高温气冷堆核电厂主控室可居留系统的优化

高温气冷堆核电厂主控室可居留系统的优化

文海洋

中核控制系统工程有限公司 北京 102401

摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，依据高温气冷堆固有安全性和非能动的安全系统、无堆芯熔化事故的工况，分析了设计基准事故条件下高温气冷堆主控制室可居留系统的特点，提出了高温气冷堆主控制室可居留系统的优化建议。

关键词：高温气冷堆；核电厂；主控室；可居留系统；优化

引言

主控室是核电厂运行的控制中心，其主要功能是确保反应堆在正常工况下安全运行，在异常和事故工况下实现安全停堆。主控室可居留区系指在发生设计基准事故时，主控室操作人员及与安全停堆有关的仪表和控制等设备的安置场所，主要包括：（1）安全停堆必需的仪表和控制装置及重要参考文件的存放区域。（2）作为应急计划整体部分的计算机房。（3）值班人员办公室。（4）主控室操作人员盥洗间和厨房。（5）事故后需频繁进入的重要区域。（6）呼吸面罩、防护服及必要的医疗急救物品储存室等区域。

1主要特点

作为核电厂专设安全系统，可居留系统包括以下主要特点：（1）可居留系统设计原则1）人员呼吸用新风供应系统；2）主控室可居留区域内的正压系统；3）辐射防护；4）构造维护系统；5）构筑物能抵御自然或人为等外部设计基准事件：地震、龙卷风、洪水、小型飞机撞击及外部飞射物等；6）火灾防御系统；7）毒性或有毒气体的防护屏障系统；8）食物、水、医药等维持生存的最低保障系统。（2）可居留系统功能实现的必要条件1）应急照明应急时应立即可用，照度不低于200lx。2）应急通讯线路传输方式至少双重，如微波、光纤等。3）储备人员生存基本物资：水、食品、药品等按每人7天量储备。

2高温气冷堆主控室可居留系统的优化

2.1对主控室空调系统的优化

在高温气冷堆主控室空调系统的设计中，针对其可居留系统的特点，并结合“合理、可行、尽量低的原则”，设置２台正常运行的组合空调机组，一用一备，２台空气净化机组，降低了空调系统及相关辅助系统在应急情况下的安全级。主控室空调系统设备包括组合空调机组、空气净化机组、风机、电动隔离阀、调节阀等，均为非安全级设备，抗震Ⅰ类；系统控制也由保护系统控制降低为非安全级分布式控制系统（非安全级ＤＣＳ）控制。主控室空调系统保证正常运行工况、地震工况下的主控室环境条件，并可以在不失电的情况下通过空气净化机组处理室外污染空气。在全厂失电情况下，为主控室的居留提供初始的环境条件，初始环境温度为２２～２６℃。

2.2可居留区域内的非过滤泄漏评估

为了保证主控室可居留区域边界的密封性，防止外界污染空气未经过滤直接渗入可居留区域内，主控室通风系统的设计需要使其维持一定的微正压。尽管设计上能够通过对可居留区域边界建筑构件和系统部件的密封、贯穿件的封堵以及应急通风过滤系统的严格布置来实现，然而实际上存在一些难以识别的加压空气流，导致小部分未经过滤的污染空气深入主控室可居留区域。同时，可居留区域边界上出入门的开关也将对可居留区域内空气的污染情况产生影响。一般地，非过滤渗入量同可居留区域与其相邻区域间的压差紧密相关，也因渗入物质种类的不同而有所差异，因此，非过滤泄漏的评估较为复杂也存在一定的不确定性。目前的可居留性评价中通常采用某一固定渗入量来考虑非过滤泄漏造成的影响。放射性事故下的可居留性评价经验表明，采用标准推荐的固定泄漏量时，如SRP推荐的17m3/h，某些情况下的评价将过于保守。因此，需要针对非过滤泄漏评估开展深入研究，细致分析国外相关标准提供的泄漏评估方法，利用经典的风量渗漏模型评估整个可居留区域的密闭性，全面梳理可居留区域内的贯穿件，估算可能产生的泄漏面积，并结合具体可居留区域布置结构采用数值模拟手段研究泄漏量同泄漏面积及压差间的关系，模拟开关门操作的具体影响，从而更为准确的评估可居留区域的非过滤泄漏量。在可能的条件下，还可开展示踪实验，进一步验证模型的可靠性。

