全壳的超压失效。在安全壳失效之前，由于安全壳内大量水蒸气的存在使安全壳环境惰性化，使得氢气风险较小。
2)在压力容器失效前恢复AC电源，由于辅助给水的投入使一回路的温度及压力下降，触发安注系统投入，注入的冷却剂有效的淹没和冷却堆芯，使压力容器有可能继续保持完整性，从而防止堆芯熔融物与混凝的反应，减少了对安全壳完整性的威胁。
3)压力容器失效后，AC电源的恢复将启动安全壳喷淋等专设安全设施，使安全壳内蒸汽的含量大幅减少，从而相应增加了氢气的浓度。因此，安全壳中必需采纳相应的氢气缓解措施，并慎重地实施安全壳喷淋，以预防和缓解氢气燃烧可能带来的风险。
4.2　全厂断电事故中出现主泵轴封泄漏同时实施减压措施
实施减压措施前，事故进程与第一种工况相同。堆芯出口蒸汽温度达到650 ℃时，将稳压器卸压阀继续打开。堆芯压力快速下降。当压力至安注箱压力之下时，安注箱投入，安注水注入并重新淹没堆芯。但由于大量的安注水从主泵轴封破口处流出，很快堆芯又重新裸露。堆芯继续升温，堆芯部件形成熔碴并向下迁移，随后压力壳下封头熔穿。
从以上讨论可以得出以下结论：
〔1〕泵轴封破口事故可能伴随全厂断电事故发生，对全厂断电事故后果的影响随轴封破口出现的时间有所不同。事故后较早发生的主泵轴封破口使堆芯熔化的时间提前，但出现较晚的破口，推迟了压力容器下封头熔穿的时间。