CP300机组启停堆期间反应性风险分析

1、CP300机组启停堆期间反响性风险分析刘建文【摘要】在启停堆期间，由于堆芯释放的能量较少，假设发生故障，通常有充分的时间来防止或缓解事故的发生，所以停堆期间的反响性平安通常得不到应有的重视。但在停堆时并非所有的平安系统均可使用;停堆时多半是手动操作，反响堆风险更多的转嫁到操纵人员身上，加之启停堆期需要配合做许多物理实验，需要特别注意可能会向堆芯引入反响性的操作和事故，需要对启停堆期间的平安风险有足够的认识。本文通过对启停堆期间反响性变化分析，着重讨论可能会发生威胁反响堆平安的事故，以提高操纵员对启停堆期间的反响性事件缓解和控制。【关键字】反响性;控制;次临界度;紧急注硼中图分类号：TL362-

2、65文献标识码：A文章编号：2095-2457202103-0187-003DOI：10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.03.077AnalysisofReactivityriskduringtherestartandshutdownoperationofCP300PWRLIUJian-wenCNNCNuclearPowerOperationsManagementCo.，Ltd，Thefirstoperationdepartment，HaiyanZhejiang314300，China【Abstract】Duringtherestartandshutdown，be

3、causeofthelessenergythatthecorereleasing，ifmalfunctionoccurs，thereareusuallyplentyoftimetopreventormitigateaccidents，sothereactionofthesafeshutdownperiodisusuallynotgivendueattention.However，notallofthesafetysystemcanbeusedduringshutdown;mostly，manualoperationdominantduringshutdownperiod.Theriskonre

4、actorispassedtotheoperatorwhomanipulate.Besides，therearealotofphysicalexperimentsduringshutdownperiod，whichmightrequirespecialattentiontooperationsandaccidents，introducingthereactivecore. Thisrequirestheoperatortohavesufficientknowledgeofriskandsafetyaboutrestartandshutdown.Thisstudyistheanalys

5、isonthereactivitychangeinthestageofrestartandshutdown，focusingonthethreatofareactorsafetyaccidentthatmayoccur，toenhancetheoperators incontrollingandmitigatingonthereactivityaccidentsduringrestartandshutdownperiod.【Keywords】Reactivity;Controls;Subcriticaldegrees;Emergencyboroninjection0引言秦山核電厂正常

6、运行中根本不参与电网调峰，负荷变动少。而在启停堆及换料阶段，通常需要频繁改变反响性以改变反响堆状态，所以操纵员对启停度期间反响性控制要引起足够的重视。1启停阶段反响性风险分析1.1控制棒影响在启动或停堆阶段，控制棒处于操纵员手动控制，为此，操纵员的正确判断与操作尤为重要。在启动及停堆阶段，控制棒下插或落棒引入负反响性，同时不存在功率分布的不良影响，不会造成严重后果，而控制棒的失控提升那么由于其不断引入的正反响性会对堆芯造成威胁。1.1.1控制棒失控提升的启动事故分析反响堆从停堆状态进行启动操作中，主系统硼浓度以开始向临界硼浓度稀释，此时由于控制系统和驱动机构的故障，或运行人员的错误操作，致使控

7、制棒从堆芯不可控地抽出，造成事故的平安裕量最小，此事故属于中等频率事故。根据最终平安分析报告中对此事故的分析：保守假设控制棒失控快速提出事件引入反响性75pcm/s大于以最大速度提升具有最大组合棒价值且都处在最大微分棒价值区域的二子组棒时的反响性引入率，最终以功率量程低定值停堆结束。从事故过程可知，反响堆连续地引入反响性，核功率迅速增长，过程中冷却剂温度来不及大幅变化，功率增长被燃料的多卜勒反响效应所终止，从而在反响堆保护系统动作投入之前限制了功率的水平。在整个瞬态中最小DNBR都大于其限值，虽然在瞬态中的核功率峰值很大，但由于时间很短，能量释放和燃料平均温度的增加并不大1.1.2失控提棒事故

8、总结按照C15启动物理试验结果，控制棒最大反响性添加率29.43pcm/s，实际中发生此类事故时，所能引入的最大反响性远小于事故分析基准值，操纵员有足够的时间发现异常并及时干预，保证堆芯因反响性增加而产生的热量在可控范围内。当发现控制棒异常动作是，要及时确认控制棒手动状态，及时停止棒提升，并严密监视棒、中子通量、功率变化以及堆芯重要参数;立即硼化以保证堆芯停堆深度;保证堆芯冷却，必要时手动停堆、安注。1.2冷却剂中硼浓度影响1.2.1可能的稀释方式讨论：1化容系统自动控制系统故障、补给水阀门状态错误或者是操纵员的误操作都可能造成误稀释。2冷却剂净化过程中硼不饱和的净化床或除硼床的意外投入，造成

