辽宁红沿河核电有限公司 辽宁大连 116001
摘要：乏燃料水池冷却和处理系统（PTR）是核电机组中完全与质量和安全相关的系统，无论在电站正常运行工况或事故运行工况，该系统都将导出乏燃料产生的热量，并将热量最终传到海水中。本文主要从PTR功能、停运影响分析等几个方面展开分析讨论，给出了临时停运PTR的建议措施。
关键词：PTR；乏燃料水池；安全功能；冷却；措施
一、概述
乏燃料水池冷却和处理系统PTR系统承担的安全功能如下：
1)将贮存在乏燃料水池中的燃料元件保持在次临界状态；
2)将安全壳喷淋和安全注入（直接注入阶段）所需的含硼水贮存在PTR换料水箱中；
3)通过RCV系统向反应堆冷却剂系统紧急提供硼酸溶液；
4)在反应堆冷却剂回路（蒸汽发生器或反应堆压力容器）开启后，当RRA系统不能利用时，作为RRA的备用；
5)全厂断电或丧失热阱事故下，在一回路大开口工况时乏燃料水池经RRA管线向一回路及反应堆水池补水；
6)PTR系统对辐射防护的贡献是通过
●捕获和留住分散在各腔室冷却剂中的污染物；
●利用水层保护人员不受已辐照燃料的影响。
二、PTR停运的背景
PTR系统存在诸多管道及管道接头，相关检修工作可能需要停运和部分隔离PTR系统循环冷却回路：即停运冷却循环泵并将相关管道隔离和排空。工作过程中乏燃料水池不排水，只排空检修系统管道内的少量水。隔离和排空相关管道后PTR系统循环冷却功能不可用。
在检修工作期间，PTR系统的泵、热交换器等设备均只停运，不安排任何维修工作，需要时可以立即停止检修工作，解除隔离启动PTR系统，恢复乏燃料水池的冷却。为此经计算和分析确定了需要恢复乏燃料水池冷却功能的设定值（低于要求的50℃）。经分析，在达到要求温度前解除隔离恢复乏燃料水池的冷却需要约18小时。以某一机组为例，在一定量乏燃料衰变热的情况下，经计算并考虑裕度后确定乏燃料水池恢复冷却的温度设定值为44.0℃。当时温升数据为0.28℃/h，恢复乏燃料水池冷却需18h，乏燃料水池温度最高为49.04℃，能满足运行技术规范50℃的限值。检修工作的时间约为60－70h。
三、PTR停运的安全分析及评价
1.机组正常运行安全分析和评价
1)遵守运行技术规范
正常运行期间，PTR系统需要保证贮存在乏燃料水池中的乏燃料组件的冷却功能和保持在次临界状态。
检修工作期间，不安排改变乏燃料水池的硼浓度的任何活动；因检修排出的PTR管道内的硼水量相对整个乏燃料水池可以忽略，不会引起乏燃料水池水位明显变化；如果工作期间进行了乏燃料水池补水操作，将严格按照运行技术规范的要求及时化验硼浓度，确保乏燃料水池次临界安全。
检修工作期间，PTR系统的泵、热交换器等设备均只停运，不安排任何维修工作，需要时可以立即停止检修恢复乏燃料水池冷却。
2)机组后撤时的安全评价
运行技术规范在MCS模式一回路大开口状态要求：乏燃料水池应具备向反应堆水池重力补水的功能。
检修期间均安排在机组RP功率运行模式，处理期间如果出现机组按运行技术规范要求的后撤，经分析，机组的后撤模式中一回路温度压力最低的模式是MCS模式一回路封闭状态。不存在要求机组后撤至MCS模式一回路大开口状态、RCS或RCD模式的情况，即不会要求乏燃料水池的重力补水功能。
3)维修过程安全控制
检修期间，编制风险处理预案，包括对机组监视主要参数、紧急恢复冷却的预案等。运行部门提前熟悉控制方案，保持对现场工作的控制和联络，在检修期间持续监视乏燃料水池温度，确保在达到设定温度时能及时恢复乏燃料水池冷却。
