福岛核事故过程及我国核电对应改进项介绍
【摘要】 福岛核事故是由于地震和水淹导致全厂失电,失去了应急冷却电源和水源,不能导出燃料余热造成堆芯熔化,放射性大量释放的7级核安全事故.我国研究福岛核事故的演变过程,对国内在役和在建核电项目增加了防水淹的应急电源的改进项。
【关键词】 福岛核事故改进项防水淹应急电源
2011年3月11日,日本时间14时46分,本州岛附近海域发生里氏9.0级特大地震,引发特大海啸,导致福岛第一核电站发生7级核事故,对世界核电行业造成了巨大影响。地震发生后电厂运行的机组全部自动停堆.地震造成外部电网被毁,电厂自备的应急柴油发电机随即启动供电,向反应堆补水并进行堆芯应急冷却.1小时后高达14ｍ的海啸袭来,大大超出了电站设计最高洪水水位限值(5.7m),淹没全部应急柴油机,全厂失去应急电源。
全厂失电后,由汽轮机驱动的堆芯隔离冷却系统很快投入运行,但是事故后该系统失去了冷源,回路温度持续上升,冷却系统很快失去了作用,反应堆压力容器内冷却水持续蒸发,压力容器内的水得不到补充,压力容器内水位持续下降,在50%堆芯裸露后,包壳温度开始急剧上升;在2/3堆芯裸露后,包壳开始明显变形破损,伴随放射性产物释放;在3/4堆芯裸露时,包壳温度超过1200℃后,堆芯燃料包壳合金中的锆在高温下与水发生化学反应,放出大量氢气,锆水反应是放热反应,进一步升高了堆芯温度。氢气随蒸汽经安全壳排气释放到反应堆厂房,并直接向上累积在反应堆厂房顶部,随着氢气浓度的升高,引发了氢气爆炸,厂房结构受损,大量放射性物质释放到大气中。
事故13小时后移动式发电机到达,但因底层配电设备被水淹,移动式发电机无法为水泵供电,需临时新接电源线为水泵供电。待恢复供电供水,1号机组已27小时失去冷却,2号与3号机组也有7小时失去冷却,错过了事故应急的最重要的时段,燃料已经发生了严重的损毁。
另外,福岛核电站4号机组由于强震引起乏燃料水池渗漏,致使水池水位缓缦下降,加上因全厂失电,乏燃料水池失去了冷却,导致乏燃料水池中燃料组件逐渐裸露,燃料元件高温损毁和放射性释放,最终只得引入海水浸泡乏4号机组燃料储存水池。
2 针对福岛事故的改进项介绍
经分析,事故关键在于水淹后全厂失电,失去了应急冷却电源和水源,不能导出燃料余热。因此针对福岛事故改进项主要从防水淹、保证应急电源来进行。
我国主要堆型为压水堆核电站,电站的结构和设计与福岛核电站有很大的不同,在核电厂厂址选择、防全厂失电、事故情况下放射性排放控制等方面采用了
更先进,更安全的设计。即使面对与福岛核电事故完全一样的初始条件,也不会导致放射性大量释放到环境中的严重后果。但是福岛第一核电站事故过程仍然对我国核电设计有重要的警示意义。在福岛核事故后,国家相关部门立即组织参照国际原子能机构颁布的最新安全标准,对投运和在建的核电厂防洪抗震能力、严重事故预防和缓解、环境监测和应急体系有效性等11 个领域进行综合检查评估,并要求国内各核电厂重点在厂址防水淹和厂内应急电源两方面改进。
2.1 厂址防水淹改进项
福岛事故后,我国结合各核电厂可能遭遇水淹情况的评估,逐项排查并完成核电厂内管沟、廊道、门窗和贯穿件等防水封堵,避免核安全相关厂房和设备等受外部洪水水淹。
对电厂设计基准洪水水位重新进行了复核评估,考虑,包括可能最大风暴潮、可能最大假潮、海啸、天文潮高潮位、江、河洪风-浪活动、海平面异常(海平面上升)等各种极端事件共同作用。
同时,在核电厂防波堤与厂址间的开阔地对冲过防波堤的波浪采用“堵、排、蓄”的方法,以不影响核安全有关的构筑物运行为前提,将部分海水暂时“蓄”在海堤与厂址之间的开阔地内,另一方面采用排水明渠和/或其他的方式将海水排出,确保厂址不受越浪海水威胁.结合核电厂可能遭受水淹情况的评估,分别对核安全相关厂房的廊道、门窗、管沟和贯穿件等防水封堵措施进行了核查,并加强改进了其中薄弱环节。
2.2 应急电源改进项
为防止出现福岛事故中所有应急电源不可用的情况,在核电厂址增设了第五台应急柴油发电机,在我国原有的电厂设计中,双机组核电厂共配备4台应急柴油发电机,发生全厂失电事故后,应急柴油发电机只要有一台成功启动运行,就能将反应堆安全的冷却到冷停堆状态,但是若出现福岛事故中的极端情况,仍然有可能造成柴油机全部失效。为应对这种情况,我国要求在建和运行核电厂在厂址增加第五台柴油发电机,设计厂房,采取水淹措施,在全厂水淹情况下,能保证正常运行。
为保证事故期间主泵轴封注入,主控室应急照明、控制和监测等用电负荷,在原有的LLS应急小型发电机的基础上,新增一路容量应不小于200kW的移动式车载交流电机组,并在LLS系统增加端接箱,保证移动式车载交流柴油发电机组顺利接入LLS母线,移动发电机组自身所带燃料应保证至少8小时的满功率连续运行,以保证主泵运行期间的轴封水.此外,还可增加移动中压临时供电及接入设备,带动一台辅助给水泵,在堆芯冷却期间,持续向二回路补水,带出堆芯余热。
3 结语
日本福岛核事故是一个巨大的灾难,敲响了核安全的警钟.针对这次事故,我
国修改完善了相关和核电发展规划,核安全的重要性得到了大大的提高.核电是清洁,经济的能源,而且核电的发展,对于原子物理科学有重大的推进作用.在保证安全第一,质量第一的前提下,我国稳定有序的发展核电,除了能推动经济建设外,还能促进核电相关技术的升级换代,对我国核安全的总体水平提高也有很大的推进作用.
参考文献:
[1]张禄庆.吸取福岛核事故教训尽快推出三代自主机型.
[2]周全之.浅析日本福岛核电事故原因及影响.
[3]Lessons learned from the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear power plant .Atomic Energy Society of Japan.2011.5.9.