9、冷却剂在净化过程中被硼吸收。3投入停冷系统时，未对停冷系统内存水取样分析硼浓度和加硼操作，而使得低浓度的存水直接注入主系统造成稀释。4当主系统降温降压后，某些被设冷水系统冷却的热交换器发生损坏，反响堆冷却剂就有可能被设备冷却水稀释。5当蒸发器中一次侧压力降至低于二次侧时，如传热管发生破口，那么二次侧水能通过传热管漏入冷却剂中造成稀释。6当反响堆开盖后，通过反响堆开口漏入系统的清水，如消防水、风机冷却水。7硼水水源如硼浓度达不到要求，可能会造成意外硼稀释，如换料水箱、硼酸储存箱。1.2.2对误稀释事故的分析讨论由于化容补给水系统完全依赖于操纵员的正确操作，同时受设备状态影响，极易发生误稀释事故，

10、属于中等频率事故。现根据R15大修期间不同模式硼浓度做相关分析计算。R15大修中硼浓度变化过程：在开始将功率期间开始对主系统硼化，在热停状态时已硼化至冷态无氙硼浓度620ppm左右，在降温降压过程中继续硼化，到达4A模式前，硼浓度到达2080ppm左右，冷停状态时到达换料硼浓度2400ppm。启堆升模式中，到热停时达热态无氙硼浓度1768ppm，临界时硼浓度1487ppm。主系统水装量：正常运行时主系统水容积为147m3，稳压器满水后主系统总容积为165m3。热停状态平均温度280，压力15.2MPa时比容v=0.0013087m2/kg，M0=V/v=147/0.0013087=112t。到

11、达冷停后，稳压器满水，平均温度93，比容v=0.00103745m2/kg，M0=V/v=165/0.00103745=159t事实上，相关硼浓度计算均考虑了100200ppm的计算裕量，除临界外其余工况下keff0.98，上述硼浓度变化可以保证反响堆不会失去全部次临界度;在临界硼浓度下，考虑控制棒插入极限，在棒的可调节范围区，也不会造成保护系统动作。1.2.3误稀释事故总结从计算结果可知，当发生均匀的失控硼稀释事故时，在主系统最大的补水速率下，考虑本机组硼约78分钟的滞后效应，至少十五分钟之内不会触发保护系统动作。如此过程操纵员无干预，功率緩慢上升直至触发源量程或中间量程保护停堆，在停堆至反

12、响堆重返临界之前，操纵员仍然至少有2030分钟的时间来采取措施。发生硼稀释时，除硼浓度变化，最直接影响是反响堆中子通量的增加，源量程核测量系统能够探测到中子通量的倍增信号，通过主控或01厂房内音响报警提醒操纵员并敦促操纵员进行硼化操作，对操纵员来说有足够的时间进行发现和采取有效措施，在换料阶段，保证行防硼稀释政隔离的有效执行也能有效防止硼稀释事故。发现误稀释或反响性异常变化时操纵员要立即进行加硼操作，同时隔离稀释源，密切监视硼浓度及反响性变化，稳定机组状态。1.3主泵对反响性影响反响堆冷却剂主泵作为一回路冷却剂系统的心脏，意外的主泵运行，由于冷却剂中硼及温度的分布不均匀，可能会导致堆芯内硼浓度

13、及温度厂的快速变化，从而引入反响性事故。1.3.1主泵与快速硼稀释当反响堆冷却剂系统稀释过程中，如主泵突然意外停运，同时上充泵继续向主系统注入稀释水，而此时假设堆芯发热量较小，自然循环能力较弱，在失去强迫循环后，低浓度的含硼水无法与冷却剂充分混合，会在上冲管线与主系统连接附近大量聚集，此时，当主泵恢复运行条件时，如操纵员误操作或其他原因导致主泵意外启动，将导致区域内大量低浓度含硼水快速进入并通过反响堆堆芯，导致快速反响性引入事件，可能引发严重后果。本厂主泵停运仅连锁停堆信号，与化容补给水直接无连锁关系，当主泵停运后上充泵水源无切换信号，对此，有两种情况：1发生全厂断电事故，此时，主泵、离心上充

