六所村后处理厂的安全升级

2020-12-21赵远,陆燕

国外核新闻 2020年11期

图1 六所村后处理厂存在的安全隐患及安全升级措施

福岛核事故后，日本为核燃料循环设施制定了新安全标准。新标准于2013年12月正式生效。根据新标准，除了需要加强对地震、海啸、龙卷风、火山爆发、森林火灾等外部威胁的应对措施，乏燃料后处理厂还应针对氢气爆炸、溶液泄漏导致火灾、临界事故等内部威胁部署安全措施。

日本青森县六所村后处理厂从2014年1月至今一直在开展安全评价并根据评价结果制定安全升级计划。2020年7月，日本原子力规制委员会批准了六所村安全升级计划，认为该厂在完成安全升级后能够满足新安全标准。该厂投运由此迈出了具有重大意义的一步。日本核燃料公司8月宣布，由于安全升级改造所需时间长于预期，六所村的投运时间将从2021年4至9月推迟至2022年4至9月。

该后处理厂位于海平面以上55米，距离海岸线5000米，1993年启动建设，原计划1997年投运。但由于一系列技术和安全问题，投运时间已先后推迟20多次。该厂设计产能为每年处理800吨乏燃料，生产约8吨钚，用于制造供商业核电机组使用的混合氧化物(MOX)燃料。有媒体报道称，该厂建设费用已达近3万亿日元(折合人民币1887亿元)。

1 外部灾害防护

日本位于亚欧板块和太平洋板块交界地带，地壳极不稳定，多火山、地震。根据新安全标准，六所村对外部灾害可能带来的安全隐患进行了全面考量，主要包括以下几个方面。

1.1 地震

由于福岛核事故是由强震及其引起的海啸导致，因此日本针对核设施的抗震性能提出了更为严格的要求。六所村根据受损时可能产生的环境影响对相关设备和建筑物进行分级，采取相应的抗震措施，并重点关注下述设施的抗震设计和工程建设：

· 内置有放射性物质的设施；

· 与内置放射性物质的设施直接相关、并可能由于其功能丧失而导致放射性物质泄漏的设施；

· 用于防止放射性物质泄漏的设施；

· 为防止因地震可能引起的海啸导致安全功能丧失而设置的设施；

· 对环境有很大影响的设施。

为防止地震引发放射性泄漏，六所村采取的措施包括：

· 为了防止设备及管道在地震或其他外力的作用下产生裂纹或损坏，导致液体泄漏，在供液管道上设置了切断阀，在液体储罐、泵等设备附近设置了堤堰、防水门等。

· 后处理主工艺厂房拥有两座室外冷却塔。其中一座冷却塔原本位于乏燃料首端剪切厂房屋顶，为加强抗龙卷风能力，需要安装钢制防护网。为了防止剪切厂房的抗震能力因冷却塔的重量而受到影响，决定将这座冷却塔转移至地表。

· 为了保障地震后的冷却水供应，设置了两个容积为2万m3的蓄水槽，防止衍生事故的发生。

1.2 外部火灾

六所村对附近居民区及其他设施进行了消防安全评估，评估因素包括距厂区的距离、植被分布情况及风向，明确了后处理厂方圆12千米范围内最有可能引起火灾的三处地点，包括一座石油贮存基地、一座泵厂以及一处位于上风向的居民区，并针对这三处地点布置了防火带。

在控制室外部的空气入口处设置了CO2、NOx监测器，如果检测到有毒气体入侵，将切断控制室换气设备与外部空气的连接，保证安全。

1.3 龙卷风

根据新安全标准，核燃料循环设施必须考虑发生概率超过10-5次/年的龙卷风。截至目前的气象资料显示，六所村附近发生过的龙卷风最高为二级(最大风速为每秒69米)，附近发生三级或更高级别的龙卷风的可能性微乎其微。

六所村针对龙卷风的防护设计相当保守，要求后处理厂能够承受最大风速每秒100米(发生概率仅为1.79×10-8次/年)的龙卷风冲击，相关部署包括：

· 给两座室外冷却塔安装钢制防护网。即使只有一座冷却塔运行，也能够保证乏燃料水池的水温低于65℃。此外，还部署了可用于向水池注水的移动式注水设备以及可用于在乏燃料温度上升时对乏燃料设施喷水的大型输送泵。

· 设置了备用柴油发电机，两套发电机分别安装在不同的厂房内。每套发电机的功率都足以维持一座冷却塔的安全运行。

· 精炼厂房、分离厂房、高放废液玻璃固化设施的室外通风管道均设置了防护网。

· 为了防止车库及车辆遭到龙卷风破坏，六所村加固了车库，为车辆安装高强度的固定装置。

1.4 雷击

针对270 kA的假定雷击电流，在重要设施中安装了保护装置，缩小雷电落下的范围，改变电流的侵入路径，防止电流引起的设备故障，并将及时实施紧急安全措施。

1.5 火山爆发

在外部进气口上安装除尘滤布、不锈钢丝网过滤器，并进行及时清洁和更换，防止进气口堵塞，避免安全事故。

一旦火山大规模爆发，将停止接收乏燃料，并停止剪切操作。

1.6 飞机坠毁

对飞机坠毁情况进行了概率安全评价，结果为：民用飞机坠落概率为2.6×10-10次/年，自卫队及美军飞机坠落概率为7.5×10-8次/年。根据相关标准，当总坠毁概率低于1×10-7次/年时，则认为符合安全标准。因此，六所村的总坠毁概率(7.5×10-8)是符合安全标准的。

