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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(fù)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(dòng)的安全性,能動(dòng)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(dòng)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(hù),2.1反應(yīng)堆的安全性,當(dāng)反應(yīng)堆出現(xiàn)異常工況時(shí)，不依靠人為操作或外部設(shè)備的強(qiáng)制性干預(yù)，只是由堆的自然安全性和非能動(dòng)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(yùn)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(yùn)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(fù)反應(yīng)性 反應(yīng)堆緊急停閉,控制元件動(dòng)作迅速 補(bǔ)償微小的反應(yīng)性瞬態(tài)變化,補(bǔ)償控制元件動(dòng)作過(guò)程非常緩慢 用于補(bǔ)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(bǔ)償棒-補(bǔ)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(bǔ)償剩余反應(yīng)性 延長(zhǎng)堆芯的壽期 減少可移動(dòng)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(qiáng)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(bǔ)償控制。 能補(bǔ)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(dāng)小。 只能補(bǔ)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(yùn)行 停閉 事故工況,一回路冷卻劑在流過(guò)反應(yīng)堆堆芯時(shí)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(fù)荷時(shí)，蒸汽通過(guò)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(shí)，由余熱排出系統(tǒng)加以冷卻。 蒸汽管道破口時(shí)，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(shí)，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(yùn)行時(shí)，一回路冷卻劑在流過(guò)反應(yīng)堆堆芯時(shí)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(dāng)汽機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，蒸汽通過(guò)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(yùn)轉(zhuǎn)，衰變熱通過(guò)蒸汽發(fā)生器由二回路帶出； 當(dāng)回路壓力、溫度降到一定程度時(shí)，余熱排出系統(tǒng)必須投入。 設(shè)備
5、冷卻水系統(tǒng)是一個(gè)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(gè)進(jìn)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(dāng)一回路處于大氣壓力下時(shí)，可以由反應(yīng)堆換料水池冷卻凈化系統(tǒng)來(lái)排出余熱； 當(dāng)蒸汽管道出現(xiàn)破口時(shí)，安全注射系統(tǒng)將向堆芯注入含硼水，以補(bǔ)償由于堆芯過(guò)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(dāng)一回路系統(tǒng)出現(xiàn)破口時(shí)，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(shí)，安全殼噴淋系統(tǒng)動(dòng)作，對(duì)流出的冷卻劑進(jìn)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(chǎng)或廠房的相對(duì)負(fù)壓，防止放射性氣體或塵埃向其它區(qū)域擴(kuò)散。,硼回收系統(tǒng)或廢液處理系統(tǒng),對(duì)放射性產(chǎn)物的屏障控制,事故工況下，參與對(duì)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(duì)第三道屏障：安全殼自動(dòng)隔離、安全殼噴淋系統(tǒng)、氫氣負(fù)荷裝置、砂堆過(guò)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(guò)熱破損,過(guò)壓保護(hù),防止過(guò)熱過(guò)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?xì)怏w濃度控制系統(tǒng),安全問(wèn)題案例1-某核電廠硼稀釋事件,某核電廠在對(duì)主系統(tǒng)生
7、壓補(bǔ)水的過(guò)程中，操縱員誤將換料水箱中2100ppm的硼水當(dāng)作硼酸制備系統(tǒng)7000ppm的硼水與清水混合，補(bǔ)入了主系統(tǒng)。后從硼濃度表指示發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)停止了補(bǔ)水過(guò)程，事件沒有造成嚴(yán)重后果。 實(shí)踐后調(diào)查發(fā)現(xiàn)：由于核電廠過(guò)于關(guān)心進(jìn)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(duì)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(bǔ)水用的硼酸補(bǔ)給泵已從硼酸制備狀態(tài)切換到換料水箱，而從事補(bǔ)水操作的操縱員并不知道。,問(wèn)題及分析要點(diǎn),問(wèn)題： 根據(jù)國(guó)際核事件分級(jí)表試對(duì)本事件進(jìn)行分級(jí)。 根據(jù)國(guó)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(yàn)教訓(xùn)。 分析要點(diǎn)： 本案例屬于核電廠運(yùn)行事件。事件分級(jí)應(yīng)按國(guó)際核事件分級(jí)表的規(guī)定進(jìn)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(jìn)行分析，主要涉及核電廠反應(yīng)堆運(yùn)行中的生產(chǎn)安排、信息溝通和操縱員失誤等人因差錯(cuò)，在此基礎(chǔ)上，主要涉及安全管理以及運(yùn)行人員的資格等?？偨Y(jié)應(yīng)汲取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。,答案,1、該事件出現(xiàn)了超出規(guī)定運(yùn)行范圍的異常情況，事件分級(jí)為1級(jí)。 2、事件的主要原因 這是一起核電廠反應(yīng)堆運(yùn)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(jìn)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(shí)，由于系統(tǒng)調(diào)試工作分散，使主控
