王文武

【摘 要】三门核电是全球首座三代核电技术AP1000核电厂，与传统成熟的压水堆核电厂技术最大不同是安全系统使用了“非能动”技术。设备冷却水系统（CCS）虽然不是安全相关，但作为纵深防御系统能够在事故情况下协助“非能动系统”更快更好地缓解和终止事故。在正常运行和停堆换料期间，CCS运行也是保证电厂发电或余热导出的关键环节。所以核电厂操纵员必须熟练掌握CCS系统运行，包括失效现象及处理措施，保证电厂安全运行。

【关键词】CCS；失效现象；处理措施

Analyses of Sanmen Nuclear Plant Component Cooling System Operation Failures and Solutions

WANG Wen-wu

（Sanmen Nuclear Power Company Ltd.， Sanmen Zhejiang 317112， China）

【Abstract】Sanmen nuclear power is the worlds first third generation nuclear power technology AP1000 nuclear power plant. Compared with traditional pressurized water nuclear power plant， the biggest difference of Sanmen nuclear power is“passive”technology used in safe systems. Although Component Cooling Water System（CCS）is not safe related， it is a defense system in depth to assist the passive systems faster and better in mitigation and termination of the accident. In the normal operation and during refueling time， CCS operation also is a key to ensure the power generation and decay heat out of the reactor. So nuclear power plant operators must be familiar with the CCS system operation， including the failure phenomenon and solutions to ensure the safe operation of the power plant.

【Key words】CCS； Failure phenomena； Solution

0 引言

众所周知，核电厂产生的热量中只有一部分用于发电，大部分热量被各种冷却水带走，例如电厂正常功率运行期间乏汽的热量在凝气器中被海水带走，停堆冷却第二阶段一回路冷却剂的热量通过余热排出热交换器（简称RNS）被设备冷却水系统（简称CCS）带走。

1 系统功能

三门核电厂CCS系统主要是带走电厂衰变热和各种负荷设备产生的热量，将热量传递给最终热阱——大海（三门核电正常运行和停堆的最终热阱为大海，事故期间最终热阱为大气）。按照设计，CCS系统可实现安全功能，纵深防御功能和非安全相关功能。

1.1 安全功能

CCS系统三个安全壳电动隔离阀在收到安注信号（S信号）或主泵轴承水温度高2信号后会自动关闭，从而隔离CCS安全壳管线，防止安全壳内放射性物质释放到环境中。

1.2 纵深防御功能

电站正常冷却期间向RNS供应冷却水，避免失去RNS余热排出能力而触发电站非能动热交换器（简称PRHR）；换料时通过RNS排出乏燃料余热，避免触发自动降压系统第四级（简称ADS 4）和安全壳内置换料水箱（简称IRWST）低压注射；向化学和容积控制系统（简称CVS）补水泵小流量循环供应设冷水，以避免RCS泄漏时失去CVS补水从而导致非能动堆芯冷却系统动作；向乏燃料冷却器供应冷却水，从而防止失去乏池冷却功能。

1.3 非安全相关功能

在正常运行期间，从电厂设备中排出热量（如主泵外置热交换器、CVS下泄热交换器）；作为放射性流体释放的屏障；作为防止厂用水泄漏到安全壳和一回路中的屏障；在PRHR运行期间，通过RNS冷却IRWST；事故后RNS冷却一回路堆芯时提供冷却水。

2 系统流程（图1）

从CCS系统简图可知，CCS是一个封闭系统，能够向安全壳、辅助厂房和汽机厂房的各种热负荷提供冷却水，并且CCS在电厂任何工况下都必须运行，例如功率运行期间从主泵外部热交换器导出主泵热量，停堆期间通过RNS热交换器导出堆芯衰变热，连续向乏燃料系统冷却器提供冷却水导出乏燃料衰变热。三门核电厂规定CCS系统每年不可用的时间在1.5小时以下，也就是说CCS在电厂设计的60年寿期内几乎要一直可运行，所以需要确保该系统长期稳定运行。

