解决沸水堆安全极限问题的“竞赛”

通用电气(GE)通知在2005年3月，美国核管理委员会(NRC)对沸水反应堆(BWRs)减压事件的计算机分析中，非保守地假设，在反应堆容器的高水位下，主涡轮和反应堆的自动跳闸将终止瞬态过程。通用电气最新的计算机研究显示，在另一个自动响应终止事故之前，沸水反应堆的四个安全限值中有一个可能被违反。

在过去的十多年里，在美国运行的34座沸水反应堆中，有28座的所有者申请并获得了核管理委员会的许可来解决这个问题。但目前还不清楚为什么核管理委员会允许这个已知的安全问题存在这么长时间，也不清楚为什么其他六座bwr反应堆还没有解决这个问题。UCS已经要求核管理委员会的监察长调查核管理委员会为什么以及如何容忍这个安全问题影响这么多反应堆这么长时间。

BWR瞬态分析

暂态减压问题是“压力调节器未能打开”(PRFO)事件。对于BWRs，压力调节器将主涡轮的旁通阀(图1中的BPV)和控制阀(CV)置于必要位置，以保持涡轮进口的恒定压力。

当反应堆关闭或低功率运行时，控制阀完全关闭，旁通阀根据需要部分打开，以维持规定的压力。当涡轮/发电机在线时，旁通阀关闭，控制阀部分打开，以保持指定的进口压力。当操作人员提高反应堆的功率水平，并向涡轮机输送更多的蒸汽时，压力调节器感知到这种变化，并将控制阀开得更宽，以接受更高的蒸汽流量，并保持恒定的进口压力。

如果监测涡轮进口压力的传感器向压力调节器提供了一个虚假的高值，或者压力调节器内部的电子电路卡出现故障，压力调节器可以发送信号，使旁通阀和控制阀完全打开。这被称为“压力调节器未能打开”(PRFO)事件。当开启的旁通阀和控制阀接受更多的蒸汽流时，反应堆容器内的压力迅速下降。类似于当瓶盖被打开时，摇过的苏打水瓶子里的液体会上升并流出瓶盖(但出于不同的物理原因)，沸水反应堆容器内的水位会随着压力的降低而上升。

水位通常在反应堆堆芯上方10英尺左右。当水位比正常水平高出2英尺时，传感器将自动使主涡轮机跳闸。当反应堆功率水平超过满功率的30%左右时，涡轮跳闸将触发反应堆自动关闭。控制棒将在几秒钟内完全插入反应堆堆芯，以停止核连锁反应并终止PRFO事件。

自动关闭反应堆的竞赛

反应堆减压，在PRFO事件中，超过30%的能量，实际上开始了两场比赛，自动关闭反应堆。一场比赛结束时，高的容器液位绊倒涡轮机，进而绊倒反应堆。第二场比赛是当反应堆容器中的低压触发主蒸汽隔离阀自动关闭时(图1中的MSIV)。一旦传感器检测到MSIV关闭，反应堆就会自动关闭。

BWRs实际上并不会上演PRFO事件来看看哪个参数赢得了反应堆关闭比赛。取而代之的是，对假定的PRFO事件进行计算机分析。通用电气最初使用的计算机代码使涡轮机在高水位跳闸赢得了比赛。通用电气的最新代码显示，在低反应堆容器压力下的MSIV关闭赢得了比赛。

新的比赛赢家和旧的比赛输家

计算机分析的目的不是为了在关闭反应堆竞赛中选出获胜者。执行分析以验证将满足法规要求。当PRFO事件关闭反应堆竞赛的获胜者被正确确定后，计算机分析显示，沸水反应堆的四个安全限值中有一个可能被违反。

图2显示了典型沸水堆的四个安全限值。安全限度包含在技术规格由核管理委员会作为反应堆操作许可证的附录发布。通用电气对PRFO事件的最新计算机分析显示，在反应堆功率水平下降到25%以下之前，反应堆压力可能会下降到每平方英寸785磅(psig)以下——因此违反了安全限制2.1.1.1。早期的计算机分析非保守地假设，高水位会触发反应堆关闭，将反应堆功率水平降低到25%以下，然后反应堆压力下降到785 psig以下。

安全限度2.1.1.1支持安全限度2.1.1.2。安全限值2.1.1.2要求当反应堆压力高于785 psig且反应堆堆芯的流量高于额定流量的10%时，必须满足最小临界功率比(MCPR)限值。MCPR极限保护燃料在瞬态过程中不因冷却不足而损坏，包括PRFO事件。MCPR限制可以防止单个燃料束的输出功率超过瞬态过程中可以带走的电量。

就像在选择关闭反应堆的竞赛获胜者一样，BWRs不会在损害开始之前慢慢增加燃料束功率，然后再降低一两个。计算机对瞬态的分析也可以模拟燃料性能。计算机分析的结果确定了MCPR限制，以防止瞬态过程中燃料损坏。

计算机分析从广泛但不是无限的操作条件范围内检查瞬态。安全极限2.1.1.1定义了一些暂态分析的边界。由于安全限值2.1.1.1不允许在反应堆容器压力小于785 psig时反应堆功率水平超过25%，因此在安全限值2.1.1.2中为建立MCPR限值而进行的计算机分析不包括对大功率/低压条件下的PRFO事件的分析。

因此，通用电气在2005年3月报告的问题并不是PRFO事件可能违反安全限制2.1.1.1并导致燃料损坏。相反，问题在于，如果违反了安全限值2.1.1.1，就不能再依赖安全限值2.1.1.2中为防止燃料损坏而建立的MCPR限值。燃料损坏可能发生，也可能不发生，作为PRFO事件的结果。也许，也许不是不谨慎的风险管理。