2 生产安全事故防护措施

2.1 乏燃料管理政策的变更

六所村乏燃料贮存池的容量为3000 tU。之前，乏燃料在水池冷却1年后即可被六所村接收，只要冷却4年即可进行剪切操作。从2019年12月起，冷却期在4～12年的乏燃料接收或贮存量不得超过600 tU，只有冷却了15年以上的乏燃料才能进行剪切操作。

2.2 临界事故

根据后处理厂自身的特点，六所村对临界事故预防和缓解措施进行了整顿升级。在可能发生临界事故的设施附近，部署移动式可溶性中子吸收材料供给设备，包括手动泵、供给软管及容器。如果发生临界事故，将移除事故源并封存。另外，如果确认放射性物质泄漏到了建筑物中，将封存建筑物。

2.3 冷却功能故障

后处理过程会产生大量高放废物，这些废物释热量大，有着较高的冷却需求。六所村现有冷却系统的外部回路设有一套备用系统，而且冷却水循环泵等设备都是多路复用的。循环泵等设备与应急电源相连，即使在全厂断电的情况下，循环泵也能够正常运转。储罐内部的冷却系统也设有备用系统。

此外，为保障冷却水供应，开展了从外部水源(尾从沼泽和二又川)取水的工程建设，包括取水线路规划、接入管道铺设等。2018年，完成了尾从沼泽取水设施的建设；2019年，完成了尾从沼泽取水软管的铺设。

2.4 氢爆

对于后处理产生的废液，其辐射分解产氢速度(3×10-2kg/h)比水-锆合金反应的产氢速度(4×102kg/h)慢很多，且废液储罐的温度难以达到产生氢气需要达到的500℃高温，因此几乎不会发生类似福岛事故规模的氢爆事故。

但为了保证后处理厂安全运行，六所村已部署三台空气压缩机和三座空气储罐，向可能产生氢爆的空间提供压缩空气，用于氢气吹扫。为了确保氢气吹扫顺利进行，设置了三重保险：一是当单台空气压缩机发生故障时，可以通过多路复用以确保吹扫功能的实现；二是即使在外部电源中断的情况下，空气压缩机和空气储罐也可以接入应急电源系统，确保运行；三是即使在全部交流电都中断的情况下，储罐中空气的量在短时间内也满足吹扫需求。

在氢气吹扫过程中产生的气溶胶会使储罐内部压力升高，放射性物质可能释放到外部。因此，需要配备高性能的颗粒过滤器，并在主排气管中控制辐射释放。

2.5 有机试剂火灾

为了避免后处理厂内部化学药品引起的火灾威胁到重要设施的安全，部署了多种类型的火灾探测器，以监测是否有液体泄漏、泄漏液体的温度及其状态。如果发现泄漏，能够将压缩氮气输送至泄漏点，降低氧气浓度，防止着火。同时还设置了防火墙、防火阀、防渗透密封垫。

如果未能及时阻止试剂着火，将开启通风系统，将放射性气溶胶转移至排气系统中的过滤器，降低事故的辐射影响。另外，还将试剂厂房内的药品容器(如硝酸肼贮槽等)转移到了地下。

2.6 玻璃固化熔炉放射性物质的溢出或泄漏

在进行高放废物玻璃固化过程中，熔炉处于高温工作状态，不断产生含有放射性物质的气体。当熔炉出现故障停止加热时，熔融玻璃尚未冷却，放射性气体还在持续产生，此时有可能由于高压而造成放射性物质泄漏。因此，六所村设置了自动释压系统，包括新型高性能颗粒过滤器，能够防止放射性物质泄漏并降低辐射影响。

另外，当熔炉废气洗涤器出现障碍时，也可能会造成放射性气体泄漏。因此，在废气处理设备上设置了隔离阀，可及时切断放射性物质的泄漏途径。

3 现场调查

六所村进行的现场调查包括陆上地质调查、海上地质调查和海啸影响评价三个部分。

(1) 陆上地质调查：抗震设计需要考虑到内陆板块内地震、板块间地震、海洋板块内地震和不确定震源地震等各个方面。因此，对厂址地基及其周围进行了钻探调查、挖掘调查和反射波法地震勘探等详细的评价。

(2) 海上地质调查：进行了近海声波探测和海上钻探，确认了厂房的安全性。利用声波技术对近海地质构造进行勘测。同时进行海上钻探，通过采集岩石样品，对地下结构进行分析。

(3) 海啸影响评价：六所村厂区在海平面以上约55米，离海岸约5000米，因此，评估认为即使发生了最大级别的海啸，也不会对该厂造成直接影响。

4 应急机制

六所村建立了完善的事故安全应急机制，成立了应急组织。为了方便应急工作人员在重大事故发生时及时进行管理和决策，六所村设置了应急指挥中心。

首先，应急组织中，由后处理业务部部长担任应急管理领导小组的组长，在指挥中心全面组织开展应急措施；应急工作组则坚守主控制室，执行轮班制度，保证各设施各岗位持续有人在岗；保障部门的人员在应急响应中心轮岗值班，保证即使节假日也能24小时随时迅速做出响应。部分工作人员居住在六所村尾从地区，均接受了步行训练，即使是在严冬时期，从最远的分叉路口(距后处理厂约13千米)，也能保证在三个半小时左右到达厂区。