14、泵、补水泵、硼酸驳运泵均停运，而后由于失电带载，上充泵启动，如无安注信号，那么上充泵继续沉着空箱吸水，假设自补失效，直至容空箱低液位0.55米V02-216V动作，水源切换至换料水箱，期间注入流量为Q=2.5×1.75-0.55=3m3。2其他情况导致主泵意外停止，那么上充泵、补水泵等无停止信号导致补水不会自动停止和水源切换，如无操纵员手动干预，那么稀释水会持续向堆芯注入并在某处聚集。1.3.2主泵与堆芯温度变化当主泵停止运转后，而反响堆冷却剂又被停冷系统所冷却，这样在反响堆冷却剂系统中可能形成温度分布的不均匀，如直接启动主泵，导致堆芯意外冷却而引入正反响性及主系统压力的波动。本厂启

15、动主泵时主系统温度较低，不会造成大的温度变化，需注意的是在非正常工况下启动主泵的情况。1.3.3防止主泵启动事故总结1在运行中，启动主泵要慎重，严格按照规程投运主泵;当发生主泵意外停运事故时，操纵员要及时关注化容补水系统动作情况，并及时切换补水水源至换料水箱。2在启动不工作环路的主泵前30分钟以内，必须查定不工作环路中的硼浓度大于或等于工作环路中的浓度以及不工作环路冷段温度不低于工作环路冷段温度11且反响堆次临界度至少为1%K/K1.4启停堆过程中实验的影响在每次反响堆的启停阶段，按照技术规格书要求，需要进行相关的物理实验以验证反响堆控制参数的正确性，不同的实验对相关的实验条件有不同的要求，需

16、要操纵员们对相关实验条件进行建立，从而加大了操纵员对反响性的控制风险。1.4.1实验过程风险分析：1物理启动试验最大的风险在于它为了验证堆芯核设计所进行的超“常规的操作。如大反响性引入，轴向功率分布超差等。2正常物理试验平台中子通量水平距离堆芯发热点已经缺乏一个数量级，在大反响性引入的情况下如提多步棒，当堆芯通量水平快速上涨到测量上限时，假设不能及時插棒，堆芯很快将进入发热区，而此时系统状态可能都没有做好相应的准备，引发的后果不可预计。3试验中通常通过两种方式改变反响性，如调硼法刻棒的风险在于连续的反响性引入，而要靠控制棒回调功率水平，假设控制棒不能及时回插，稀释累计的正反响性将持续增加。1.

17、4.2配合实验操作总结1操纵员要提前对实验内容及条件进行了解，对实验风险及当前工况的风险进行评估，对所需的操作做到心中有数。2在实验过程中，时刻注意堆芯反响性平安，如有超控的情况应立即停止实验，以稳定反响堆平安为主，防止平安事件发生。3历次实验中屡次出现过蒸发器水位失控导致的停堆及控制棒落棒停堆事故，针对此，实验中应注意堆、机操之间的配合及及时响应，明确二回路蒸汽排放方式对一回路温度的控制，防止平均温度变化过大;明确实验中修改的保护定值及动作情况。2防止反响性事故策略2.1保证足够的停堆深度足够的停堆深度应保证：1反响堆可以在各种运行情况到达次临界2与假想事故工况有关的反响性瞬态可控制在允许的

18、限制范围内。3反响堆可保持足够的次临界度以防止停堆情况下意外的临界。停堆深度要求：运行模式1、2*、3*、4A、4B、5，停堆深度必须2.0%k/k。运行模式6，a.Keff0.95，它包括1.0%K/K的保守的不确定性误差，或b.硼浓度23002500PPm，它包括由于不确定性所需的保守裕量。措施：停堆深度不在限值以内，暂停所有操作包括更换堆芯或正反响性变化，立即用70007700ppm浓度的硼酸溶液按11.2t/h的速度开始并持续硼化，直到恢复所要求的停堆深度为止。2.2保证反响性有效监视停堆期间要保证核测仪表的正常正确工作，尤其是源量程及其音响装置、中间量程、硼浓度计可用状态，密切关注核测仪表计数率及周期变化;保证冷却剂硼浓度连续监测，RCS硼浓度按规定的频率取样分析。2.3保证紧急注硼的有效性当发生反响性事故时，需立即通过手动方式紧急注硼方式向堆芯增加负反响性，维持堆芯停堆深度及次临界度。硼水水源：换料水箱，硼酸储存箱，安注箱紧急注硼方式：1正常运行方式一台离心上充泵可用+上充管线+硼水水源注硼。2备用运行方式1一台安注