切尔诺贝利核电站事故的直接原因.ppt

核安全基础,核动力仿真研究中心,10.1严重事故对策10.2严重事故的处置与缓解10.3严重事故的处置程序,第十章核动力严重事故的处置与缓解,严重事故,定义：堆芯大面积燃料包壳失效，威胁或破坏核电厂压力容器或安全壳的完整性，并引发放射性物质泄漏的一系列过程。,事故过程1、堆芯熔化解体2、压力容器失效3、安全壳失效,核电站设计基准事故,核反应堆冷却水管道双端断裂大破口失水事故(LOCA)单一故障原则,核电站严重事故,核反应堆堆芯熔化大面积燃料包壳失效超设计基准事故多重失效(人因、故障等）,美国三里岛核电站事故（1979）苏联切尔诺贝里核电站事故（1986）,VS,严重事故,1、堆芯熔化解体,1700K，控制棒首先失效，熔融不锈钢与控制棒格架下移；2100K，锆与水、UO2化学反应，形成低熔点合金，同时释放出大量挥发性裂变产物及氢气，熔融物下移；热量积累，堆芯及堆内固体材料继续熔化，熔融物下移；温度足够高，堆芯将全部熔化。,严重事故,2、压力容器失效,堆芯底部裂变碎片因衰变热从中心开始熔化，直至堆芯底部支撑失效；压力容器底部碎片得不到冷却，则会出现局部熔穿高压过程低压过程,严重事故,高压过程堆芯熔化时压力容器内处于高压状态，压力容器底部熔穿前，底部焊缝因高温蠕变失效突然断裂。事故后果裂变碎片自压力容器喷出（高温熔喷），安全壳内快速积聚大量热量，温度和压力迅速提高，可能引发安全壳早期超压失效。,严重事故,低压过程堆芯熔化时压力容器内压力低，压力容器底部熔融物在重力作用下毁坏压力容器的贯穿件向安全壳扩散。事故后果熔融物与水接触可能出现蒸汽爆炸；熔融物或碎片落到混凝土上并与之产生化学反应，混凝土熔化分解，产生H2、CO、CO2；安全壳被熔穿后，熔融物会继续穿透几米的地下土层，最后与环境达到热平衡。,严重事故,3.安全壳失效,堆芯-混凝土反应产生的大量气体和热量将注入安全壳，升温升压，可能导致安全壳超压失效。,严重事故时的主要现象总结,安全壳,反应堆压力容器,安全壳直接加热,堆芯熔融的进展,裂变产物气溶胶的迁移,氢气爆炸,熔融物/堆坑水的相互作用,水蒸气爆炸,堆芯,熔融物与混凝土相互作用,下封头的熔穿,10.1严重事故的对策,设计中仅仅以DBA为限是不充分的，不足以确保核安全，必须将严重事故对策作为核安全战略的一部分。纵深防御原则、多道屏障设置、质量保证、专设安全设施和选址要求。既要防止采用未经验证的技术、装备、材料，也要防止拒绝采用新技术的墨守陈规倾向。严重事故的发生与发展与人差错的关系极为密切。防止严重事故的最有效手段就是“安全工作，人人有责”。严重事故管理的总战略就是倡导安全文化，建立完善的管理制度，同时辅以必要的监督和量化考核手段。,10.2.1严重事故处置的战略采用纵深防御的原则。严重事故处置战略（严重事故对策包括两方面内容）：第一防止堆芯熔化，事故预防（Prevention）；第二尽量减少放射性释放，事故缓解（Mitigation）事故处置基本任务顺序：预防堆芯损坏燃料滞留于压力边界尽可能长时间地维持安全壳完整尽量减少放射性向厂外的释放,10.2严重事故的处置与缓解,事故预防事故管理中的首要任务事故预防：采取各种手段防止堆芯熔化，防止伤害公众并限制或减轻核电厂的财产损失。尽力降低严重事故的发生概率：技术、组织。技术范畴：利用检查、维修和单个电厂安全性评价，保障和了解机组硬件设备的可利用性和可靠性，同时利用核安全研究技术预先寻找和评价各种预防对策措施；组织范畴：利用运行经验，抓好人因，利用制度，抓好管理。