一种钠冷快堆丧失热阱事故的诊断和处理方法

技术领域

本发明属于核电厂设计技术，具体涉及一种钠冷快堆丧失热阱事故的诊断和处理方法。

背景技术

纵深防御是核动力厂设计安全规定(HAF)贯彻始终的安全设计要求。作为纵深防御原则的第三道防线，事故规程对限制事故发展、保证反应堆安全起着至关重要的作用。一旦出现事件或事故工况，就认为核电厂进入了紧急状态，要求操纵员使用事故规程做出迅速反应，纠正工况偏离，并采取必要的行动来避免或减轻可能的后果。

钠冷快堆核电厂由三回路和汽轮机构成的热阱是核电厂安全运行的关键功能之一，是实现核电厂堆芯冷却的重要途径。导致三回路或汽轮机故障的事故将造成热阱功能部分丧失或全部丧失，如不采取措施，将导致堆芯冷却能力下降，威胁堆芯安全，对反应堆安全造成不利影响。因此，热阱功能直接关系核电厂的安全运行。

由于钠冷快堆核电厂的特性，其热阱设计一般采用多个环路、多台蒸汽发生器模块的设计方案，因而造成钠冷快堆核电厂热阱丧失的事故类型复杂。不仅三回路和汽轮机的故障或事故工况直接造成热阱丧失，厂外电、压缩空气系统等也会造成热阱部分丧失或全部丧失的后果。不论直接造成三回路和汽轮机功能丧失的事故，还是间接影响到钠冷快堆热阱功能的事故，在事故处理和事故规程的制定中，均需要丧失热阱处理策略的支持。

同时，快堆核电厂系统复杂，运行参数很多。热阱丧失事故处理涉及的系统和设备数量众多，在事故处理中对各设备的操作顺序、操作时机和操纵员的相互配合也都必须符合复杂而精准的要求。

因此，鉴于钠冷快堆核电厂热阱功能的重要性和复杂性，必须为丧失热阱事故处理建立一套合理可行的处理方法和策略，从而能够更好地控制事故进程、缓解事故后果、确保机组安全。

发明内容

本发明的目的是针对钠冷快堆核电厂的设计特点，提供一种钠冷快堆丧失热阱事故的诊断和处理方法，以提高事故处理的效率和可靠性，确保机组安全。

本发明的技术方案如下：一种钠冷快堆丧失热阱事故的诊断和处理方法，包括如下步骤：

(1)对钠冷快堆丧失热阱事故进行诊断，诊断策略表示为：在n台蒸汽发生器中，至少有m台的蒸汽发生器出口钠温T

其中，n为实际中钠冷快堆核电厂设计的蒸汽发生器模块数量；

(2)判断钠冷快堆核电厂的环路类型，针对单环路设计或多环路设计的钠冷快堆核电厂，分别采用与之对应的流程进行事故处理。

进一步，如上所述的钠冷快堆丧失热阱事故的诊断和处理方法，步骤(1)中，所述阈值θ应不高于保护停堆要求的阈值，m应不多于保护停堆要求的蒸汽发生器出口钠温超过要求阈值的模块数量；并且，所述阈值θ应不高于专设安全设施投运要求的阈值，且m应不多于专设安全设施投运要求的蒸汽发生器出口钠温超过要求阈值的模块数量。

进一步，如上所述的钠冷快堆丧失热阱事故的诊断和处理方法，步骤(1)中，若钠冷快堆核电厂设计有多个环路，应当考虑能够表征任一环路丧失热阱的T

其中，T

全部丧失热阱的定义，应根据实际钠冷快堆核电厂设计，从以下原则中规划最保守的要求：

1、所有环路都丧失热阱；

2、剩余未丧失热阱的环路的导热能力之和，不满足安全停堆要求或不满足当前事故工况处理的需求。

更进一步，若钠冷快堆核电厂设计有多个环路，m

进一步，如上所述的钠冷快堆丧失热阱事故的诊断和处理方法，步骤(1)中，若钠冷快堆核电厂在二回路或三回路的系统流程的设计上，存在蒸汽发生器模块之间不完全独立的设计，则根据不同初因事故造成的一台蒸汽发生器模块丧失热阱对于其他模块的影响，分析并合理调整T

