华盛顿库克核电站安全壳设计缺陷

2018年8月2日上午6点
戴夫·洛赫鲍姆
前的贡献者

监管在核电站安全中的作用#6

1997年9月,密歇根州库克核电站的两个反应堆都关闭了,直到核管理委员会(NRC)检查组发现的安全壳设计缺陷得以修复。1995年8月,一个完全不同的核反应堆出现了一个完全不同的安全问题,这个问题开始像多米诺骨牌一样倒下,直到两个核电站以及许多其他核电站的安全问题被发现并解决。

第一块石头扔到水面上

1995年8月21日,当时还是东北公用事业公司(NU)工程师的乔治·加拉蒂斯,以及由老斯蒂芬·b·科姆利在马萨诸塞州罗利创办的非营利组织“我们人民”,核管理委员会请愿道采取执法行动,因为在康涅狄格州沃特福德的米尔斯通核电站1号反应堆的换料中断过程中,辐照燃料的处理违反了监管要求。

康涅狄格州的涟漪

核管理委员会的调查得到了同时接受核管理委员会监察长办公室的调查该报告证实了上述指控,并揭示了NU在康涅狄格州运营的另外两个核反应堆Millstone 2号和3号以及Haddam Neck也可能存在类似问题。核管理委员会发布了第96-17号资讯通告1996年3月向核电站业主报告了他们在Millstone和Haddam Neck发现的问题。业主永久关闭了Millstone 1号机组和Haddam Neck反应堆,而不是支付所需的许多安全修复费用,但又重新启动了Millstone第二单元而且第三单元经过一年多的停电,他们的安全边际才得以恢复。

波及全国

美国核管理委员会向核电站所有者发送了信件1996年10月要求他们在宣誓的情况下,对已采取和计划采取的措施作出回应,以确保:(1)适用边界明确且可用,以及(2)反应堆在合法边界内运行。换句话说,向核管理委员会证明其他反应堆就像NU反应堆一样。

NRC通过组建三个NRC领导的工程师团队来支持他们的写信安全运动,这些工程师来自建筑工程师(AE)公司(例如,Bechtel, Stone & Webster, Burns & Roe),他们访问工厂并根据适用的监管要求评估安全系统。美国核管理委员会的弗兰克·吉莱斯皮负责AE小组的检查工作。核管理委员会发布了资料通告第98-22号于1998年6月公布当时进行的16次声发射检查的结果。核管理委员会发现并总结了许多安全问题,包括导致两个反应堆的问题华盛顿库克核电站将于一九九七年九月关闭。

密歇根州的里普林

派往密歇根州库克特区核电站的声发射检查小组由美国核管理委员会的约翰·汤普森领导,并得到来自斯通韦伯斯特工程公司的5名顾问的支持。

栏:UCS通常不会像我们这里提到的Gillespie和Thompson那样,通过名字来识别NRC人员。但两人都因工作表现出色而受到核管会高级管理人员的不公平批评。例如,Gillespie告诉我,经理对他大喊:“我们没有派团队去那里寻找安全问题!”NRC工作人员工作出色,值得表扬,而不是报复.感谢弗兰克和约翰的出色工作。高级经理会因为工作做得不太好而无名无名,无人感谢。

DC Cook有两个西屋四回路压水反应堆(PWRs)与冰冷凝器容器。1号机组于1975年8月投入商业运行,2号机组于1978年7月投入商业运行。美国核管理委员会小组发现了一个设计缺陷,该缺陷可能在特定的冷却剂损失事故(LOCA)条件下导致反应堆堆芯熔毁。

当连接到压水堆容器(图1中下方的红色胶囊)的管道破裂时,就会发生LOCA。压水堆容器内的水处于如此高的压力下,即使加热到超过500华氏度也不会沸腾。当管道破裂时,高压水从破裂的末端喷射到容器中。容器内较低的压力会导致水突然冒出蒸汽。

图1(来源:美国电力公司,1997年7月12日,向NRC作报告)

