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1、第二章 核反應(yīng)堆的安全系統(tǒng),反應(yīng)堆的三大安全功能 壓水堆的專設(shè)安全設(shè)施,2.1反應(yīng)堆的安全性,只取決于內(nèi)在負反應(yīng)性系數(shù)、多普勒效應(yīng)、控制棒借助重力落入堆芯等自然科學(xué)法則的安全性。,自然的安全性,非能動的安全性,能動的安全性,后備的安全性,慣性原理（如泵惰轉(zhuǎn)）、重力法則（如位差）、熱傳遞法則,必須依靠能動設(shè)備（有源設(shè)備）,由冗余系統(tǒng)的可靠度或阻止放射性物質(zhì)逸出的多道屏障提供的安全性保護,2.1反應(yīng)堆的安全性,當反應(yīng)堆出現(xiàn)異常工況時，不依靠人為操作或外部設(shè)備的強制性干預(yù)，只是由堆的自然安全性和非能動的安全性，控制反應(yīng)性或移出堆芯熱量，使反應(yīng)堆趨于正常運行和安全停閉。,2.2 反應(yīng)堆的安全功能,在所
2、有情況下： 正常運行或反應(yīng)堆停閉狀態(tài) 故障工況或事故狀態(tài),Control,Cool,Contain,2.2.1 反應(yīng)性的控制,反應(yīng)性的控制的三種類型,控制元件迅速引入負反應(yīng)性 反應(yīng)堆緊急停閉,控制元件動作迅速 補償微小的反應(yīng)性瞬態(tài)變化,補償控制元件動作過程非常緩慢 用于補償燃耗、裂變產(chǎn)物積累所需的剩余反應(yīng)性 也用于改變堆內(nèi)功率分布,將控制元件引入堆芯的三種方式,吸收體引入堆芯的三種方式,補償棒-補償控制 調(diào)節(jié)棒-功率控制 安全棒-緊急停堆控制 材料：銀-銦-鎘合金,控制棒,可燃毒物,可溶毒物,補償剩余反應(yīng)性 延長堆芯的壽期 減少可移動控制棒的數(shù)目 改善堆芯的功率分布 材料： 釓（Gd） 、硼（
3、B）,一種吸收中子能力很強的可以溶解在冷卻劑的物質(zhì)。 輕水堆往往以硼酸溶解在冷卻劑內(nèi)用作補償控制。 能補償很大的剩余反應(yīng)性。 由于向冷卻劑增加或減少毒物量的速率十分緩慢，所以反應(yīng)性的引入速率相當小。 只能補償由于燃耗、中毒和慢化劑溫度變化等引起的緩慢的反應(yīng)性變化。,2.2.2 確保堆芯冷卻,正常運行 停閉 事故工況,一回路冷卻劑在流過反應(yīng)堆堆芯時受熱，而在蒸汽發(fā)生器內(nèi)被冷卻。 蒸汽發(fā)生器的二回路側(cè)由正常的主給水系統(tǒng)或輔助給水系統(tǒng)供應(yīng)給水。 甩負荷時，蒸汽通過蒸汽旁路系統(tǒng)排放到凝汽器或排向大氣。,蒸汽發(fā)生器或余熱排出系統(tǒng)繼續(xù)導(dǎo)出堆芯余熱。,,,,SG的給水由輔助給水系統(tǒng)提供，蒸汽由蒸汽旁路系統(tǒng)
4、排向大氣。 一回路溫度、壓力下降到一定值時，由余熱排出系統(tǒng)加以冷卻。 蒸汽管道破口時，安注系統(tǒng)向堆芯注入含硼水。 一回路系統(tǒng)出現(xiàn)破口時，安注系統(tǒng)和安全殼噴淋系統(tǒng)。,反應(yīng)堆堆芯冷卻的控制,正常運行時，一回路冷卻劑在流過反應(yīng)堆堆芯時受熱，而在蒸汽發(fā)生器內(nèi)被冷卻。 蒸汽發(fā)生器的二回路側(cè)由正常的主給水系統(tǒng)或輔助給水系統(tǒng)供應(yīng)給水。,,正常給水系統(tǒng),當汽機甩負荷時，蒸汽通過蒸汽旁路系統(tǒng)排到凝汽器或排放到大氣中。,,輔助給水及蒸汽旁路系統(tǒng),反應(yīng)堆停閉后，為了除去衰變熱，防止燃料元件包殼熔化，冷卻劑泵必須繼續(xù)運轉(zhuǎn)，衰變熱通過蒸汽發(fā)生器由二回路帶出； 當回路壓力、溫度降到一定程度時，余熱排出系統(tǒng)必須投入。 設(shè)備