解决沸水反应堆安全极限问题的竞赛

技术规范允许长达两个小时的补救MCPR限制违规;否则，反应堆的功率水平必须在接下来的四小时内降低到25%以下。如此短的时间框架意味着解决沸水反应堆安全极限问题的竞赛将是一次冲刺，而不是马拉松。

核工业提交请求2006年7月18日，他向核管理委员会提交了一份报告，要求该机构仅仅修改沸水反应堆技术规范的基础，以允许暂时违反安全限制。美国核管理委员会拒绝此请求在2007年8月27日，因为它基本上是非法和不安全的:

标准技术规范第5.5.14(b)(1)节“技术规范(TS)基地控制程序”规定，被许可人可以在未经NRC事先批准的情况下对基地进行更改，前提是该更改不涉及许可证中包含的TS的更改。对TS基地的建议更改具有放宽TS安全限值的效果，因此，更改了TS安全限值。规定的TS安全限制的例外情况必须在TS中，而不是在TS基地。此外，TS基地所要求的更改可能会对维持技术规范中规定的堆芯安全极限产生不利影响，从而可能导致违反所述要求。因此，从监管的角度来看，对TS基地的拟议更改是不可接受的．(强调添加)

而且

工作人员担心，在一些减压事件中，发生在全功率或接近全功率时，可能有足够的束储存能量造成一些燃料损坏．如果反应堆停堆不是自动发生的，操作人员可能没有足够的时间来认识到这种情况，并采取适当的措施使反应堆恢复到安全状态。(强调添加)

2012年4月，核工业放弃了说服核管理委员会放弃沸水反应堆安全限制问题的努力，并建议业主向核管理委员会提交许可证修改申请，以真正解决问题。

忘掉乌龟和兔子吧——蜗牛“赢”了这场比赛

2012年12月31日，在通用电气报告该问题近十年后，两座沸水堆的所有者向NRC提交了一份许可证修改请求，寻求解决问题。NRC于2014年12月8日发布了该修正案。表1显示了在美国运行的34座沸水反应堆解决这个问题的“竞赛”。

表1:为解决沸水反应堆安全限值问题而修改的许可证
反应堆	License修改请求	许可证修正案	原反应堆压力	修正反应堆压力
Susquehanna单元1和2	12/31/2012	12/08/2014	785 psig	557 psig
蒙蒂塞洛	03/11/2013	11/25/2014	785 psig	686 psig
朝圣者	04/05/2013	03/12/2015	785 psig	685 psig
河流弯曲	05/28/2013	12/11/2014	785 psig	685 psig
菲茨帕特里克	10/08/2013	02/09/2015	785 psig	685 psig
舱门1号和2号	03/24/2014	10/20/2014	785 psig	685 psig
布朗斯渡口1号2号3号	12/11/2014	12/16/2015	785 psig	585 psig
杜安·阿诺德	08/06/2015	08/18/2016	785 psig	686 psig
克林顿	08/18/2015	05/11/2016	785 psig	700年psia
德累斯顿第二和第三单元	08/18/2015	05/11/2016	785 psig	685 psig
四方城市单元1和2	08/18/2015	05/11/2016	785 psig	685 psig
拉萨尔第一和第二单元	11/19/2015	08/23/2016	785 psig	700年psia
桃底单元2和3	12/15/2015	04/27/2016	785 psig	700年psia
利默里克1号和2号单元	01/15/2016	11/21/2016	785 psig	700年psia
哥伦比亚发电站	07/12/2016	06/27/2017	785 psig	686 psig
九哩角一号单元	08/01/2016	11/29/2016	785 psig	700年psia
奥伊斯特河核电站	08/01/2016	11/29/2016	785 psig	700年psia
佩里	11/01/2016	06/19/2017	785 psig	686 psig
九英里点2号单元	12/13/2016	10/31/2017	785 psig	700年psia
布伦瑞克1号和2号单元	没有发现	没有发现	785 psig	不修改
库珀	没有发现	没有发现	785 psig	不修改
费米单元2	没有发现	没有发现	785 psig	不修改
大海湾	没有发现	没有发现	785 psig	不修改
希望溪	没有发现	没有发现	785 psig	不修改

UCS的角度来看

BWR安全限值2.1.1.1和2.1.1.2提供了合理的保证，确保核燃料在设计基础瞬变过程中不会受损。2005年3月，通用电气通知NRC，计算机分析故障破坏了这一保证。

NRC发布的技术规范允许BWRs在违反MCPR限制时，在超过25%功率的情况下运行长达6小时。通用电气的报告没有透露任何一座沸水反应堆都违反了MCPR限制;但它指出，用于确定MCPR限值的计算机方法存在缺陷。

沸水反应堆只有四个安全限值。在了解到沸水反应堆的安全限制可能被违反，并确定燃料可能因此受损后，NRC监控了解决这一安全问题的缓慢步伐。全国有6座沸水反应堆还没有接受治疗。其中两个BWRs(不伦瑞克1号和2号机组)没有GE燃料，因此可能不容易受到这个问题的影响。但库珀，费米2号机组和希望溪都有通用燃料。目前还不清楚为什么它们的所有者还没有实施这个解决方案。

NRC目前正在研究如何实施转型变革，以便能够快速跟踪安全创新。我希望这些努力能让核管理委员会在不到10年的时间里解决安全问题;远远，远远不到十年。解决反应堆安全问题的竞赛必须变成冲刺，而不再是悠闲的漫步。美国人理应得到更好的待遇。

UCS问核管理委员会的监察长调查核管理委员会在解决沸水反应堆安全极限问题时是如何处理不当的。该机构可以，也必须做得更好，监察长可以帮助该机构改进。