在像DC Cook这样的冰冷凝器容器中,排放到容器中的蒸汽迫使冰冷凝器拱顶底部的门打开。如图1左侧红色箭头所示,蒸汽向上流过装满冰的篮子。大部分(如果不是全部的话)蒸汽冷却后又变成了水。凝结的蒸汽和融化的冰下降到容器的下部。任何未凝结的蒸汽连同任何被蒸汽牵引的空气一起从冰冷凝器的顶部流出,进入容器的上部。

图1中没有显示的应急泵和大型储水罐最初替代因破裂管道而损失的冷却水。应急泵将水从储存罐输送到反应堆容器,部分水从破裂的管道中流入安全壳。

破裂管道的大小决定了冷却水流入容器的速度。直径小于2英寸的管道会导致所谓的小破裂LOCA。中等破裂LOCA发生在直径约为4英寸的管道中,而大破裂LOCA发生在更大的管道破裂时。

在储存罐清空之前,应急泵重新对齐,从安全壳内的活动污水池区域取水。凝结的蒸汽和融化的冰聚集在活动的水池里。应急泵将水从活动污水池中抽出,并将其供应给反应堆容器,在那里冷却反应堆堆芯。从破裂的管道末端溢出的水会回到活动污水池进行循环利用。

NRC的声发射检查小组发现了一个小破裂LOCAs安全壳设计中的问题。凝结的蒸汽和融化的冰流入管道环空(如图2所示,位于安全壳外壁和安全壳内吊车壁之间的区域)并进入反应堆腔体。管道环空的水位必须上升到离地面近21英尺的高度,水才能通过起重机壁上钻的孔流入活动污水池。反应堆腔内的水位必须上升到比底部更高的高度,水才能通过在底座壁上钻的孔流入活动池。

图二(资料来源:美国电力公司,1997年7月12日,提交给NRC的报告)

对于中断裂和大断裂事故,在储罐清空和应急泵从主槽抽水之前,大量蒸汽排放到安全壳中淹没了这两个容积,然后淹没了主槽。因此,对容器进行了无缝补给冷却水,以防止过热损坏。

但对于小破裂的LOCAs,储存罐可能会在足够的水充满活动水池之前清空。在这种情况下,补给冷却水的流动可能会中断,反应堆核心可能会过热并熔毁。

密歇根州平静的水域

业主通过在起重机和底座墙壁的下部钻孔解决了这个问题。这些孔可以让水在充足的时间内填满主动水池,供所有LOCA场景下的应急泵使用。一旦这个和其他安全问题被补救(和一个500000美元的罚款支付),反应堆DC Cook重启

UCS的角度来看

这个案例中的事件是1995年8月通知核管理委员会,米尔斯顿1号反应堆正在超出其安全边界的范围内运行,该通知引起的监管波动导致确认并纠正了DC库克的安全壳缺陷。对于这一系列事件,NRC的反应反映了恰当的监管。

NRC询问并回答了1995年8月的指控是否有效——结果证明是有效的。

一旦最初的指控得到证实,NRC询问并回答了这类问题是否也影响了同一所有者运营的其他反应堆——结果是确实如此。

一旦确定同一所有者运营的多个反应堆受到影响,NRC就会询问并回答类似的问题是否也会影响其他所有者运营的其他反应堆——结果是确实如此。

在寻求更广泛的条件范围问题的答案时,NRC AE检查小组发现了一个20年来一直未被发现的微妙设计缺陷。从核管理委员会最初的通知到库克特区的两个反应堆被关闭以修复设计缺陷,已经过去了两年多一点的时间。虽然不是一眨眼的功夫,也不是疯狂的步伐,但考虑到这些端点之间需要采取的步骤数量,这是一个相当合理的时间表。

如果NRC在收到关于Millstone 1号机组的指控后视而不见,没有考虑类似问题是否会危及其他反应堆的安全,这起事件将被归为监管不足。

如果NRC在收到关于Millstone 1号反应堆的指控后,立即得出结论,认为所有其他反应堆都可能存在类似或更严重的安全问题,并下令关闭所有反应堆,直到证明没有问题,那么这次事件将被归为监管过度。

通过及时地在适当的背景下对米尔斯顿1号机组的指控,核管理委员会展示了正确的监管。

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UCS的监管在核电厂安全中的作用一系列的博客文章旨在帮助读者理解,在核电站安全中,监管的作用太小,作用太不适当,作用刚刚好。