(4)万一安全壳完整性也不能确保时,应尽量减少放射性向厂外的释放。
1.2.3 严重事故预防和缓解措施
事故预防是事故管理的首要任务,重点为采取各种手段防止堆芯熔化,防止伤害公众并限制或减轻核电厂的财产损失。事故预防的关键在于尽量降低严重事故的发生概率。为做到这一点应从技术和组织两个范畴来考虑。组织范畴主要是利用运行经验,抓好人因,利用制度,抓好管理。其技术范畴是利用在役检查、维修和单个电厂安全性评价,保障和了解机组硬件设备的可利用性和可靠性,同时利用核安全研究技术预先寻找和评价各种预防对策措施。
事故缓解措施向操纵员提供一套建议,提示在堆芯熔化状态下的应急操作行动。进入事故缓解的时机是:所有预防性事故干预手段均已失效,放射性的前两道屏障已经丧失,第三道屏障即最后一道屏障安全壳已经受到威胁。
事故缓解的基本目标是尽可能维持已经高度的堆芯的冷却,实现可以控制的最终稳定状态,尽可能长时间的维持安全壳的完整性,从而为厂外应急计划赢得更多的时间,并尽量降低向厂外的放射性释放,尽量避免土壤和地下水的长期污染。
1.3 安全壳完整性的意义及系统组成
1.3.1安全壳完整性的意义
核电站的安全壳是防止放射性裂变产物释放到环境中的最后一道屏障。在发生堆芯熔穿压力容器的严重事故时,由于熔融堆芯与混凝土底板反应产生的不凝结气体的不断增加,安全壳内的压力逐渐升高,最终可能会破坏安全壳的完整性,造成放射性物质的外泄。安全壳过滤排气系统通过主动卸压使安全壳内的压力不超过其承载限值,从而确保安全壳的完整性。同时,通过安装在卸压管线上的过滤装置对排放气体中的放射性物质进行过滤。只要能够维持最后一道安全屏障的完整性,放射性物质就不会造成大量的泄漏,从三里岛与切尔诺贝利核电事故的后果对比可以看出,安全壳对电厂的安全性起着至关重要的作用。要想实现安全壳的完整性,就要在正常运行及事故情况下维持安全壳的压力。事故工况下通过主动泄压排气来降低安全壳承压,将安全壳内的放射性气体通过净化系统的处理,按照国家标准进行排放。
1.3.2 安全壳系统组成
EAS 安全壳喷淋系统
EAU 安全壳仪表系统
EBA 安全壳换气通风系统
EPP 安全壳泄漏监测系统
ETY安全壳内大气监测系统
EVC 反应堆堆坑通风系统
EVF 安全壳内空气净化系统
EVR 安全壳连续通风系统
1.3.3 安全壳空气过滤系统功能
(1)在电厂正常运行条件下,提供间断的室外气流,吹洗带气载放射性的安全壳大气;在电厂冷停堆条件下,提供连续的气流,使气载放射性水平达到人员进入的标准。
(2)在乏汽从安全壳大气导出到电厂通风口进行监测,提供过滤从而使现场边界气载放射性泄漏在可接受的水平。
(3)监测从电厂通风口释放到环境中的气体、颗粒和碘的浓度。
2 发展历史
法国:在M310机组上采用砂床过滤器
德国:Konvoi型核电厂采用的金属纤维干式过滤器
西门子的湿式过滤器(1989年)
中国:2002开始安全壳过滤排气系统的设计
AP1000: 采用双层安全壳,内层为金属衬里预应力钢筋混凝土安全壳,外层为钢筋混凝土安全壳,在安全壳内没有设置喷淋系统,仅靠自然过程实现降压和净化,在两层之间设有过滤排放系统,以防止安全壳超压,并保护环境。
3 国内外核电厂所使用的泄压排气方案
3.1 干式过滤器
3.1.1砂床过滤器
(1)工作原理
砂石过滤器是利用砂石作为介质进行过滤的装置。安全壳内大气在手动打开隔离阀后,经节流阀(节流孔板)将压力降低到1.1bar,再从过滤器上部进入砂床过滤器。经过滤的气体通过辐射监测后,进入烟囱排放到大气中。在U5系统运行前,为了防止由于湿度过大、砂床结块阻塞和气体中氢浓度过大发生爆炸,需设置电加热空调系统(温度>150℃,通风量500m3/h)对管道和砂床进行加热和通风,为保证用电还需要专用柴油发电机组。砂床过滤器还要设生物屏蔽层,并针对去除衰变热须设置消防冷却管线。