3 CCS失效现象及处理措施

3.1 失效模式一：运行的CCS泵故障跳泵

现象：CCS运行模式根据电厂工况可分为一列或两列运行。在电厂正常运行工况时，由于一回路设备冷却热负荷没有停堆时大（计算得出正常运行时所需CCS设冷水流量为2435m3/h，停堆96小时后所需CCS流量为3738m3/h），所以一台泵运行，另外一台泵处于备用状态。若运行泵故障跳泵，去往CCS各个用户设冷水流量迅速下降，主泵外置热交换器、定子、CVS下泄流等温度由于失去了冷却将会迅速上升。

处理措施：设计上当CCS流量下降到1136m3/h，由流量低信号触发备用泵自启动，三门核电《运行人员行为规范》规定操纵员在收到运行泵跳泵信号后要迅速检查备用泵是否启动，若自动启动不成功要立即手动启动。此外，对于该失效模式，备用泵启动后是否能够恢复冷却水还基于泵出口桥管阀是否处于开启状态，该阀为手动阀，正常运行时应为运行隔离锁开状态，以确保备用泵启动后系统正确在线。操纵员在确认备用泵启动和流量正常后还需要进入异常运行规程AOP-317（丧失设备冷却水）进行检查。

3.2 失效模式二：CCS用户热交换器内漏

从CCS系统各用户运行的压力分析（CCS系统运行压力为0.7MPa左右），发生内漏的设备只有：主泵外置热交换器/主泵定子冷却夹套（15.4MPa），RNS热交换（RNS刚投入时4MPa左右），CVS下泄热交换器（15.4MPa），SFS热交换器、CVS小流量循环热交换器等。这里只分析前面三个用户。

3.2.1 主泵外置热交换器/主泵定子冷却夹套内漏

现象：发生内漏后，主控室最直接的现象是CCS波动箱液位升高、CCS系统放射性上升，出现放射性高报，发生内漏的被冷却用户温度升高。内漏使主泵轴承水温度上升，可能会超过停堆定值（85℃）；主泵冷却水入口流量低报，出口流量高报，入口出口流量偏差大报警；一回路冷却剂系统稳压器液位下降，CVS自动补水可能启动。基于上述这些现象，操纵员基本可以确定主泵外置热交换器或主泵定子冷却夹套发生了泄漏。

处理措施：由于三门核电不允许偏环运行（正常运行期间四台主泵都是需要运行），所以需要操纵员紧急停堆，停四台主泵（若未及时手动停堆，主泵轴承水温度高2信号也会自动停堆，延时停主泵）。手动关闭主泵设冷水出口隔离阀，确认CCS系统安全壳隔离阀关闭，手动关闭CVS下泄隔离阀，防止安全壳内失去设冷水导致CVS树脂床进入高温的冷却剂损坏。此外，主控室操纵人员要提醒无关人员不要靠近CCS管路，此时管路中有放射性流体流动。

3.2.2 CVS下泄热交换器泄漏

现象：CVS下泄热交换器CVS侧的压力即为一回路冷却剂系统的压力。CVS下泄热交换器泄漏将造成CVS内的冷却剂泄漏到CCS系统中，CVS下泄热交换器出口温度升高，可能会触发高温报警。CCS系统冷却CVS下泄热交换器的支路由于下泄流的漏入，温度也会升高，此外，由于该支路冷却水隔离阀是CVS侧下泄流温度控制的，温度升高，该阀门开度越来越大。（如果CVS支路流量达到高报136m3/h系统会认为有泄漏，该阀会全关）。此泄漏也是一回路冷却剂系统泄漏，所以稳压器的液位也会下降。

处理措施：对于CVS下泄热交换器泄漏，只有采取隔离CVS净化流才能隔离泄漏。对于三门核电厂来说，由于主泵不需要轴封水，所以不需要连续的CVS上充下泄流，CVS净化流短时间内是允许隔离的，但CVS净化流隔离后，由于一回路冷却剂丧失了净化，水质逐渐会恶化，达到技术规格书规定的水质限值时电站将不能继续运行。所以失去CVS净化流后要增加对一回路冷却剂取样频率，防止RCS水质超过限值。

