福岛萨里核电站的核安全红利

2018年3月26日|上午6:00
戴夫·洛赫鲍姆
前的贡献者

2011年3月11日,日本东北部海岸几英里外发生了一场大地震,引发的海啸淹没了整个日本福岛第一核电站核电站。地震切断了工厂与外部电网的连接。海啸使现场的应急柴油发电机瘫痪。应急系统断电后,1号、2号和3号机组的堆芯过热熔化。

2012年3月12日,美国核管理委员会(NRC)下令美国核电站的所有者开发和保护核能实施缓解战略减少其设施对极端地震和洪水的脆弱性。虽然各工厂的具体措施各不相同,但缓解策略通常涉及便携式泵、便携式发电机、电缆、软管和牵引设备(称为FLEX设备),以及在永久安装的设备失效时工人使用的相关程序。

虽然NRC的命令和该行业的FLEX设备旨在减少危险的脆弱性,超过核电站设计和许可时认为可信的脆弱性,但多米尼能源公司已经想出了如何使用新设备来减少萨里核电站的旧风险,从而从福岛投资中获得核安全分红。

萨里的内部洪水风险

萨里发电站位于弗吉尼亚州纽波特纽斯西北约17英里处。该核电站有两个由西屋电气设计的三环压水反应堆。每台机组可向场外电网提供838兆瓦的电力。1号机组于1972年12月开始商业运行,2号机组于1973年5月开始商业运行。

图一(来源:统治能源)

图1中间的白色矩形结构是涡轮建筑,左边是两个反应堆容器。涡轮机建筑包含用于发电的涡轮发电机。涡轮机建筑还设有紧急开关柜室,将电力从场外电网、现场应急柴油发电机和现场电池组输送到整个工厂的安全设备。

人们早就认识到,萨里反应堆堆芯损坏的一大风险是内部洪水导致水进入开关柜室,使其配电功能失效。图2显示,这种内部淹水风险占萨里反应堆堆芯损坏总风险的47%,或几乎等于所有其他风险的总和(CDF指的是堆芯损坏频率)。

图二(来源:统治能源)

如果来自内部洪水的水进入开关柜室并使安全设备的电力供应中断,萨里公司有涡轮驱动的辅助给水泵(TDAFW),它将继续为蒸汽发生器提供补充水,这样由关闭的反应堆堆芯产生的衰变热就会被去除。TDAFW泵的动力来自于蒸汽发生器中反应堆堆芯衰变热产生的蒸汽。

但在发生内部溢流事件时,TDAFW泵的自动控制系统可能会被剥夺,工人手动控制泵所需的仪器也可能会失效。如果TDAFW泵由于流量控制不足而使蒸汽发生器过载,泵的蒸汽流将会停止,这反过来又会阻止反应堆堆芯衰变热的去除。如果冷却不能及时恢复,就会发生熔毁。

水轮机建筑里到处都是输水管道。一些管道将水从照片右侧的进水口通过主涡轮下方的冷凝器输送到反应堆安全壳左侧的排放管。其他管道将冷却水输送到涡轮机建筑内的设备。其他的管道将水从冷凝器循环到位于反应堆容器内的蒸汽发生器。

内部水淹的危险包括其中一条管道破裂,水涌向涡轮机建筑物,直到关闭阀门以隔离破裂或关闭水泵以阻止水流。根据哪个管道破裂,以及水从破裂的两端停止倾泻所需的时间,涡轮机建筑将被淹没到一定的深度。图3显示了安装在涡轮大楼紧急开关柜门外的堤坝,以防止内部洪水。

图三(来源:统治能源)

多米尼恩能源公司在萨里建造了一座混凝土建筑,里面装满了FLEX设备,作为对NRC缓解战略命令的回应。图4显示了这个新建筑中的一些FLEX设备。

图四(来源:统治能源)

萨里的内部洪水风险降低

NRC的命令和Dominion Energy的FLEX设备旨在降低萨里核电站在地震和外部洪水方面的脆弱性,这些灾害比核电站设计和许可时预期的要严重得多。永久安装的设备可以减轻预期的内部和外部危险;FLEX为工人提供了应对更大危险的替代方法。

Dominion Energy开发了FLEX设备的能力,同时也降低了内部淹水的风险。在Surry安装了一个远程监控面板(RMP),以响应NRC在1980年实施的消防法规。如果火灾迫使工作人员离开主控制室,他们将转移到RMP,那里有冷却堆芯所需的开关和仪器。

Dominion Energy对RMP进行了修改,使FLEX设备能够为其控制和仪器提供电力。如果内部洪水事件使开关柜室的配电系统瘫痪,工作人员可以将FLEX设备连接到RMP,并增加成功冷却反应堆堆芯的机会,直到永久安装的系统能够接管这一角色。图5显示FLEX设备显著降低了内部溢流和站点停电风险。因为这是萨里堆芯损坏的两个最大风险,减少它们也会降低整体堆芯损坏的风险,而且降低幅度不止一点点,甚至是两个。

图五(来源:忧思科学家188金宝博联盟(Union of Concerned Scientists),数据来自Dominion Energy)

UCS的角度来看

多米尼恩能源公司实现了两级安全认证——为降低萨里核电站对外部危险的脆弱性而采购的设备也能够降低工厂内部危险的风险。

UCS赞赏这种核安全方法。FLEX设备没有取代现有设备;它补充了它。这样,员工就有了更多的选择,从而有更大的机会成功干预,防止坏结果的发生。

我们仍然担心——不是特别针对Surry或Dominion Energy,而是更普遍地担心FLEX将被用来证明增加的风险是合理的。举个假设的例子,假设某人的防洪堤被工人不小心用设备车撞坏了。因为FLEX安全网而不修复破损的防洪屏障是令人失望的。

同样地,取消对涡轮建筑内部管道的检查,以寻找依赖FLEX安全网的退化迹象,也会令人失望。检查可以在管道破裂前检测出损坏的管道并进行更换,从而减少了对可靠安全网络的需求。

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