zenghy,10.2严重事故的处置与缓解,严重事故处置的原则积极兼容，趋利避害，原则：第一、尽量利用一切可利用的资源第二、尽量降低高压熔堆过程的发生频度第三、不危及堆芯安全，尽量采用善后工作量较小的事故处置方案,10.2严重事故的处置与缓解,10.2.2严重事故处置战略的具体对策（1）根据PSA研究结果，制定事故处置规程和导则（2）根据规程和导则培训人员（3）技术改进，以协助事故处置规程的实施（4）明确决策责任，改进人事关系,10.2严重事故的处置与缓解,进入时机所有预防性事故干预手段均已失效；前两道放射性屏障已经丧失；最后一道屏障已经受到威胁；最恰当时机是堆芯开始失去原有几何形状的时刻，也就是堆芯开始熔化或损坏的时刻，在此之前应尽力采取预防性措施。,10.2.3严重事故缓解的基本目标,堆芯几何形状恶化的判据（1）堆芯出口热电偶温度（1100）（2）主系统热端温度（大于相应压力下饱和温度）：30过热度。,10.2严重事故的处置与缓解,基本目标尽可能维持已高度损毁的堆芯冷却，实现可控最终稳定状态；尽可能长时间维持安全壳的完整性，为厂外应急计划的实施赢得时间；尽量减少向厂外的放射性释放，避免环境污染。,10.2严重事故的处置与缓解,保护三道屏障的完整；减少放射性泄漏；安全壳排热；防止底板熔穿；防止事态恶化。,10.2.4严重事故缓解的方法,10.2严重事故的处置与缓解,2019/12/12,19,可编辑,(1)高压熔堆的概念：瞬时形成小颗粒，均布，锆水快速反应(2)高压熔堆危险安全壳大气直接加热DCH(3)高压熔堆的预防适时地开启稳压器安全阀卸压，尽早将其转变为低压过程。,1.防止高压熔堆,10.2严重事故的处置与缓解,（1）喷淋及喷淋再循环安全壳内水蒸汽冷凝放射性碘和气溶胶消洗缺点：对设备的腐蚀、善后工作复杂;晚期喷淋可能引发氢爆(?)（2）安全壳风冷系统能排除停堆后部分衰变余热，缓解其他系统的压力。,2.安全壳热量排除与减压,10.2严重事故的处置与缓解,（1）目的：消除氢爆威胁，解除晚期投入喷淋的后顾之忧。（2）措施：装备安全级的消氢系统：将安全壳大气抽出一部分，通过加热到800左右金属触媒网，促使氢与氧化合而消氢。缺点：氢气局部浓积问题难以解决,3.消氢措施,10.2严重事故的处置与缓解,（1）过滤排气减压过滤器：吸附、凝结裂变产物气溶胶高点通风（2）安全壳及堆坑淹没推迟安全壳超压,4.安全壳功能的最终保障,10.2严重事故的处置与缓解,（1）极限操作规程U规程系列目标：通过限制放射性释放，使厂外源项降低到与应急计划相匹的程度。（2）U规程组成：U1-U5共五个规程（3）U2和U5直接与严重事故处置有关U2规程：监察和修复第三道屏障密封性U5规程：启用砂堆过滤器排气卸压,5.法国U2-U5规程,10.2严重事故的处置与缓解,10.3.1人机关系,解除自动保护系统的优先级，闭锁某些保护信号，停堆信号与安注信号决不可解除列出并保障事故处理所需的仪表显示，保证有足够的仪表，且仪表有足够的显示。,10.3严重事故的处置程序,10.3.2决策责任的划分与转移,正常运行及执行应急运行规程期间，核电厂将安全责任和决策授权与当班值长。事故处置工况：技术支持中心（应急小组）技术支持中心根据执行功能划分为决策、参谋和执行三个层次并明确各自职责。在堆芯可能熔化时，核电厂厂长；在安全壳受到威胁情况下，国家一级核事故应急最高决策机构政府部门的代表组成的小组。