2.3附加措施

采用上述系统设置方式的同时，还可以采取以下两种措施作为系统设计的改进，更好的实现系统的功能。（1）双取风口设计顾名思义，此种设置中应在潜在有毒气体和放射性气体源范围外设置两个相距一定距离，且与污染源方向相反的新风入口，至少保证一个新风入口不会被污染。（2）罐装压缩空气短期供应供气系统，在事故工况下隔离可居留区，短期内利用储备的压缩空气为主控室人员供应新风，使室内的二氧化碳浓度保持在限值要求以内，并维持主控室与相邻地区和室外环境不小于30Pa的正压，防止室外污染空气的进入。该系统的优点是供应新风的同时不会引入额外的有毒气体或放射性气体。我国从美国西屋公司引进的AP1000核电技术中，主控室可居留区即采用部分循环式处理加罐装压缩空气供应的方式来满足其在事故工况下的可居留性。

2.4精细流场模拟研究

主控室可居留性评价中，能否准确描述放射性核素或其他有毒有害物质向主控室的迁移扩散过程对于评价主控室内污染物的浓度特征有着重要的影响。目前可居留性评价中采用大气弥散因子对这一过程进行定量描述。我国主要采用美国核管会（NRC）推荐的方法开展主控室大气弥散因子计算，先后采用了墨菲-坎普模型、基于统计学方法的新尾流模式和组合尾流模式，以及基于直线高斯烟羽模型的ARCON95与ARCON96模型。其中，ARCON96模型由于通过场地实验数据对扩散参数进行了修正，对静风条件与近距离处的大气弥散因子的估计比以往计算模型更贴近实际，该模型已经逐渐成为我国主控室大气弥散因子计算的主流工具。

2.5可居留区通风净化系统设计基本要求

（1）单一故障准则。任何能动部件的单一故障不应导致系统功能的丧失，主控室应急空气过滤机组的所有部件均应视为能动部件。（2）抗震要求。系统的设备和部件，包括风管支架均应通过抗震试验鉴定合格，保证发生安全停堆地震时，系统仍能正常运行。（3）隔离风门。主控室与相邻区域和室外环境的隔离风门应采取密封措施，需采用低泄漏的风门或阀门。（4）防龙卷风。系统对室外环境的开孔应设防龙卷风阀。当厂址内发生龙卷风，室内外压差超过1000Pa时，防龙卷风阀应自动关闭。（5）应急柴油发电机电源。系统所有设备和能动部件均应接应急柴油发电机电源。（6）应急新风净化处理。事故发生后，厂区被放射性物质污染时，应对进入主控室的室外新风进行净化处理，防止室外放射性污染对室内人员造成危害。（7）设备经受环境条件。系统中所有设备和部件均应能承受事故工况下的环境条件，如累计放射性剂量、高温、高压等。

结语

通过对高温气冷堆主控室在事故工况下室内辐射剂量及可居留时间的分析，并结合全厂失电工况下主控室的温度和ＣＯ２体积分数计算，将高温气冷堆主控室的空调系统由安全级降为非安全级，设备仍然抗震，由非安全级ＤＣＳ系统进行控制。主控室可居留系统可以延长人员可居留时间，同时在一段时间内可取消对主控室内的新风供应。

参考文献

［１］　国家核安全局．核动力厂设计安全规定：ＨＡＦ１０２－２０１６［Ｓ］．北京：国家核安全局，２０１６：４８－４９.

［２］　张国勋，王昌跃．ＡＰ１０００三代核电站主控室应急可居留系统解析［Ｊ］．暖通空调，２０１７，４７（２）：３２－３５.

［３］　吴中旺，曲静原，刘原中，等．１０ＭＷ高温气冷堆的应急计划与应急准备［Ｊ］．核动力工程，２００３，２４（３）：２７７－２８０.