5、冷卻水系統(tǒng)是一個中間冷卻系統(tǒng)，在傳送放射性流體和海水組成的電廠最終熱阱之間提供一個進行監(jiān)督的中間屏障，能有效地避免放射性流體與海水之間相互泄露。,,,,設(shè)備冷卻水系統(tǒng)重要廠用水系統(tǒng),當一回路處于大氣壓力下時，可以由反應(yīng)堆換料水池冷卻凈化系統(tǒng)來排出余熱； 當蒸汽管道出現(xiàn)破口時，安全注射系統(tǒng)將向堆芯注入含硼水，以補償由于堆芯過冷所喪失的冷卻劑裝量。,,換料水箱及安注箱,安全殼噴淋系統(tǒng),當一回路系統(tǒng)出現(xiàn)破口時，堆芯產(chǎn)生的功率將由破口流出的液體或氣態(tài)的冷卻劑帶到安全殼內(nèi)，這時，安全殼噴淋系統(tǒng)動作，對流出的冷卻劑進行循環(huán)冷卻。,安全殼噴淋系統(tǒng),,2.2.3 包容放射性產(chǎn)物,包容放射性產(chǎn)物控制方式,1、保
6、持現(xiàn)場或廠房的相對負壓，防止放射性氣體或塵埃向其它區(qū)域擴散。,硼回收系統(tǒng)或廢液處理系統(tǒng),對放射性產(chǎn)物的屏障控制,事故工況下，參與對各道放射性屏障功能控制的系統(tǒng)有： 反應(yīng)堆緊急停堆系統(tǒng)：控制第一道屏障 穩(wěn)壓器安全閥：控制第二道屏障 對第三道屏障：安全殼自動隔離、安全殼噴淋系統(tǒng)、氫氣負荷裝置、砂堆過濾器等。,包殼,安全殼,,,燃料芯塊,燃料元件包殼,壓力容器,安全殼,應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng),ECCS,停堆系統(tǒng),,,,防止過熱破損,過壓保護,防止過熱過壓破損,防止氫氣爆炸等,,多重安全屏障和安全設(shè)施的關(guān)系,,安全閥,安全殼噴淋,可燃氣體濃度控制系統(tǒng),安全問題案例1-某核電廠硼稀釋事件,某核電廠在對主系統(tǒng)生
7、壓補水的過程中，操縱員誤將換料水箱中2100ppm的硼水當作硼酸制備系統(tǒng)7000ppm的硼水與清水混合，補入了主系統(tǒng)。后從硼濃度表指示發(fā)現(xiàn)問題，及時停止了補水過程，事件沒有造成嚴重后果。 實踐后調(diào)查發(fā)現(xiàn)：由于核電廠過于關(guān)心進度，在大量系統(tǒng)尚未完成調(diào)試的情況下急忙裝料，導(dǎo)致許多系統(tǒng)尚未移交主控室。由于系統(tǒng)調(diào)試工作分散，使主控室人員對核電廠整體狀態(tài)，特別是系統(tǒng)狀態(tài)缺乏了解和控制，因而并不知道系統(tǒng)狀態(tài)已經(jīng)改變，補水用的硼酸補給泵已從硼酸制備狀態(tài)切換到換料水箱，而從事補水操作的操縱員并不知道。,問題及分析要點,問題： 根據(jù)國際核事件分級表試對本事件進行分級。 根據(jù)國家核安全法規(guī)試分析本事件的主要原因。
8、 應(yīng)汲取哪些經(jīng)驗教訓(xùn)。 分析要點： 本案例屬于核電廠運行事件。事件分級應(yīng)按國際核事件分級表的規(guī)定進行。 事件的主要原因應(yīng)根據(jù)背景材料所提供的情節(jié)進行分析，主要涉及核電廠反應(yīng)堆運行中的生產(chǎn)安排、信息溝通和操縱員失誤等人因差錯，在此基礎(chǔ)上，主要涉及安全管理以及運行人員的資格等?？偨Y(jié)應(yīng)汲取的經(jīng)驗教訓(xùn)。,答案,1、該事件出現(xiàn)了超出規(guī)定運行范圍的異常情況，事件分級為1級。 2、事件的主要原因 這是一起核電廠反應(yīng)堆運行的安全事件。 一方面沒有真正樹立“安全第一”的思想，生產(chǎn)進度的安排忽略了安全的要求，在大量系統(tǒng)尚未完成調(diào)試的情況下急忙裝料，導(dǎo)致許多系統(tǒng)尚未移交主控制室。 同時，由于系統(tǒng)調(diào)試工作分散，使主控
