浅析秦山第二核电厂事故情况下安全壳消氢

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1、浅析秦山第二核电厂事故情况下安全壳消氢　　【摘要】在轻水堆核电厂严重事故进程中，锆合金包壳与水或水蒸汽产生大量的氢气，并通过反应堆冷却剂系统压力边界或压力容器破口释放到安全壳中。当氢气的浓度超过可燃浓度限值4%时，则可能发生燃烧，甚至爆炸。这将会引起安全壳超压和温度升高，从而对安全壳的完整性构成威胁，放射性裂变产物因此可能释放到环境中，造成严重后果。为了减小事故状态下氢气的威胁，目前国际上通常采用氢气复合器或氢气点火器等装置来降低氢气浓度。本文通过分析秦山二厂在事故状态下的氢气浓度变化，指出其在该

2、领域的现状以及存在问题，并提出一些可行性建议，对核电厂的技术改造具有一定的借鉴意义。　　【关键词】安全壳；氢气来源；消氢装置；氢气复合器　　0引言　　从福岛核电厂爆炸可以看出核电厂严重事故下，氢气在安全壳内可能发生快速的燃烧或者爆炸，产生较大的温度和压力载荷，破坏安全壳的完整性。为监测和消除安全壳内的爆炸风险，有必要采用一套安全壳内的氢气控制系统。该系统在安全壳内堆芯分解或熔化的情形下，能够采取措施限制安全壳内的氢气浓度，从而避免安全壳整体发生危险。7　　能够导致严重事故的始发事件非常多，表1列出

3、了以秦山二厂为分析对象，在一回路冷段大破口失水（LB-LOCA）、小破口失水（SB-LOCA）和全厂断电（SBO）严重事故序列中与氢气风险有关的一些重要参数的计算结果。　　注：T表示达到100%锆-水反应产氢量（695kg）的计算时刻，LB-LOCA、SB-LOCA、SBO分别为321min、730min和710min.　　可以看出，由于LB-LOCA事故的堆芯熔化进程很快，其锆水反应和氢气产生的速率也最快，在约312min时，释放到安全壳内的氢气质量相当于反应堆材料100%锆-水反应产生的氢气总

4、质量。相对于LB-LOCA事故，SB-LOCA和SBO的堆芯熔化进程较慢，产生相当于100%锆-水反应产氢的时间是730min和710min。但是，在LB-LOCA事故下，不足30%的锆金属在压力容器内被氧化，产生201.3kg氢气，大部分氢气是在压力容器失效之后熔融堆芯与混凝土材料反应的过程中产生的。SB-LOCA和SBO事故的压力容器内阶段分别有60.37%和50.34%锆金属被氧化，从而产生418.6kg和349.0kg氢气。在达到100%锆-水反应产氢量（695kg）的计算时间点（T时刻）

5、，主要安全壳隔间的氢气浓度也如表1所示。LB-LOCA事故导致的隔间内氢气浓度最高，破口区氢气浓度为9.6%，堆腔氢气浓度达到11.1%，穹顶氢气浓度为9.3%，其安全壳空间的平均氢气浓度接近10%。而T时刻SB-LOCA和SBO事故导致的隔间氢气浓度大致相当，数值在7%～8%的范围内。参考美国联邦法规10CFR的氢气控制和风险分析标准：在事故期间及以后，相当于100%燃料包壳金属-水反应产生的氢气均匀分布时的浓度小于10%，LB-LOCA严重事故导致的氢气风险最高，不排除存在整体性氢气燃烧甚至爆

6、炸的可能。　　1秦山二厂在严重事故下消氢技术的现状　　1.1消氢系统布置7　　秦山二厂1、2号机组安全分析是以设计基准事故为基础的。所设置的安全壳内大气监测系统（ETY）用于设计基准事故工况下安全壳内氢气的消除，并没有考虑在超设计基准事故工况下安全壳内氢气的消除问题。　　系统由两根平行的管线组成，一根运行，一根备用，该管道从安全壳穹顶抽风，在一根管道上装有两个密封的蝶阀，位于安全壳外侧。100%容量的电动风机使空气从安全壳顶部到下部的循环，在每台风机的每一侧有一个接管嘴，使用一部可移动的取样装置，

7、使之可能通过在两个管嘴之间循环的空气小流量取得空气样品，用一根返回管线引导空气返回到安全壳的下部，这样进行安全壳大气的混合和取样。混合、取样、监测、复合部分主要用于控制安全壳内氢气浓度。为了连续监测安全壳大气中氢浓度，配备两台氢分析仪001MG、002MG，分别与风机001ZV、002ZV进出端连接，同时氢浓度在主控室显示。　　秦山二厂采用的是典型的抽出式测量法，且系统手册中明确要求在LOCA以后约1天，当安全壳绝对压力降到0.15MPa以下和温度80℃以下且安全壳内空气己被混合后，才能进行取样。

8、测量结果存在滞后，严重事故工况下高水蒸气含量对测量结果有很大影响。另外测量结果仅能反映壳内混合气体的平均浓度，对于局部氢气浓度的变化无法判断。　　当温度和压力条件许可且氢浓度在达到临界起爆值4.1%之前，就要根据取样数据，启动氢复合器，氢浓度在1%和3%范围内时开始复合。在氢气复合器中，空气被加热到320℃，然后进入催化床，在钯催化剂的作用下，空气与氢气发生反应生成水蒸汽（2H2+O2→2H2O）。两台轻便式氢气复合器（ETY001RV、002RV）平时存放在燃料厂房的K230和K