所述初因事故至少包括：

汽轮机停机；

蒸汽发生器失给水；

失去厂外电；

导致蒸汽流量减少的蒸汽压力调节装置故障；

冷凝器失真空故障；

蒸汽隔离阀意外关闭；

给水管道泄漏；

蒸汽管道泄漏；

针对每项初因事故，分析其对环路的影响以及影响的蒸汽发生器模块数量。

进一步，如上所述的钠冷快堆丧失热阱事故的诊断和处理方法，步骤(1)中所述的诊断策略应当仅响应事故工况，不应响应低于事故工况的异常运行事件或偏离正常运行的瞬态，避免对电厂运行造成不利影响。

进一步，如上所述的钠冷快堆丧失热阱事故的诊断和处理方法，步骤(2)中，针对多环路设计的钠冷快堆核电厂发生全部丧失热阱事故，或单环路设计的钠冷快堆核电厂发生丧失热阱事故的，事故处理流程如下：

(I)若发生的是全部丧失热阱，则检查和确认用于应急余热导出的专设安全设施已投运，已建立可用的余热导出途径；否则，跳过此步骤；

(Ⅱ)检查和确认事故所在的和受影响的蒸汽发生器模块已经隔离，应至少包括给水隔离和蒸汽隔离，检查联通蒸汽发生器的其他常开管道是否已隔离；

(III)隔离事故所在的环路，应至少包括给水隔离和蒸汽隔离；

(IV)若电厂在二回路或三回路的系统流程的设计上，存在蒸汽发生器模块之间不完全独立的设计，已检查事故所在的和受影响的蒸汽发生器模块的联通管道已隔离。

进一步，如上所述的钠冷快堆丧失热阱事故的诊断和处理方法，步骤(2)中，针对多环路设计的钠冷快堆核电厂发生部分丧失热阱事故的，事故处理流程如下：

(a)检查和确认事故所在的和受影响的蒸汽发生器模块已经隔离，应至少包括给水隔离和蒸汽隔离，检查联通蒸汽发生器的其他常开管道是否已隔离；

(b)隔离事故所在的环路，应至少包括给水隔离和蒸汽隔离；

(c)若电厂在二回路或三回路的系统流程的设计上，存在蒸汽发生器模块之间不完全独立的设计，已检查事故所在的和受影响的蒸汽发生器模块的联通管道已隔离

(d)检查和确认除氧器水位在正常范围，若水位不足则进行补水至正常范围；

(e)根据当前电厂运行的需求，确定给水流量需求，进而确定需要运行给水泵数量，配置相应的给水泵运行；

(f)检查给水系统的压力趋于正常范围，否则检查上游系统是否正常运行；

(g)根据电厂设计，使用手动或自动的方式控制给水流量，使蒸汽发生器出口温度恢复到正常范围。

本发明的有益效果如下：

1、本发明结合快堆核电厂设计特点，提出了一种钠冷快堆丧失热阱事故处理方法和策略，有效提高了快堆核电厂的运行安全性；

2、本发明具有良好的通用性，该方法给出的诊断策略和处理策略考虑了快堆电厂三回路的多个蒸汽发生器模块、多环路的设计组合，具体的快堆电厂设计根据该方法能够给出相应的具体策略，从而通过该方法能够开发适用于各种热阱系统设计方案的钠冷快堆电厂的丧失热阱事故处理策略；

3、本发明解决了钠冷快堆核电厂热阱丧失事故的事故诊断、事故处理问题，设计形成的策略能够完善了事故工况下机组的处理措施、确保事故响应的准确性和时效性；

4、本发明将复杂繁多的钠冷快堆核电厂丧失热阱类初因事件归纳为部分丧失热阱和全部热阱丧失两类，并提供配套的事故处理策略，有利于简化事故诊断和处理流程，提高事故处理的效率和可靠性；

