浅析某核电站给水系统

【摘 要】本文介绍了某核电站给水系统的设计特点，包括了主给水系统和启动给水系统不同工况的运行特点。本文着重分析了给水系统在导出堆芯余热、防止堆芯损伤和减少放射性物质的释放方面所起的作用。

【关键词】给水；余热；放射性

引言

本文结合事故发展的进程，介绍了核电站给水系统在事故的不同阶段所起的作用。

1 系统简介

给水系统有三台电动主给水泵，两台电动启动给水泵，一台凝结水储存箱及相应的主给水管线、启动给水管线、阀门等，备用柴油发电机是启动给水泵的备用电源。

图1 给水系统

给水系统可以分为主给水和启动给水。主给水定义为主给水泵通过主给水调节阀向蒸汽发生器（SG）供水，其水源是除氧器；启动给水定义为通过启动给水调节阀向蒸汽发生器供水，其水源可以是除氧器（通过主给水泵）或凝结水储存箱（通过启动给水泵）。主给水管线和启动给水管线之间设有联络管线，在联络管线上装有隔离阀，主给水管线和启动给水管线可分别独立的向蒸汽发生器供水，并且设置有主给水隔离阀和主给水调节阀、启动给水调节阀和启动给水隔离阀，可以实现在不同事故工况或事故进程中，可利用主给水泵或启动给水泵向蒸汽发生器供水，保证二次侧热阱的有效性。

2 给水系统的功能及特点

2.1 给水系统的功能

在电站热备用、启动、低功率运行和停堆的部分阶段，给水系统可以通过启动给水调节阀向蒸汽发生器提供最大可达10%额定流量的给水。此时的给水可以利用任一主给水泵或启动给水泵提供驱动压头。在10%额定功率及以上运行时，给水由主给水系统提供。

2.2 给水系统的特点

给水系统最大的特点之一是设置了独立的主给水管线和启动给水管线，第二个特点是设置了主给水和启动给水之间的隔离阀，通过对隔离阀的自动、手动控制，保证了正常运行期间主给水和启动给水的隔离，而在事故或异常工况需要时可以手动开启隔离阀，恢复主给水通过启动给水管线向蒸汽发生器供水，所以大大提高了给水系统运行的可靠性和灵活性。

2.3 给水系统在事故工况下的作用

由于该核电站的设计理念是利用非能动的安全相关的系统实现三大核安全功能，所以作为能动的给水系统被定义为非安全相关的系统，在其技术文件中除对其正常功能的要求外，还从概率风险分析（PRA）的角度提出了对其应具有的非安全相关的纵深防御功能的要求。尽管给水系统不是安全相关的系统，但其在保证电站的可用率、导出堆芯余热降低堆芯熔毁的概率、减少对安全相关的系统的挑战、事故工况下减少放射性的释放等方面起着非常重要的作用。

2.3.1 导出堆芯余热防止堆芯损坏

核电站六大关键安全功能的第三个关键安全功能是热阱（heat sink）。核电站的热阱由非能动余热排出系统和蒸汽发生器组成。.当余热需利用蒸汽发生器排出而此时丧失向蒸汽发生器提供给水的功能这称之为失去二次侧热阱。有一系列不同的事件都可能导致失去二次侧热阱，具有较大可信度的事件包括：功率运行期间失去主给水、失去场外电源或以蒸汽发生器作为热量导出的途径时。对于这些初始瞬态，在堆芯冷却的早期，不满足正常余热导出系统投入的条件时，如果启动给水不能为蒸汽发生器提供给水就会导致失去二次侧热阱。失去二次侧热阱后，如果非能动余热排出热交换器不可用就会导致失去热阱这一关键安全功能，从而会导致堆芯余热无法导出，一回路系统的温度、压力上升直至稳压器安全阀动作，使一回路系统水装量丧失，就像发生了小LOCA事故。

电站运行规程规定，失去二次侧热阱时，就需要非能动余热排出热交换器投入运行， 若非能动余热排出热交换器已投运，按规程要求下一步的处理要点是尝试恢复蒸汽发生器的热阱功能；若非能动余热排出热交换器未投运，则进入事故处理规程中对失去热阱后的响应，其主要步骤是不论给水隔离还是其他原因导致的二次侧热阱的丧失，其最终也是要求尝试恢复蒸汽发生器的热阱功能。

2.3.2 一回路系统卸压和减少放射性释放

随着事故序列的发展，若进入事故处理规程，在事故处理规程中首先尝试使用自动泄压系统对一回路进行泄压。如果自动泄压系统不可用或者冷却和卸压无效，且蒸汽发生器有充足的水装量和给水可用，则使用蒸汽发生器进行一回路系统的冷却和卸压。

在该核电站，尽管蒸汽发生器设计上是正常运行时导出一回路热量，事故时导出热量的功能不是安全相关的功能，但是事故时建立向蒸汽发生器的给水仍然是具有较高优先级的一项重要操作。严重事故时，堆芯可能过热，一回路压力升高，若蒸汽发生器二次侧因丧失给水导致二次侧压力下降，从而使蒸汽发生器传热管两侧的压差增大，再加上堆芯后一回路内产生的高温气体进入蒸汽发生器传热管使传热管温度过高，分析表明其温度可达五百多度，两者共同作用极易导致蒸汽发生器传热管蠕变破裂。因为二次侧设备多数位于安全壳外，所以蒸汽发生器传热管是安全壳边界的一部分。因而严重事故时防止蒸汽发生器传热管破裂是必须要考虑的。防止蒸汽发生器传热管破裂的方法之一是向蒸汽发生器内注入给水，保持对传热管的冷却，同时减少传热管两侧的压差。

3 结束语

从该核电站的设计理念出发，给水系统不是安全相关的系统，但从三大核安全功能中的堆芯冷却和减少放射性的释放方面，给水系统几乎和其他核电站的辅助给水系统一样起着不可忽视的作用。所以笔者认为在实际运行和维护工作中，要极其重视给水系统的可用性和可靠性，这对提高核电站潜在的安全性、可靠性和经济性大有益处。

参考文献：

[1]压水堆核电站严重事故管理导则.

作者简介：

田华宁（1976-），男，工程师，主要从事核电站的技术管理工作。