事故描述与分析.doc

福岛核电站爆炸事故描述和分析-新能源0902 黄亮30902050491、事故背景北京时间2011年3月11日13时46分在日本本州东海岸附近海域（北纬38.1,东经142.6）发生里氏9.0级地震，震源深度24千米，东京有强烈震感，地震引发大规模海啸，造成重大人员伤亡，并引发日本福岛第一核电站发生核泄漏事故。2、福岛核电站事故概况和恶化过程事故序列描述如下1、2011年3月11日下午，地震发生，控制棒上插，反应堆安全停堆。堆芯热功率在几分钟内由正常的1400兆瓦下降到只剩余热，但仍有约4%，虽然仍下降，但下降速度变慢。2、停堆后由于地震摧毁了电网，厂外电源不可用，电厂丧失了保安电源，由应急柴油机向堆芯内注入清水。注意是清水，不是硼水，换句话说，操作员采用了比较保守的方法。3、海啸随之而来，柴油机房被淹，应急柴油机不可用，由蓄电池继续供电，虽然容量较小，但是在事故后8小时内还是为压力容器的冷却做了贡献。4、电池耗尽，卡车运来了移动式柴油机，但是柴油发电机的接口和核电站的接口不兼容，堆芯冷却暂时停止。5、为了保住压力容器，电厂运维人员采取措施卸压，防止压力容器超压爆炸。6、12日早，首相菅直人电厂视察，卸压暂时中断，导致安全壳内温度压力仍在上升。7、电厂运维人员继续释放压力容器内部的压力。此时压力容器内的温度约为 550 摄氏度，堆芯已经裸露并产生大量氢气。8、12日15时36分，1号机组反应堆发生爆炸，厂房顶盖被爆炸完摧毁，只剩下钢结构。9、爆炸后，利用消防水泵，直接向发生了燃料熔化的1号机组注入海水（并加入硼）进行冷却，一号机组的事故暂时告一段落。10、14日上午11点1分， 3号机组反应堆发生爆炸。11、14日晚8时，2号机组堆芯已经露出水面，进入干烧状态，2号机组内的压力猛增。12、15日6时10分，2号反应堆发生爆炸。13、15日6时15分，在地震发生前处于维修状态、并未工作的4号反应堆起火，并发生爆炸。明火不久被扑灭。爆炸之后，4号反应堆外围建筑出现了两个直径达8米的大洞。14、16日清晨5时45分， 4号机组再次发生火情。15、19日上午，5、6号机组的冷却功能恢复，乏燃料池水重新开始循环。16、20日15时46分，1号机组、2号机组已接通外部电源，3号机组、4号机组通过自卫队的喷水基本控制了局势，5号机组、6号机组的温度已经下降到接近正常水平。4、事故原因分析此次日本福岛第一核电厂的爆炸事故，表象上看是由于地震这一外部自然事件不可抗力所引起，但实际上，最根本的却在于：其机型属于沸水堆为二代核电技术、设计存在一定问题、设备已经老化等内部原因造成的。4.1日本福岛核电二代技术“危险的沸水堆” 福岛核电站采用的是“沸水堆”，属于二代核电技术。主要工作原理是：冷却剂（水）从核反应堆堆芯下部流进，在沿堆芯上升的过程中，从核燃料棒那里得到热量，冷却剂沸腾，变成了蒸汽和水的混合物，通过汽水分离器分离出高温蒸汽用来推动汽轮发电机组发电。因此堆芯内冷却剂不断被消耗，必须由给水系统不断的补充水，水从汽轮机处冷凝得来，由泵送回堆芯内。由主泵提供动力保证一回路内冷却剂的流动使堆芯内热量分布均匀，并能充分带走燃料棒的热量。因沸水堆只有一个回路，由于蒸汽是在反应堆内产生，并直接进入汽轮机，因此带有极强的放射性，汽轮机也会受到放射性的沾染。在事故状态下，放射性物质容易泄露扩散。再者，由于在沸水堆堆芯顶部要安装汽水分离器等设备，故控制燃料反应性的控制棒需从堆芯底部向上插入。简单地说，日本福岛核电采用第二代沸水堆技术存在以下安全问题：（1）采用单回路循环，放射性直接进入汽轮机常规岛，容易泄露，问题严重；（2）控制棒从对芯底部往上插，一旦断电，就失效，引起事故；（3）沸水堆蒸汽回路的压力较小，所以整个蒸汽回路的抗压能力小于压水堆，容易引起失水事故（LOCA）。日本福岛核电采用二代技术“危险的沸水堆”是产生此次事故的技术层面原因。4.2 日本福岛沸水堆存在设计问题（1）抗震能力设计不足曾任东芝公司核电站设计师的后藤政志13日说，可以初步认定福岛第一核电站1号机组发生的放射性物质泄漏事故是核电站抗震能力不足和设备老化所致。