5、本发明结合电厂具体的保护系统设计、一回路/二回路/三回路系统设计、定值设计、仪控设计，能够应用到电厂的数字化运行设计中，从而能够提高电厂自动化运行程度、减少在电厂运行和事故诊断处理过程中人因影响、提高事故响应速度、减轻操纵员运行任务负担。

附图说明

图1为本发明钠冷快堆丧失热阱事故的诊断策略示意图；

图2为本发明钠冷快堆丧失热阱事故的处理策略示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的钠冷快堆核电厂丧失热阱事故诊断和处理方法，包括诊断方法和策略以及处理方法和策略两部分。前者用于事故诊断，后者用于诊断后的事故处理。

(1)诊断方法和策略

钠冷快堆核电厂一般采用多个环路、多台蒸汽发生器模块的设计。堆芯产生的热量传递给二回路，而后通过蒸汽发生器的各个模块传递给三回路，将三回路给水转换为蒸汽送往汽轮机。钠冷快堆热阱丧失的征兆，直接表现为蒸汽发生器模块的出口钠温升高。

钠冷快堆丧失热阱事故的诊断策略为：在n台蒸汽发生器中，至少有m台的蒸汽发生器出口钠温T

其中，n为实际中钠冷快堆核电厂设计的蒸汽发生器模块数量。

m和θ的取值，依据以下原则：

原则A1：应当不低于紧急停堆的要求。即，依据核电厂的保护逻辑设计，θ不应高于保护停堆要求的阈值且m不应多于保护停堆要求的蒸汽发生器出口钠温超过要求阈值的模块数量。

原则A2：应当不低于专设安全设施投运的要求。即，依据核电厂的保护逻辑设计，θ不应高于专设安全设施投运要求的阈值且m不应多于专设安全设施投运要求的蒸汽发生器出口钠温超过要求阈值的模块数量。

原则A3：若核电厂设计有多个环路，应当考虑能够表征任一环路丧失热阱的T

例如按环路分组的形式，第j环路丧失热阱：

其中，T

根据实际电厂设计，各组的m

此时，全部丧失热阱的定义，应根据实际钠冷快堆核电厂设计，从以下原则中规划最保守的要求：

原则A31：所有环路都丧失热阱；

原则A32：剩余未丧失热阱的环路的导热能力之和，不满足安全停堆要求或不满足当前事故工况处理的需求。

原则A4：若电厂设计有多个环路，m

原则A5：若电厂在二回路或三回路的系统流程的设计上，存在蒸汽发生器模块之间不完全独立的设计，那么应当根据不同初因事故造成的一台蒸汽发生器模块丧失热阱对于其他模块的影响，分析并合理调整T

上述初因事故的影响，按照以下方法分析：

初因事故应至少覆盖以下表格中的事故类型，并根据实际电厂设计等要求补充完善。

对每项初因事故，按以下表格确定具体的影响。

原则A6：m和θ的取值不应过于保守。即，诊断策略的实际效果，应当仅响应事故工况；不应响应低于事故工况的异常运行事件或偏离正常运行的瞬态，避免对电厂运行造成不利影响。该原则需在实际钠冷快堆电厂的事故策略设计中，通过开展丧失热阱诊断策略的验证确认来完成。

(2)处理方法和策略

丧失热阱事故的处理策略，分为策略1和策略2两部分，按以下原则适用于相应的工况：

原则B1：对于单环路设计的电厂，应当使用策略2处理丧失热阱事故。

原则B2：对于多环路设计的电厂，应当根据诊断方法和策略确定当前工况属于部分丧失热阱还是全部丧失热阱：若发生部分丧失热阱应当在策略2的基础上，结合工况处理需求使用策略1；若发生全部丧失热阱，应当使用策略2。

