核安全工程师报名、考试、查分时间免费短信提醒

2016年核电厂安全案例分析(11):三哩岛事故分析

作者：编辑部TXR 文章来源：国和网校发布时间：2013-01-04 浏览：

核电厂安全案例分析 → (一)背景知识 → 案例分析 → 三哩岛事故

　　案例分析——三哩岛事故

　　事故背景

　　核电机组：Babcock % Wi cox (B&W)公司;两环路4台冷却剂泵;961MWe97%功率运行;压力152bar：

　　高压安注系统：数台安注泵;自动启动压力(冷却剂系统压力)110bar;

　　关闭压力197bar;

　　安注箱(堆芯再淹没系统)：冷却剂系统压力下降到41bar自动启动;

　　低压安注系统：冷却剂系统压力下降28bar自动启动;

　　堆芯剩余释热：停堆时间 MW(t)

三哩岛冷却剂系统图

三哩岛核电厂2#机组反应堆图

　　三哩岛事故——第1阶段始发事件

　　1979年3月28日 04：00：37 am

　　二回路所有主给水泵停转;主汽轮机停转;

　　3—6秒冷却剂系统压力155bar;冷却剂系统泄压阀开启;

　　8秒冷却剂系统压力162bar;引发反应堆紧急停堆;

　　辅助给水泵启动;但是，泵和蒸气发生器之间的阀门处在关闭状态;

　　2分4秒反应堆冷却剂系统压力下降到110bar;高压安注系统启动;稳压器水位上升。

　　三哩岛事故——第2阶段小破口失水

　　13秒反应堆冷却剂系统压力下降到152bar减压阀自动关闭整定值;但是，泄压阀没有关闭;

　　6分稳压器气囊消失;反应堆冷却剂泄压箱压力迅速上升;

　　7分43秒污水泵启动把反应堆污水坑水排到辅助厂房废水箱;

　　8分蒸汽发生器干涸;操纵员发现辅助给水阀门关闭，开启阀门;

　　18分通风系统测得气体放射性急剧增加;反应堆冷却剂系统压力仅有83bar;

　　三哩岛事故——第3阶段小破口失水，连续泄压

　　20分—1小时反应堆冷却剂系统70bar，温度290 oC;核燃料尚未大量破损;

　　1小时14分冷却剂泵B震动，操纵员关闭冷却剂泵B;环路中存在气体空间冷却剂无法形成自然循环;

　　1小时40分冷却剂泵A震动，操纵员关闭冷却剂泵A;环路中存在气体空间冷却剂无法形成自然循环;

　　冷却剂高出堆芯顶部30厘米;堆芯升温瞬变开始;

　　三哩岛事故——第4阶段堆芯升温瞬变

　　1小时50分(110分)堆芯元件第一次裸露;

　　2小时18分(138分)操纵员发现卸压阀卡开，关闭卸压阀的截止阀;但是没有加大高压安注，事故继续;

　　2小时55分(175分) 宣布厂区应急;放射性监测报警;堆芯部分燃料烧毁;

　　3小时20分—7小时(200分-420分);冷却剂泵没有运行;堆芯1.5米裸露1小时燃料大量烧毁;

　　三哩岛事故——第5阶段持续泄压

　　7小时38分操纵员打开卸压阀的截止阀，关小高压安注;失去冷却剂引起第二次堆芯裸露;

　　8小时41分反应堆冷却剂系统达到41bar;安注箱注水;但是很小，操纵员认为堆芯被注满水;

　　9小时50分氢爆脉冲;安全壳喷淋6分钟;反应堆冷却剂系统减压至30bar;操纵员减压投入低压安注系统失败( 28bar);

　　11小时08分操纵员关闭卸压阀;有2小时安注箱停止注水;高压安注小流量;蒸汽发生器不能使冷却剂形成自然循环;堆芯长时间失去任何冷却手段;第三次堆芯裸露;

　　三哩岛事故——第6阶段增压和最终确立稳态冷却

　　13小时51分操纵员从新关闭卸压阀截止阀;加大高压安注流量;结束堆芯第三次裸露;

　　15小时51分成功启动环路 A的一台冷却剂泵;热管温度293 oC冷管温度 205oC;流体经过蒸汽发生器;反应堆冷却剂系统恢复移出衰变热的能力。

　　三哩岛事故后果：堆芯3次裸露;锆包壳总量的30%--40%被氧化;堆芯上部1/3严重损坏;

　　放射性惰性气体的30%--40%被释放;10%--15%的碘、锶、艳从燃料中释放;但是被安全壳包容，少量释放到环境;

　　半径80公里范围200万居民的集体剂量当量约

　　20人.Sv;最大个人计量1mSv;名工作人员收照射分别38、34、31mSv;

　　巨大经济后果：经济损失200亿美元以上，美国核电工业推迟20年。

　　物理背景：堆芯衰变热移出的反应堆安全功能失效，引发反应堆严重事故;

　　直接原因：稳压器卸压阀故障;操纵员判断、操作失误;

　　根本原因：反应堆设计;设备质量保证;人员培训;人机接口(人因工程);检修规程;

经验反馈：1977年9月美国Ohio州 Oak Harbor市 Davis-Besse 核电厂发生类似瞬态事件，但是，事故21分钟，操纵员正确判断稳压器卸压阀卡开，他们关闭了下游连接的截止阀从而结束事故。该核电机组也是由B&W公司设计的相同型号的核电机组。

　　改正措施：操纵员模拟机培训;按照人因工程设计主控室;反应堆改进执行三哩岛行动计划;建立全世界范围运行经验反馈体系。

　　三哩岛事故案例分析问题：

　　1 是那项反应堆安全功能失效导致三哩岛事故?