(2)缺点
砂堆过滤器只能在事故发生一天以厚采用,对安全壳早期超压不起作用,对惰性气体基本上没有效果。砂堆过滤器目前只能加装在核辅助厂放顶部,投入使用后将成为额外的辐射源,必须考虑屏蔽,这会造成结构上的一定困难。此外,为了防止砂层板结和水蒸气在管壁冷凝,正常运行是以干热空气保养,连接管道还必须预热,因而维护工作量很大。
3.1.2金属纤维过滤器
(1)工作原理
其工作原理与沙床过滤器有相似之处,主要靠物理的机械捕捉来实现过滤。
(2)缺点
为了达到一定的过滤效果,一般不可以单独使用,需要与湿式或者沙床过滤器相配合。
3.2 湿式过滤器
3.2.1文氏管除尘器
(1)工作原理
文丘里洗涤器又称文氏管除尘器,是一种典型的高能耗高效湿式除尘器。它是由文丘里管、脱水器、沉淀池和加压循环水泵等几部分组成,除尘过程可分为雾化、凝聚和脱水三个过程。前两个环节在文氏管内进行,后一个环节在脱水器内完成。含尘气体由进气管进入收缩管后流速逐渐增大,在喉部气流速度达到最大值。在收缩管和喉管中气液两相流之间的相对流速达到最大值。从喷嘴喷射出来的水滴,在高速气流冲击下雾化,能量由高速气流供给。
在喉口处气体和水充分接触,并达到饱和,尘粒表面附着的气膜被冲破,使尘粒被水湿润,发生激烈的凝聚。在扩散管中,气流速度减小,压力回升,以尘粒为凝结核的凝聚作用形成,凝聚成粒径较大的含尘水滴,更易于被捕集。粒径较大的含尘水滴进入脱水器后,在重力、离心力等的作用下,干净气体与水、尘分离,达到除尘的目的。
3.2.2引射式除尘器
(1)工作原理
引射式除尘器与普通文氏管除尘器不同之处在于后者是用风机造成高速气流,而前者是利用水泵造成液体带动气流。在引射式除尘器中,气体净化所消耗的能量全部注入到喷淋液中,喷淋液在600~1200kPa压力下,通过渐缩喷管中的喷嘴送入文氏管喷雾器。然后通过液滴捕集器出去放射性的液滴,净化安全壳大气。
(2)优缺点
对高分散性粉尘且尺寸小于2~3μm的颗粒捕集效率不高,能量利用效率较低。
3.2.3喷射式除尘器
(1)工作原理
喷射式除尘器是一种较新的除尘器,特点是利用气体的动能使气液充分混合接触。气体首先经过一个收缩的锥形杯将速度提高,溢流入锥形杯的吸收液受高速气体的冲击并携带底口喷出。气体因突然扩散,形成剧烈湍动,将液体粉碎雾化,产生极大的接触界面,增强除尘效果。
(2)优缺点
由于气液以顺流方式进行,不受逆流操作中气体临界速度的对除尘器的液流极限能力的限制,提高体积传质能力。此特点对处理风量很大是有利的,加之喷射塔结构简单、操作管理方便,不易堵管等优点,在工业烟气净化中得到了应用。
3.2.4冲击式除尘器
(1)工作原理
冲击式除尘器是利用含尘烟气以一定的速度冲击水面而捕集烟尘的装置。
(2)优缺点
这种除尘器的特点是结构简单、不易堵塞、维护方便、耗水量小,但速度增大时阻力较大。
通过对比分析和电厂实际运用情况可以看出,选择湿式除尘系统是较为理想的,湿式除尘系统的两个主要的技术关键点是:较高的气液两相相对速度和较高的物化性能,这就意味着要再文式管的设计和液体喷嘴的设计上能够有所创新,同时考虑到秦山二期核电厂设置了金属纤维过滤器用于放射性汽水的分离,结合我所多年来在汽水分离方面的研究经验,这儿也是可以有所突破,实现自主知识产权。为此提出以下三点工作重心:
一、 文氏管的优化设计
二、 喷雾器的优化设计
三、 汽水分离器的优化设计
技术路线:理论分析+数值模拟+实验研究