日本民间组织“原子能资料信息室”共同代表伴英幸也认为，发生事故是东京电力公司没有充分考虑核电站应对海啸的能力。 福岛第一核电站1号机组在设计时考虑了防震问题，但显然没有充分考虑应对如此高强度地震的能力，这次地震的强度远远超出1号机组的抗震能力，所以才会出现冷却系统问题导致堆芯熔毁和放射性物质泄漏的事故。 （2）“海啸”等设计基准事故安全裕度不足此次地震的断层达到400公里，并且产生了大海啸。但福岛核电的设计单位东京电力公司只设想了断层几十公里、海啸数米左右的情况。福岛第一核电站放射性物质泄漏的最主要原因是海啸超出了设想的水平，设备因遭海啸破坏而丧失功能。因此，日本福岛沸水堆核电站抗震能力等设计不足是导致事故的设计层面原因。4.3 日本福岛沸水堆设备老化问题福岛核电站是目前世界上最大的核电站。位于日本福岛工业区，由福岛一站、福岛二站组成，共10台机组(一站6台，二站4台)，均为沸水堆。其中福岛一站1号机组于1971年 3月投入商业运行，二站1号机组于1982年4月投入商业运行。1号机组已建成40多年，是福岛第一核电站中最早完工的，各种设备和管道都已老化，甚至存在锈蚀状况，所以最容易出现问题。设备老化也是此次事故的重要原因之一。4.4日本福岛沸水堆带“病”延期运行对于二代核电技术来说，一般堆芯设计寿命都是40年。其实福岛核电站1号机组今年已经到了在役运行寿期。因此，日本福岛沸水堆目前是处于延寿运行期。今年2月7日，东京电力公司和福岛第一原子力发电所刚刚完成了一份对于福岛一站一号机组的分析报告，指出这一机组已经服役40年，出现了一系列老化的迹象，包括压力容器的中子辐照脆化，压力抑制室出现腐蚀，热交换区气体废弃物处理系统出现腐蚀等。可是，他们仍为其制定了长期保守运行的方案，计划将这一机组延寿20年，正式退役需要到2031年。但是，福岛沸水堆，在此前已经发生过两起事故：一是在2005年8月里氏7.2级地震导致福岛县两座核电站中存储核废料的池子中部分池水外溢；另一次是2008年6月福岛核电站核反应堆5加仑少量放射性冷却水泄漏。官员称这没有对环境和人员等造成损害。所以，日本福岛沸水堆本身已到40年设计寿期，目前是带“病”延期运行，这也是造成此次事故的内在原因之一。5.此事故给我们带来了很多教训：1、关于采取何种措施的问题。在整个过程中，操作员一直在采取比较保守的冷却方式。虽然有机会，但是直到爆炸发生也没有向堆芯内注入硼水。一方面是不希望反应堆就此报废，一方面是对反应堆的承受能力抱有侥幸心理。客观的说，操作人员在最大限度的保护反应堆，但是没有在最大限度上保护公众的安全。有人说这次事故是东京电力公司见利忘义的人祸，从这个角度讲，不无道理。2、关于退役年限的问题。此次事故为正在延寿或即将延寿的核电站敲响了警钟。因为毕竟，由于设备老化问题，一号机组事故不断。3、关于在役核电站冷却方式改进的问题。目前在役二代核电站，包括在建的三代EPR和已经投产的三代ABWR，事故后无一例外都需要应急柴油机来做安全保障。而现役核电站，包括中国的二代加，柴油机都是低位布置，甚至把油箱还放在地下，大都无法抵御海啸袭击。且不说海水退后电缆的绝缘问题，单是一台进了水的柴油机就够人头疼的了。而柴油机不可用，往往也意味着离堆芯过热超压不远了。虽然把现役的电厂都改成非能动在技术上完全不可能，但是可以考虑增加其他冷却措施，或是增加备用电源。4、关于辐射监测的问题。不知和中国一山之隔的海参崴有没有辐射监测站，但是，离中国直线距离最近的吉林延边和黑龙江牡丹江好像是没有的。长春和沈阳有，但如果大城市监测到似乎有点晚了。朝鲜核电站投产似乎也不远了，某些边境增加辐射监测点还是很有必要的。5、关于外部救援的问题日本核电站事故。虽然日本本土大部分核电站自顾不暇，但是美国的核航母发挥了比较大的作用。目前中国虽然核电站众多，但是堆型众多，所属公司之间交流甚少。如果某个核电站发生事故，能否组织其他核电站有序有效的救援，仍