9、制室人員對核電廠整體狀態(tài)，特別是系統(tǒng)狀態(tài)缺乏了解和控制，并不知道系統(tǒng)狀態(tài)已經(jīng)改變。 另一方面操縱員沒有特別關(guān)注防止硼稀釋事件的問題，沒有進行有關(guān)的檢查與觀測，出現(xiàn)了操作失誤。 工作管理中的人為差錯。一方面營運單位管理層在安排生產(chǎn)計劃時出現(xiàn)了差錯，另一方面在信息溝通和反饋上出現(xiàn)了失誤。 從核電廠反應(yīng)堆運行的基本要求來看，操縱員的知識和技能上不能滿足要求。,應(yīng)汲取的經(jīng)驗教訓(xùn),必須把減少和防止核電廠的人為差錯作為重要的安全目標之一，為此： 從管理角度來說，真正樹立“安全第一”的思想，生產(chǎn)進度的安排必須符合安全的要求，并在實踐中嚴格執(zhí)行。計劃的制定和執(zhí)行的情況必須及時傳達到每一個有關(guān)的工作人員，并及時
10、了解工作進展的有關(guān)信息。 從人員資格角度講，首先要進一步加強運行人員責任心，在執(zhí)行重要操作前，應(yīng)該核實系統(tǒng)狀態(tài)，再進行操作。其次，對運行人員應(yīng)加強培訓(xùn)，以提高安全意識和技能。此外，運行人員還應(yīng)通過經(jīng)驗反饋了解有關(guān)核電廠的運行經(jīng)驗和教訓(xùn)，以防止發(fā)生類似的事件。,關(guān)于東京電力公司所有核電廠停止商業(yè)運行有關(guān)情況簡介,東京電力公司（TEPCO）是世界上最大的電力公司之一，提供日本三分之一的電力，資本金為6764億日元，電力銷售年收入48084億日元，總資產(chǎn)138125億日元，員工39619人，電力銷售2918KWh，核電占29。目前，它擁有三個核電廠（福島第一核電廠，福島第二核電廠和柏崎核電廠），共1
11、7個機組，且都是沸水堆（包括兩座先進沸水堆）。 TEPCO于當?shù)貢r間2003年4月14日午夜關(guān)閉了位于東京東北部200公里福島的最后一座核反應(yīng)堆，至此，該公司所擁有的17座核反應(yīng)堆已經(jīng)全部關(guān)閉。 該公司去年承認，從80年代以來就謊報了有關(guān)安全紀錄，阻撓政府的安全檢查。日本核安全當局已責令該公司進行嚴格的檢查，但是在電廠附近的許多居民仍然對該公司的安全檢查程度表示擔憂。,一、事件的起因及調(diào)查過程,2000年7月和11月原日本通產(chǎn)省資源能源廳，收到了來自TEPCO內(nèi)部2起舉報。內(nèi)容是自1987年至1995年，TEPCO對其擁有的核電廠進行維修和檢查的過程中，曾發(fā)現(xiàn)了一些反應(yīng)堆管道有裂痕和其它結(jié)構(gòu)損
12、壞的情況，但該公司未根據(jù)有關(guān)法律規(guī)定向核安全管理當局報告，也未進行及時檢修。同時，在核安全管理當局規(guī)定的一些檢查項目中，該公司也存在“隱瞞事實及提交虛假報告”的問題。 據(jù)此，日本通產(chǎn)省成立了直接對大臣負責的“東京電力偽造檢查記錄的調(diào)查審查委員會”，并通過當時的通產(chǎn)省資源能源廳和目前的原子力安全保安院（NISA）進行了2年多的政府調(diào)查。調(diào)查初期，該企業(yè)仍試圖掩蓋事實真相，直到2002年初，協(xié)助調(diào)查的通用電器公司（GE）提供了不止2起偽造事件的調(diào)查材料，2002年8月，TEPCO才終于承認了該公司與29起編造虛假檢查報告事件有關(guān)的事實。 2002年8月29日，NISA公布了調(diào)查結(jié)果，該29起事件的
