AP1000蒸汽发生器传热管破裂的事故分析解析

15.6.3 AP1000蒸汽发生器传热管破裂的事故分析

（SGTR:Steam Generator Tube Rupture）

1 事故起源及过程

1.1 事故过程

本事故分析假设单根蒸汽发生器管道发生完全断裂，并且发生破裂时冷却剂已被破损燃料元件泄露的裂变产物所污染。由于一回路系统的具有放射性的冷却剂泄露，导致二回路污染程度增大。在厂外电力丧失或冷凝器蒸汽排放系统故障时，通过蒸汽发生器电动卸压阀或安全阀，将向大气释放放射性。

对蒸汽发生器内换热管的完全断裂假设是一个保守假设，因为实际上换热管材料（690不锈钢）具有抗腐蚀性和一定塑形变形能力。换热管更可能的故障模式是更小的破损或不明原因产生的破损。二回路的放射性活度是被实时监测的，放射性泄露的积累量是不允许超过技术指导书规定的整定值的。

AP1000能对SGTR采取自动保护措施，从而缓轻事故后果。这些保护措施包括：停堆、启动非能动余热排出系统(PRHR)、启动堆芯注水系统、关闭稳压器中的加热器、以及切断化容控制系统流量和使蒸汽发生器保持高-2水位或高水位的给水流量。采用保护措施后，冷却剂系统将自动冷却及降压，阻断泄露及蒸汽释放，使冷却剂系统长时间保持在稳定状态。这些保护系统能够避免蒸汽发生器被液态水充满，使得厂外剂量保持在允许值以下。操作员也可以采取其他措施使SGTR后果更快地减缓。

下面将介绍一系列警报系统，操作员可根据警报快速识别SGTR的发生，确定以及隔离破损的蒸汽发生器，完成需要的应对动作以稳定系统状态及切断一二回路间的泄露。恢复动作需要在一定时间限度内完成，才能在蒸汽发生器充满之前、厂外剂量在限值以下而且不触发ADS的情况下，完成对泄露的切断。这需要一些指示和控制系统帮助操作员实现这些功能。

1.2 蒸汽发生器传热管破裂的事件序列

在SGTR发生后将发生下列事件：

●稳压器低压警报触发，为了保持压力，化容控制系统补水和稳压器加热装置

启动。另一方面，主给水系统向受影响的蒸汽发生器的给水量将减小，因为一二回路间的破口流量将增高该蒸汽发生器的水位。

●二回路系统的放射性由凝汽器排气装置和蒸汽发生器排污装置的放射性监

测器，及主蒸汽管道的放射性监测警报器共同监测。

●主冷却剂持续丧失将导致产生稳压器低压或超温信号，从而导致停堆。停堆

后，SGTR将导致主冷却剂和稳压器压力降低，这可以由化容控制系统提供的流量和稳压器加热器共同抵消。稳压器低压或低-2压力水平将触发安全保护信号（“S”信号），该信号进而启动堆芯补水箱和PRHR换热器。“S”

信号自动切断正常给水，并使主泵停止运转。同时稳压器加热器的电源也被切断。当蒸汽发生器处于低水位时，启堆给水系统将被启动，进而使水位达到计划水平。

●停堆的同时也使汽轮机停止运转，若厂外电力可用，蒸汽卸压阀将把蒸汽排

放进冷凝器。但若厂外电源失去或冷凝器失效，蒸汽卸压阀将关闭以保护冷凝器。蒸汽发生器压力将急剧上升，导致蒸汽通过电动卸压阀或安全阀排放

进入大气。

●采取停堆措施及补水箱和PRHR启动后，PRHR换热器启动，同时投入启堆

给水流量、加硼补水流量及化容控制系统流量。换热器将带走衰变热。这减小了蒸汽发生器的蒸汽产量和旁通排入冷凝器的蒸汽量。即使失去厂外电源，也能减少向大气排放的蒸汽量。

●化容控制系统的注水和堆芯补水能够使冷却剂压力和稳压器水位保持稳定，

冷却剂的注入速率和泄露速率相等，从而使冷却剂系统压力趋于一个平衡值。

1.3 蒸汽发生器传热管破裂故障的自动应对动作

AP1000采用了多套保护系统和非能动设计，即使是操作员没能采取应对措施，这也能够自动终止换热管处的泄漏及稳定冷却剂压力。SGTR后化容控制系统的注水（若压力控制系统允许还将有稳压器的加热器工作）能够使一二回路间的泄露保持稳定，随着泄露量的累积，出现故障的蒸汽发生器的二回路侧水位也将上升。最终，该水位将达到高和高-2水位整定值，此时的水位已经接近最高水位。

AP1000保护系统提供了几套自动安全措施，以实现冷却剂系统的冷却和减压，终止泄漏流量和向大气的释放，从而保证冷却剂系统处于安全状态。安全措施包括了PRHR换热器，停止化容控制系统水泵、稳压器的加热器和启堆给水泵。另外，保护和安全监测系统提供了安全信号以切断冗余的、与安全不相关的稳压器加热器开关。

PRHR换热器将堆芯余热传递到堆内储水箱(IRWST) ，同时启动堆芯冷却系统（同时伴随着压力的降低）。

关闭化容控制系统的水泵和稳压器的加热器，将削弱主回路系统的增压能力。这使得主回路与二回路的压力达到平衡，从而有效地切断一二回路间的泄漏。因为在关闭化容控制系统水泵后，补水箱将源源不断向堆芯注入含硼水，所以关闭化容控制系统水泵并不会带来不利安全影响。

关闭启堆给水能够保护启堆给水系统不受损伤，但这也间接地导致故障蒸汽发生器被水充满。

随着PRHR换热器不断带走衰变热，蒸汽发生器的蒸汽不再通过电动卸压阀排放，其水位则保持在第2水位。

1.4 蒸汽发生器传热管破裂故障的操作员应对动作

在SGTR故障中，操作员能诊断某种故障并采取应对措施，稳住局面，切断一回路向二回路的泄漏，在触发自动保护系统前按计划停堆。在应急操作程序里列出了SGTR事故中操作员采取的动作清单。动作清单如下：

●识别发生故障的蒸汽发生器——识别的依据：蒸汽发生器水位急剧上升，任

何一处主蒸汽管道、蒸汽发生器排放管道或蒸汽发生器取样样本监测到高放射性。

●隔离故障蒸汽发生器——一旦识别出故障蒸汽发生器，应对措施的首要任务

则是隔离其产生的蒸汽和切断给其的给水。

●投入还完好的蒸汽发生器或PRHR系统实现堆芯冷却——在隔离了故障蒸

汽发生器后，要尽可能快地进行主冷却剂系统的冷却，以避免达到蒸汽发生器对应压力下的饱和温度而出现剧烈沸腾。这在主冷却剂系统的压力降低到破损蒸汽发生器的压力时，对主冷却剂提供了足够的过冷度。

●对主冷却剂系统降压以保证冷却剂装量——完成冷却任务后，化容控制系统