Study on Function Extension of Pressurizer Fast Depressurization System for Gen Ⅲ PWR NPPs
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摘要: 我国某三代压水堆核电厂设置了稳压器快速卸压系统用于严重事故下一回路快速卸压，本文以该核电厂为研究对象，基于概率安全分析（PSA）应用于核电厂设计改进中的一般方法和流程，围绕将稳压器快速卸压系统功能扩展到一回路充排卸压操作，作为稳压器安全阀卸压备用手段这一改进方案，开展PSA建模分析和可行性评价及论证。结果表明，这一改进方案可以大幅度降低核电厂的堆芯损伤频率，且未新增负面效应，是可行的，可予以实施。建议核电厂充分挖掘现有系统设备潜能，进一步提高核电厂的安全性和经济性。Abstract: A nuclear power plant of Gen Ⅲ pressurized water reactor (PWR) in China has installed the pressurizer fast depressurization system for fast depressurization of the primary loop under severe accidents. With respect to this NPP, according to the general method and process of applying the probabilistic safety assessment (PSA) to the NPP design improvement, this study, focusing on the improvement plan of extending the pressurizer fast depressurization system function to the primary feed & bleed for depressurization to enable the use of this system as a standby pressure relief measure for the pressurizer safety valve, performs the PSA modeling and the feasibility evaluation and demonstration. Finally, this study shows that the improvement plan can reduce the core damage frequency of a NPP greatly, without any new negative effect, so the plan is feasible and can be implemented. Consequently, the NPPs should fully tap the potential of existing system equipment to further improve the safety and economical efficiency of NPPs.
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Key words:
- Gen Ⅲ PWR /
- Nuclear power plant /
- Fast depressurization system /
- PSA /
- Function extension
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图 1 稳压器快速卸压系统示意图
Figure 1. Schematic Diagram of Pressurizer Fast Depressurization System
图 2 PSA应用于核电厂设计改进中的方法和流程
Figure 2. Method and Process of Applying PSA to NPP Design Improvement
图 3 稳压器快速卸压系统开启失败故障树
Figure 3. Fault Tree of Startup Failure of Pressurizer Fast Depressurization System
表 1 稳压器快速卸压闸阀与安全阀主要参数
Table 1. Main Parameters of Gate and Safety Valves for Pressurizer Fast Depressurization
类别 快速卸压阀 稳压器安全阀 数量 2组 3组 设计压力/MPa（绝对压力） 17.23 17.23 设计温度/℃ 360 360 介质 饱和蒸汽 饱和蒸汽 每组阀门排放量/(t·h−1) 525 175 打开方式 手动 自动/手动 安全等级 1级 1级 排放路径 卸压箱 卸压箱 
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表 2 稳压器快速卸压系统故障模式和影响模式分析
Table 2. Failure Mode and Effect Analysis of Pressurizer Fast Depressurization System
设备名称 功能 正常运
行状态失效
模式失效
影响对共因的
考虑闸阀1、截止阀1、
闸阀2、截止阀2为反应堆冷却剂
系统卸压关闭 拒开 1列失败 2阶共因
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表 3 稳压器快速卸压系统设备可靠性数据
Table 3. Equipment Reliability Data of Pressurizer Fast Depressurization System
设备名称失效模式 失效概率/次 分布类型及参数 电动闸阀拒开 1.07×10−3 Beta: 1.28 电动闸阀共因拒开 1.77×10−2 Beta: 1.64 截止阀拒开 1.07×10−3 Beta: 1.28 截止阀共因拒开 1.77×10−2 Beta: 1.64
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表 4 未能开启1列快速卸压阀人因失误事件SPAR-H分析过程
Table 4. SPAR-H Analysis Process of Human Error Event of Failure to Open One Train of Fast Depressurization Valve
PSF因子 PSF水平 判断标准 诊断部分PSF值 操作部分PSF值 可用时间 名义时间 可用时间约等于名义时间 1 1 压力 极大 紧张性刺激因素突然出现且此种压力场景持续很长一段时间，这种压力水平也与感受威胁的程度有关 5 5 复杂程度 一般 执行无难度，诊断或操作行为相对清晰 1 1 经验/培训 一般 大于6个月的经验或培训，操纵员熟悉日常运行知识，能够应对异常工况 1 1 规程 一般 规程可用，能够提高人员行为绩效 1 1 工效学/人机界面 一般 电厂设计基本满足任务需求 1 1 职责适宜度 一般 个人能够完成任务，无任何降低人员绩效的因素 1 1 工序 正常 绩效受电厂工序的影响较小 1 1
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表 5 分析结果对比
Table 5. Comparison of Analysis Results
工况 不考虑快速卸压系统
CDF均值/(堆·a)−1考虑快速卸压系统
CDF均值/(堆·a)−1下降幅度/% 功率运行 1.22×10−7 7.53×10−8 38.28 低功率运行 2.46×10−9 1.75×10−9 28.86 停堆 1.01×10−7 9.96×10−8 1.39 总计 2.25×10−7 1.77×10−7 21.33
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