13、其中16件是可能有問題的，其中包括：不符合法規(guī)和技術(shù)標準的6件；不顧管理當局要求隱瞞和偽造報告的5件；業(yè)主采取不適當?shù)淖灾鳈z查方法的5件；其它13件屬特別階段問題還未得到進一步確認。 該公司董事長、社長、副社長和兩名顧問等5名公司領(lǐng)導(dǎo)，在2002年9月底和10月中旬相繼辭職，以承擔對丑聞的責任。,二、日本核安全當局的審查結(jié)論及有關(guān)措施,東京電力公司和及其合同方隨后也提交了相關(guān)報告。通過審查、檢查、評價以及重新試驗后，原子力安全保安院NISA確定這起事件沒有造成放射性的泄漏，沒有直接對核電廠的安全產(chǎn)生影響。但是這些事件暴露了TEPCO在核安全文化方面存在的嚴重不足，并且大大減弱了公眾對核電的信心
14、。 根據(jù)日本的有關(guān)法律法規(guī)，NISA對TEPCO進行了處罰：福島第一核電廠一號機組由于未按要求進行安全殼密封試驗而被要求強制關(guān)閉一年，TEPCO所屬的其他核電廠必須嚴格執(zhí)行相關(guān)的定期試驗；并對與該事件相關(guān)的設(shè)備、部件進行核實和功能確認。NISA還要求其他核電廠進行綜合檢查。此外，NISA打算修改有關(guān)法律法規(guī)，加強對此類違反事件的處罰力度；對于定期試驗的管理，NISA將進行突擊檢查，并增加現(xiàn)場見證監(jiān)督員的人數(shù)。 TEPCO根據(jù)NISA和地方政府的要求，陸續(xù)提前關(guān)閉了部分反應(yīng)堆，以進行檢修和有關(guān)試驗。因為外部壓力以及內(nèi)部管理方面的原因，這些關(guān)閉的反應(yīng)堆一直沒有能夠重新啟動。這已經(jīng)引起了東京地區(qū)電力
15、供應(yīng)緊張。據(jù)悉，2003年5月9日柏崎核電廠六號機組已開始啟動。,原子力安全保安院NISA在調(diào)查報告中還總結(jié)了該次事件發(fā)生的背景、動機和潛在因素，主要歸納為五點：,1991年和1992年夏季，電力需求非常嚴重； 由于大規(guī)模的技術(shù)改造以及其他問題，電廠的可用率比較低；維修人員過于勞累，影響了他們的判斷力和耐心； 由于過去沒有發(fā)生過冷卻劑喪失事件，認為真正事件的可能性很微小。過于樂觀的認為稍微的低泄漏率不會對核安全有實際影響； 在該事件中，泄漏現(xiàn)象是當場發(fā)現(xiàn)的，而且檢查即將結(jié)束。由于原因沒有查明，如果檢查延遲，擔心隨后的進度將變得不確定； 由于泄漏發(fā)生在第16次泄漏率檢查日程前夕，很難及時地安裝或
16、更換有關(guān)部件。 為了避免類似情況的發(fā)生，NISA要求： 在員工中統(tǒng)一意識，強調(diào)安全第一的原則，改變過于重視穩(wěn)定電力供給的錯誤思想； 培養(yǎng)一種企業(yè)環(huán)境，使得員工能夠拒絕不正確的要求和行為； 改善有關(guān)定期試驗的記錄，提高質(zhì)量保證水平。 NISA認為有必要號召國有和私人電力公司在改進檢查方法的同時加強核安全文化的培養(yǎng)。,聯(lián)系到我國的實際情況，NISA的幾點建議也是有很強的參考意義，同時NISA歸納的五點潛在因素在我國也有類似的情況，應(yīng)該引起我國核安全監(jiān)管部門和核設(shè)施營運單位的重視。,在石棺里工作，要求必須嚴格遵守安全操作程序。圖中工人正在進行打磨作業(yè)。,使用個人防護衣和防護面罩是確保石棺內(nèi)安全作業(yè)的主要條件之一。,
核反應(yīng)堆的安全系統(tǒng)