综上，在机组功率运行期间执行检修工作，严格控制工作过程，提前做好干预预案，可以保证乏燃料水池的温度不达到50℃，满足运行技术规范的要求。
2.事故工况安全分析和评价
1)失去最终热阱事故
在检修过程中，如果机组发生失去最终热阱事故：即完全失去RRI系统或SEC系统，在FSAR中对失去RRI冷却事故进行了分析。全部失去SEC系统的最坏后果与全部失去RRI系统，可以被全部失去RRI系统的后果包络。SOP事故规程包含了完全失去RRI系统或SEC系统的情况。
发生失去最终热阱事故时，当班运行值将执行事故规程控制机组，经核实，事故规程中不需使用PTR循环冷却功能，因此不影响事故规程的执行，机组安全由事故规程来保证。
乏燃料水池将失去冷却，乏池温度升高，可以对乏池进行补水操作（有多种补水手段）。另外，将立即停止现场检修工作并恢复PTR系统的完整性，运行人员尽力恢复冷源，启动PTR系统为乏燃料水池重建冷却功能。
2)失电事故
在检修过程中，如果发生机组全厂失电事故，其后果与完全失去RRI系统一样。在FSAR中对全厂失电事故进行了分析，其中指出放射性后果与失去最终热阱事故相同。
发生全厂失电事故时，操纵员执行事故规程。经核实，事故规程中不需使用PTR循环冷却功能，因此不影响事故规程的执行。针对乏燃料水池，其相关现象、处理方式与失去最终热阱事故基本相同。
综上，在检修过程中，如果发生失去最终热阱事故或全厂失电事故，事故规程的执行不受影响，事故的后果也已被FSAR分析所包络。
3)其他事故
机组处于RP模式功率运行时，经分析相关事故规程，事故处理操作过程中，不需使用PTR系统循环冷却功能。事故处理后期机组将后撤至安全状态，经分析相关事故规程，安全状态都不要求过渡到RCS或RCD模式，即不要求将反应堆的燃料组件转送到乏燃料水池。
因此，考虑事故工况下事故处理操作和事故机组后撤到安全状态，停运和部分隔离PTR系统不影响事故规程的执行，对机组安全没有影响。
3.应急堆芯卸料的安全影响分析
在PTR系统循环冷却回路部分隔离期间，若出现紧急情况需要反应堆堆芯应急卸料，则机组可后撤并维持在一回路封闭的维修停堆模式，通过RRA系统冷却。等检修工作完成并恢复PTR系统循环冷却回路后再进行应急卸料操作。这种方式延长了机组停运时间，对电厂运行安全没有任何影响。
四、PTR停运的建议措施及结论
综上所述，临时停运和部分隔离PTR系统在安全上是可以接受的，在控制检修时间的情况下，乏燃料水池的温升可以满足小于50℃的运行技术规范的要求。建议采取的措施如下：
—检修工作前，保证乏池温度检测PTR033/034MT可用；
—检修工作前，保证PTR系统的泵和热交换器功能正常，无检修工作；
—检修工作前确保乏燃料水池水位正常且离低水位有足够裕度，温度尽量低；
—检修工作前，编写临时运行管控措施；
—检修工期前，保证乏池补水措施有效；
—检修工作期间，确保乏燃料水池无燃料操作；
—检修工作期间，密切监视乏燃料水池液位和温度，防止乏燃料水池液位异常下降和温度超过限值；
—检修工作结束后，立即恢复PTR系统循环冷却回路的可用性和正常运行。
参考文献：
[1]核反应堆安全分析[M]，朱继洲，西安：西安交通大学出版社，2000
[2]辽宁红沿河核电厂一、二号机组最终安全分析报告，李海岩，刘兆年，深圳中广核工程设计有限公司，2012，C版
[3]乏燃料水池冷却和处理系统系统手册，王耀东，中广核工程有限公司，2009，E1版
[4]运行技术规范，金波，辽宁红沿河核电有限公司，2020，第5版