　　2 请描述导致三哩岛事故的初始事件?

　　3 三哩岛事故是INES分级那级核事故?

　　4 根据反应堆堆芯传热理论分析三哩岛事故的成因?

　　5 三哩岛事故中的设备和设计问题?

　　6 三哩岛事故中的操纵员操作失误?

　　7 三哩岛事故中运行和操作规程问题?

　　8 三哩岛事故中的业主管理问题?

　　9三哩岛事故给纵深防御准则带来的新思考?

　　10三哩岛事故中那些反应堆安全功能发挥了作用?

　　三哩岛事故问题和答案

　　1 是那项反应堆安全功能失效导致三哩岛事故?

　　放射性物质得到足够冷却 (堆芯衰变热移出)功能失效，导致部分堆芯熔融的严重事故。

　　2 请描述导致三哩岛事故的初始事件?

　　始发事件

　　1979年3月28日 04：00：37 am

　　二回路所有主给水泵停转;主汽轮机停转;

　　3—6秒冷却剂系统压力155bar;冷却剂系统泄压阀开启;

　　8秒冷却剂系统压力162bar;引发反应堆紧急停堆;

　　辅助给水泵启动;但是，泵和蒸气发生器之间的阀门处于关闭状态;

　　2分4秒反应堆冷却剂系统压力下降到110bar;高压安注系统启动;稳压器水位上升。

　　幻灯片75

　　案例分析

　　三哩岛事故问题和答案

　　3 三哩岛事故是INES分级那级核事故?

　　按照厂内影响准则的最高级，5级。

　　4 根据反应堆堆芯传热理论分析三哩岛事故的成因?

　　传热能力形成三个条件：热阱;传热方式(冷却手段);传热介质堆芯冷却剂(水)装量。

　　5 三哩岛事故中的设备和设计问题?

　　卸压阀门质量和设计;控制台显示：辅助给水阀门状态指示信号，堆芯冷却剂(水)装量指示信号，卸压阀门状态。

　　幻灯片76

　　案例分析

　　三哩岛事故问题和答案

　　6 三哩岛事故中的操纵员操作失误?

　　操纵员关闭冷却剂泵B;环路中存在气体空间冷却剂无法形成自然循环;操纵员关闭冷却剂泵A;环路中存在气体空间冷却剂无法形成自然循环(破坏传热方式);1小时50分(110分)堆芯元件第一次裸露;

　　2小时18分(138分)操纵员发现卸压阀卡开，虽然关闭卸压阀的截止阀;但是没有加大高压安注流量，事故继续;操纵员打开卸压阀的截止阀，关小高压安注(减少堆芯水装量);失去冷却剂引起第二次堆芯裸露;

　　使反应堆冷却剂系统继续减压;虽然反应堆冷却剂系统达到41bar(加大冷却剂系统蒸汽含量，环路中存在气体空间冷却剂无法形成自然循环，破坏传热方式);安注箱注水;但是很小，操纵员认为堆芯被注满水;11小时08分有2小时安注箱停止注水;高压安注小流量;蒸汽发生器不能使冷却剂形成自然循环;堆芯长时间失去任何冷却手段;第三次堆芯裸露;

　　7 三哩岛事故中运行和操作规程问题?

　　事故处理规程：因为震动关闭冷却剂泵错误;规程应该首先保证安全功能实现(特别堆芯衰变热移出：热阱、传热方式、水装量);维修后检查规程。

　　8 三哩岛事故中的业主管理问题?

　　运行经验反馈;操纵员培训;错误事故规程制定;维修后检查规程制定;设备质量保证。

　　9三哩岛事故给纵深防御准则带来的新思考?

　　纵深防御准则正确性经受了实践考验，缓解事故、包容放射性;但是，操纵员错误能够使纵深防御准则失效;核电工业提出“人因工程”;操纵员模拟机培训。

　　10三哩岛事故中那些反应堆安全功能发挥了作用?

　　反应堆安全功能三项中两项发挥了作用：反应性控制;放射性包容。

　　三哩岛事故经验反馈

　　修改美国联邦法规10CFR50.34(f) 要求新建核电站必须对三里岛事故以后，所总结的安全问题提出应对措施或处理意见，送交 NRC审查。

　　NRC制定导则《三里岛行动计划》NUREG-0660和NREG-0737附加要求：

　　(1)一回路功能保护 ;辅助给水系统评价、自动动力排放阀隔离系统、自动减压系统动作、氢控制系统评估等5项。