3.2.3 RNS热交换器泄漏

三门核电RNS系统与其它核电厂RNS系统相似，都是在电站一回路压力小于3.1MPa，温度小于177℃时投入的。在投入之前，CCS系统已向RNS热交换器供冷却水，此时两个系统的压差为3个MPa， 所以一旦泄漏也会造成比较大的后果。

现象：RNS热交换器泄漏会造成CCS冷却支路温度上升，冷却支路流量上升，由于此时RNS连接一回路冷却剂系统，所以CCS系统中放射性也会上升。

处理措施：RNS热交换器泄漏时，如果此时RCS压力大于1.03MPa，由于CCS冷却RNS热交换器支路上设置了安全阀，所以一回路冷却剂会通过此安全阀向安全壳排放冷却剂。处理措施关键为进行RNS隔离，即停止两台RNS泵，关闭RNS泵入口阀及RNS安全壳隔离阀。根据电厂的模式执行AOP-343（丧失正常余热排出）或SDP-2（停堆时丧失RNS响应）。如果RNS压力小于1.03MPa，只需要停止泄漏列RNS泵，在线另一列RNS即可。上述两种情况下隔离RNS后都需要派遣现场值班员关闭CCS侧隔离阀。

3.3 失效模式三：CCS系统外漏

现象：CCS产生外漏的系统范围较广，总体概括可分为两种：不可隔离外漏和可隔离外漏。CCS发生内漏时主要的现象有：波动箱液位下降，补水阀开启，除盐水系统（DWS）向波动箱补水；CCS水装量减少，冷却能力下降，母管温度会上升；被冷却负荷由于CCS冷却能力下降，温度会上升，主泵轴承水温度上升到85℃还会产生反应堆紧急停堆和停泵信号；泄漏严重时，波动箱液位低于5%后为了保护CCS泵会触发泵跳闸。

3.3.1 不可隔离外漏的处理措施

根据三门核电CCS管线布置，CCS总回水母管及各厂房回水支管母管（CCS泵入口隔离阀之前）、总供水母管及各厂房供水支管母管（CCS热交换器出口隔离阀之前）发生泄漏是无法通过关闭阀门隔离，只能进行带压堵漏。如果带压堵漏不成功并且CCS补水也无法足够补偿泄漏，操纵员最终只能是停堆、停运所有主泵和CCS泵。虽然三门核电厂CCS不是安全相关系统，但丧失CCS的后果对电厂来说还是比较严重的：影响电厂纵深防御功能（如影响CVS、RNS正常运行）；导致电厂失去仪用压空（仪用压空由CCS系统提供冷却水），电厂气动阀动作；导致乏池失去冷却，水温上升。所以必须尽快修复泄漏，重新启动CCS。

3.3.2 可隔离外漏的处理措施

除了上述不可隔离泄漏范围外，其它CCS设备管线范围均为可隔离泄漏。对于可隔离泄漏，发现泄漏后可通过关闭相关阀门隔离泄漏。对于该泄漏，有三种特殊情况：如果泄漏是主泵外置热交换器、主泵定子冷却夹套或主泵变频器冷却水管线，为了保护主泵（泄漏后仍有一部分流量供向主泵），需要在反应堆停堆、主泵停运后再隔离泄漏点；如果是CVS泵、SFS热交换器、RNS热交换器等负荷的冷却水管线需要切换备用列运行（如CCS供冷却水从CVS A列切换到B列）；如果泄漏点发生在CCS热交换器则需要切换CCS热交换器，同时重要厂用水（SWS）也要重新在线。

4 小结

虽然三门核电采用第三代AP1000核电技术，事故工况不需要能动设备运行，但能动的纵深防御设备对于加快事故缓解和终止有重要意义，CCS提供冷却水是能动设备运行的前提。此外，电站正常运行期间必须有CCS运行才能正常发电，停堆换料期间CCS冷却RNS导出堆芯衰变热也是唯一能动手段。所以电站运行人员必须非常了解CCS各种失效模式及应对措施，才能在CCS发生异常情况下及时处理，解决问题。

【参考文献】

[1]林诚格，郁祖盛，欧阳予.非能动安全先进压水堆核电技术[M].原子能出版社，2010.

[2]张小冬.AP1000核电厂核岛系统初级运行[M].原子能出版社，2011.

[责任编辑：杨玉洁]