诸峰亮 陈志威
国核示范电站有限责任公司 山东省荣成市 264300
摘要：2011年福岛核事故后，乏燃料水池的安全问题开始受到行业内的高度关注，福岛核事故暴露了乏燃料水池安全的重要性与核电站响应该类事故的不足。本文以AP1000机组为例，参照国内核安全监管机构的要求,探讨核电站乏燃料池事故响应策略,对提高核电站乏燃料水池事故管理水平有一定积极意义。
关键词：核电站；乏燃料池；事故缓解
引言：乏燃料池是核电站主要用来储存乏燃料组件的设施，由于乏燃料组件从堆芯卸出后具有较高的放射性和一定的衰变热，所以乏燃料池需要通过一定高度的水层实现放射性屏蔽，同时为乏池提供持续的冷却以排出衰变热。福岛核事故表明，乏燃料池失冷、排空可能导致乏燃料损坏，造成严重的放射性后果。对此核电站应提高警觉，做好充分的准备以应对相应丧失乏池冷却和水装量的事件。
一、乏燃料池监测及补水能力要求
福岛核事故后，国家核安全局对运行和在建核电厂开展了核安全检查，并依据检查结果对各核电厂提出了改进要求：《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》（以下简称《通用技术要求》）。
针对福岛事故中乏池液位仪表的失效问题，《通用技术要求》对乏池液位、温度的监测手段、监测范围、监测仪表和系统可用性提出了要求，以保证在事故期间和后获取可靠的乏燃料池信息。以AP1000机组为例，乏燃料池设置一个窄量程液位计，提供操纵员事故早期的液位指示报警。同时设置有3个安全级的宽量程液位仪表，提供主控室乏燃料池全量程的液位的指示和低液位报警，仪表采用1E级供电，符合抗震、环境鉴定以及事故后监测要求。温度仪表方面设置一个乏池温度探测器用以监视乏池温度。
乏燃料池水位应保证任何时候都高于燃料格架顶部，《通用技要求》中对乏燃料水池应急补水的补水流量、补水措施提出要求。AP1000设置有多样化的乏池补水：正常运行工况下补水由化容控制系统和除盐水提供，事故工况下由安全相关补水水源，在事故初期通过非能动重力注入的方式提供至少72小时补水流量；事故72小时后，非能动冷却辅助水箱可提供4天的补水；此外AP1000机组首次设置了喷淋系统，在乏燃料池排空后提供喷淋水带走乏燃料组件的热量。
二、乏燃料池风险分析
通常运行工况下乏燃料池预计风险主要可分为两类：乏燃料池冷却丧失与泄漏。正常运行时乏燃料池冷却系统运行维持乏池的温度，乏燃料池冷却系统设备故障、设备冷却水/厂用水丧失、失电等始发事件都可能导致乏池丧失冷却。丧失冷却后乏池会逐渐升温沸腾、水位下降，最终可能造成乏燃料裸露；泄漏情况下乏池水位下降会更快，主控室操纵员可根据乏池的液位指示和低液位报警判断泄漏情况。
严重事故工况下，超设计基准事件如发生爆炸、地震等事件可能造成乏池结构受损排空，导致乏燃料组件裸露后锆包壳过热熔化，带来进一步的放射性物质释放及氢气爆炸的风险。
三、乏燃料池事故缓解体系
《通用技术要求》要求核电站应将乏燃料水池事故响应操作纳入严重事故管理导则或相关规程。以AP1000机组为例，乏燃料池事故缓解措施主要在以下规程中执行：系统异常运行规程、事故72小时后运行规程及严重事故管理导则。
乏燃料池系统异常运行工况下，针对失冷事件，主要响应措施是恢复冷却或进行补水，泄漏事件则是尽快查找和隔离泄漏点和进行补水以恢复液位。由于乏燃料水池具有一定的热容，操纵员有足够的时间去识别系统故障并投入后备手段。主控室监视画面设有距离乏池沸腾时间指示，可提供给核电站运行人员以确定响应行动的紧急程度。
AP1000机组在设计基准事故下不要求乏燃料池冷却系统提供能动部分的冷却。乏燃料池的冷却通过池水的吸热热容量和操纵员投入安全相关水源来的补水来实现。补水的流量和水源的选择取决于乏池内乏燃料衰变热的大小，最小注水流量应能保证乏池水位上升且不沸腾。以AP1000机组为例，当计算的衰变热小于4.7MWt时，72小时内池水就足以冷却乏燃料；当计算的衰变热小于7.2MWt时，操纵员可投入乏燃料容器冲洗池和装载池为乏池提供补水，当计算的衰变热大于7.2MWt时，则要求投入非能动冷却水箱提供乏池补水。72小时后补水由非能动冷却辅助水箱提供，补水流量满足池水沸腾情况下维持乏燃料覆盖所需要的补水量。
事故72小时后乏燃料池冷却运行规程提供事故后的多样化补水措施，指导操纵员分别从非能动安全壳冷却水储存箱、非能动安全壳辅助冷却水储存箱或备用水源和使用移动泵或再循环泵向乏燃料池提供补水。
乏燃料池严重事故管理导则由系统异常运行规程进入，基于乏燃料池液位持续低于乏燃料顶部并且冷却措施失败。主要缓解措施是向乏池注水，优先投入乏池的喷淋水，喷淋水源取自非能动安全壳冷却系统和消防水系统，以喷淋水蒸发的方式来带走乏燃料组件产生的热量，防止乏燃料组件过热损坏，缓解裂变产物释放。氢气控制方面由于燃料操作区域未设置氢气点火器或复合器等设备，可通过燃料操作区域释放面板打开以减少燃料操作区域内氢气的聚集和加强氢气消散，从而减少发生氢气燃烧或氢气爆炸的风险。
结束语：研究认为，对于乏燃料池事故，最有效的缓解措施是保持乏池水位将乏燃料淹没在水中，而有效的乏池监测和补水措施能够提供乏燃料池事故预防和事故缓解能力，有利于乏燃料池的安全风险控制，进一步提高核电站的核安全水平。
参考文献：
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