,10.3严重事故的处置程序,10.3.3人员培训,严重事故物理现象的一般知识应急运行规程与事故处置规程或导则技术背景应急运行规程与事故处置规程或导则的操作技能（包括模拟机实习）堆芯状况评价技术安全文化教育,10.3严重事故的处置程序,作为操纵员应牢记：一定要严格执行预先制定的规程，特别是应急运行规程；在任何紧急情况下都要保证控制棒插入堆芯，一次侧注水一定要用含硼水；除非有破损蒸汽发生器要求隔离，在热管段丧失欠热度的情况下，应当保证最大辅助给水流量；紧急时关闭安全壳除辅助给水和应急堆芯冷却系统以外的所有贯穿件。,10.3严重事故的处置程序,Reactoraccidents-Chernobyl1986,TheChernobylUnit4aftertheCatastrophe,切尔诺贝利核电站（RBMK石墨水冷堆）位于乌克兰首府基辅的北部接近白俄罗斯边境的一块平坦的沼泽地上。,1986年4月26日，前苏联（现乌克兰境内）的切尔诺贝利核电站4号机组发生爆炸，8吨多强辐射物质倾泻而出，使5万多平方公里的土地受到污染，320多万人遭受核辐射的侵害。事故发生后，发生爆炸的4号机组被用钢筋混凝土封起来，电站30公里以内的地区被定为“禁入区”。,“石棺”,用钢筋混凝土封起来的曾经发生核泄露的切尔诺贝利核电站4号机组,现在将爆炸的核反应堆包裹起来的“石棺”是灾难发生时紧急“建”成的，当时直升机向发烟燃烧的核反应堆撒了大量沙子和水泥，为的是掩盖闷燃的反应堆。另外，庞大的起重机在遥控之下，在上边又放上了重达数百吨的钢板，这样，切尔诺贝利核电站第四号反应堆几乎变成了一座钢筋混凝土小山。,切尔诺贝利核电站事故后果报道,2001年月，联合国发表了一份对切尔诺贝利核灾难后果重新评估的报告，指出最快要到年才能知道核灾难受害者的确切人数。这次事故对于切尔诺贝利核电站附近居民的灾难性影响是久远的。乌克兰全国个州有个州的万平方公里土地受到辐射污染，全国有万人口直接遭受事故危害，其中包括万儿童。这些人中近万在事故后年内死亡，万多人残疾。2001年月份，联合国原子辐射影响科学委员会在维也纳举行的第次会议上，却对切尔诺贝利核电站事故后果作出了截然相反的结论。本次会议专门讨论了切尔诺贝利核电站年发生核泄漏事故年来的辐射后果。关于长期辐射影响，该委员会的结论是：除儿童甲状腺癌的发生率有万分之几的增加外，至今未发现其他可归因于这次事故的癌症发生率和死亡率的增加。由于儿童甲状腺癌治愈率高，年来仅有名患者死亡。会议还通过了该委员会主席致联合国秘书长安南和世界卫生组织总干事的信，信中指出，最近一段时间，一些新闻媒体在报道中不切实际地渲染切尔诺贝利核电站事故的后果，把该事故造成的死亡人数夸大至数千甚至数万人。,切尔诺贝利核电站的关闭,苏联解体后，乌克兰决定继续维持切尔诺贝利的运转。西方国家、特别是西欧国家认为，切尔诺贝利核电站除本身可能存有技术缺陷外，“石棺”内部的不稳定性和不确定性也给整个电站造成了严重的隐患，所以强烈要求乌克兰政府彻底关闭电站。西方国家一直要求关闭切切尔诺贝利核电站，但由于乌克兰电源缺乏，该核电站的四个反应堆之一仍然在被用来发电。根据乌克兰和西方七国1995年签定的一份谅解备忘录，乌克兰承诺关闭切尔诺贝利核电站，作为交换条件，西方将提供资金援助乌克兰修建K2/R4两个新的核反应堆。英国出资4900万英镑，美国承諾向烏克蘭提供7800萬美元的援助。2000年12月14日，切尔诺贝利核电站正式全部关闭。（nomoney）西方国家已经承诺，将在2015年前援助乌克兰7亿多美元，在出事故的第四号反应堆周围建起一个新的“石棺”，以防止核辐射外泄。这一工程非常紧急，而且危险性也很大。,高108米、宽250米、