9、制室人員對(duì)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(wèn)題，沒有進(jìn)行有關(guān)的檢查與觀測(cè)，出現(xiàn)了操作失誤。 工作管理中的人為差錯(cuò)。一方面營(yíng)運(yùn)單位管理層在安排生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)出現(xiàn)了差錯(cuò)，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(yùn)行的基本要求來(lái)看，操縱員的知識(shí)和技能上不能滿足要求。,應(yīng)汲取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),必須把減少和防止核電廠的人為差錯(cuò)作為重要的安全目標(biāo)之一，為此： 從管理角度來(lái)說(shuō)，真正樹立“安全第一”的思想，生產(chǎn)進(jìn)度的安排必須符合安全的要求，并在實(shí)踐中嚴(yán)格執(zhí)行。計(jì)劃的制定和執(zhí)行的情況必須及時(shí)傳達(dá)到每一個(gè)有關(guān)的工作人員，并及時(shí)
10、了解工作進(jìn)展的有關(guān)信息。 從人員資格角度講，首先要進(jìn)一步加強(qiáng)運(yùn)行人員責(zé)任心，在執(zhí)行重要操作前，應(yīng)該核實(shí)系統(tǒng)狀態(tài)，再進(jìn)行操作。其次，對(duì)運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)培訓(xùn)，以提高安全意識(shí)和技能。此外，運(yùn)行人員還應(yīng)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)反饋了解有關(guān)核電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(yùn)行有關(guān)情況簡(jiǎn)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(gè)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(gè)機(jī)組，且都是沸水堆（包括兩座先進(jìn)沸水堆）。 TEPCO于當(dāng)?shù)貢r(shí)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(rèn)，從80年代以來(lái)就謊報(bào)了有關(guān)安全紀(jì)錄，阻撓政府的安全檢查。日本核安全當(dāng)局已責(zé)令該公司進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，但是在電廠附近的許多居民仍然對(duì)該公司的安全檢查程度表示擔(dān)憂。,一、事件的起因及調(diào)查過(guò)程,2000年7月和11月原日本通產(chǎn)省資源能源廳，收到了來(lái)自TEPCO內(nèi)部2起舉報(bào)。內(nèi)容是自1987年至1995年，TEPCO對(duì)其擁有的核電廠進(jìn)行維修和檢查的過(guò)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(dāng)局報(bào)告，也未進(jìn)行及時(shí)檢修。同時(shí)，在核安全管理當(dāng)局規(guī)定的一些檢查項(xiàng)目中，該公司也存在“隱瞞事實(shí)及提交虛假報(bào)告”的問(wèn)題。 據(jù)此，日本通產(chǎn)省成立了直接對(duì)大臣負(fù)責(zé)的“東京電力偽造檢查記錄的調(diào)查審查委員會(huì)”，并通過(guò)當(dāng)時(shí)的通產(chǎn)省資源能源廳和目前的原子力安全保安院（NISA）進(jìn)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(shí)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(rèn)了該公司與29起編造虛假檢查報(bào)告事件有關(guān)的事實(shí)。 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(wèn)題的，其中包括：不符合法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的6件；不顧管理當(dāng)局要求隱瞞和偽造報(bào)告的5件；業(yè)主采取不適當(dāng)?shù)淖灾鳈z查方法的5件；其它13件屬特別階段問(wèn)題還未得到進(jìn)一步確認(rèn)。 該公司董事長(zhǎng)、社長(zhǎng)、副社長(zhǎng)和兩名顧問(wèn)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(dān)對(duì)丑聞的責(zé)任。,二、日本核安全當(dāng)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(bào)告。通過(guò)審查、檢查、評(píng)價(jià)以及重新試驗(yàn)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(duì)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(yán)重不足，并且大大減弱了公眾對(duì)核電的信心
14、。 根據(jù)日本的有關(guān)法律法規(guī)，NISA對(duì)TEPCO進(jìn)行了處罰：福島第一核電廠一號(hào)機(jī)組由于未按要求進(jìn)行安全殼密封試驗(yàn)而被要求強(qiáng)制關(guān)閉一年，TEPCO所屬的其他核電廠必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的定期試驗(yàn)；并對(duì)與該事件相關(guān)的設(shè)備、部件進(jìn)行核實(shí)和功能確認(rèn)。NISA還要求其他核電廠進(jìn)行綜合檢查。此外，NISA打算修改有關(guān)法律法規(guī)，加強(qiáng)對(duì)此類違反事件的處罰力度；對(duì)于定期試驗(yàn)的管理，NISA將進(jìn)行突擊檢查，并增加現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行檢修和有關(guān)試驗(yàn)。因?yàn)橥獠繅毫σ约皟?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(dòng)。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(hào)機(jī)組已開始啟動(dòng)。,原子力安全保安院NISA在調(diào)查報(bào)告中還總結(jié)了該次事件發(fā)生的背景、動(dòng)機(jī)和潛在因素，主要?dú)w納為五點(diǎn)：,1991年和1992年夏季，電力需求非常嚴(yán)重； 由于大規(guī)模的技術(shù)改造以及其他問(wèn)題，電廠的可用率比較低；維修人員過(guò)于勞累，影響了他們的判斷力和耐心； 由于過(guò)去沒有發(fā)生過(guò)冷卻劑喪失事件，認(rèn)為真正事件的可能性很微小。過(guò)于樂(lè)觀的認(rèn)為稍微的低泄漏率不會(huì)對(duì)核安全有實(shí)際影響； 在該事件中，泄漏現(xiàn)象是當(dāng)場(chǎng)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(dān)心隨后的進(jìn)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(shí)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(shí)，強(qiáng)調(diào)安全第一的原則，改變過(guò)于重視穩(wěn)定電力供給的錯(cuò)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(yàn)的記錄，提高質(zhì)量保證水平。 NISA認(rèn)為有必要號(hào)召國(guó)有和私人電力公司在改進(jìn)檢查方法的同時(shí)加強(qiáng)核安全文化的培養(yǎng)。,聯(lián)系到我國(guó)的實(shí)際情況，NISA的幾點(diǎn)建議也是有很強(qiáng)的參考意義，同時(shí)NISA歸納的五點(diǎn)潛在因素在我國(guó)也有類似的情況，應(yīng)該引起我國(guó)核安全監(jiān)管部門和核設(shè)施營(yíng)運(yùn)單位的重視。,在石棺里工作，要求必須嚴(yán)格遵守安全操作程序。圖中工人正在進(jìn)行打磨作業(yè)。,使用個(gè)人防護(hù)衣和防護(hù)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)