策略1——按以下流程进行事故处理：

I)检查和确认除氧器水位在正常范围，若水位不足则进行补水至正常范围；

Ⅱ)根据当前电厂运行的需求，确定给水流量需求，进而确定需要运行给水泵数量，配置相应的给水泵运行；

III)检查给水系统的压力趋于正常范围，否则检查上游系统是否正常运行；

IV)根据电厂设计，使用手动或自动的方式控制给水流量，使蒸汽发生器出口温度恢复到正常范围。

策略2——按以下流程进行事故处理：

a)若发生的是全部丧失热阱，则检查和确认用于应急余热导出的专设安全设施已投运、已建立可用的余热导出途径；否则，跳过此步骤；

b)检查和确认事故所在的和受影响的蒸汽发生器模块已经隔离，应至少包括给水隔离和蒸汽隔离，应检查联通蒸汽发生器的其他常开管道是否已隔离；

c)隔离事故所在的环路，应至少包括给水隔离和蒸汽隔离；

d)若电厂在二回路或三回路的系统流程的设计上，存在蒸汽发生器模块之间不完全独立的设计，已检查事故所在的和受影响的蒸汽发生器模块的联通管道已隔离。

实施例

(1)诊断策略

以采用了2个环路、16台蒸汽发生器模块的钠冷快堆核电厂为例。

诊断策略：

按原则A1，依据该核电厂的保护停堆保护逻辑设计，θ≤300℃，m≤3。

按原则A2，依据该核电厂的专设安全设施投运保护逻辑设计，θ≤300℃，m≤6。

按原则A3：考虑2个环路设计、各环路丧失热阱的定值与保护停堆定值相同，诊断策略的形式为

第1环路丧失热阱

第2环路丧失热阱

全部丧失热阱的定义采用“所有环路都丧失热阱”。

按原则A4，电厂为多环路设计，原则A3给出的形式中m与θ的取值不低于保护逻辑对任一环路丧失热阱的要求，满足本原则。

按原则A5：电厂在二回路或三回路的系统流程的设计上，存在蒸汽发生器模块之间不完全独立的设计。按初因事故表格，对初因事故的影响做分析，评估后认为原则A3给出的形式适用。

按原则A6，对原则A3给出的形式做验证确认，评估无问题。

根据原则A1-A6的设计，诊断策略为：

第1环路丧失热阱：

第2环路丧失热阱：

全部丧失热阱：第1环路发生丧失热阱，且第2环路发生丧失热阱。

(2)处理策略

核电厂为2环路设计，采用原则B2设计处理策略。

全部丧失热阱的处理策略：

1)若发生的是全部丧失热阱，则检查和确认专设安全设施已投运、已建立可用的余热导出途径；

2)检查和确认事故所在的和受影响的蒸汽发生器模块已经隔离，应至少包括给水隔离和蒸汽隔离，应检查联通蒸汽发生器的其他常开管道是否已隔离；

3)隔离事故所在的环路，应至少包括给水隔离和蒸汽隔离；

4)电厂在二回路或三回路的系统流程的设计上，存在蒸汽发生器模块之间不完全独立的设计，隔离事故所在的和受影响的蒸汽发生器模块的联通管道。

部分丧失热阱的处理策略：

1)检查和确认事故所在的和受影响的蒸汽发生器模块已经隔离，应至少包括给水隔离和蒸汽隔离，应检查联通蒸汽发生器的其他常开管道是否已隔离；

2)隔离事故所在的环路，应至少包括给水隔离和蒸汽隔离；

3)电厂在二回路或三回路的系统流程的设计上，存在蒸汽发生器模块之间不完全独立的设计，隔离事故所在的和受影响的蒸汽发生器模块的联通管道；

4)检查和确认除氧器水位在正常范围，若水位不足则进行补水至正常范围；

5)根据当前电厂运行的需求，确定给水流量需求，进而确定需要运行给水泵数量，配置相应的给水泵运行；

6)检查给水系统的压力趋于正常范围，否则检查上游系统是否正常运行；

7)根据电厂设计，使用手动或自动的方式控制给水流量，使蒸汽发生器出口温度恢复到正常范围。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。