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詳析三里島核事故（下）

來源：嘿嘿能源heypower 發(fā)布日期：2021-07-14

40年前的1979年3月28日，由大都會愛迪生公司（Metropolitan Edison Company）運營的三里島核電站2號機組（TMI-2）發(fā)生了嚴重核事故。事故發(fā)生后，總統(tǒng)委員會進行了兩次主要調(diào)查，一次由卡特總統(tǒng)任命，第二次由核管理委員會（NRC）特別調(diào)查小組進行。兩次調(diào)查記錄了事故發(fā)生的詳細過程、設(shè)備可用性及故障，并分析了事故期間操作人員的行動、操作員培訓以及適用于事件的NRC程序。

5、核電站安全分析

1979年4月1日卡特夫婦在丹頓、賓州州長陪同下參觀主控室

核電站的安全分析有許多目的。它使電廠的設(shè)計者和操作員了解電廠如何應(yīng)對特定事件或事故，指出如果不采取緩解措施可能造成的損害，指導設(shè)計者設(shè)計所需的安全系統(tǒng)，并為培訓操作人員提供信息。

分析顯示了反應(yīng)堆操作員如何識別特定事件以及他們必須采取的行動，并為應(yīng)急程序的準備提供所需的信息。分析結(jié)果也表明是否符合適用法規(guī)。

所有的結(jié)果都可以在某種程度上證明，潛在的損害已得到緩解，并確保了電廠人員和公眾的安全。

TMI-2 LOCA分析由設(shè)計師進行。要求相當完備，但執(zhí)行的并不完全，它沒有設(shè)想到非常小的缺陷也可造成不一樣的后果。

作為TMI-2許可程序的一部分，設(shè)計師未進行LOCA分析，公用事業(yè)公司未向NRC提交任何接近PORV排放口（約2平方英寸）破裂尺寸的LOCA分析。未對穩(wěn)壓器頂部的任何尺寸破裂或因PORV卡在打開位置而導致的LOCA進行分析。

不幸的是，從TMI事故和事故后進行的分析中得知，卡在打開位置的PORV LOCA與針對TMI-2的小破裂LOCA分析有很大不同。

對較小破裂的分析表明，隨著破裂尺寸的減小，趨勢逆轉(zhuǎn)，后果變得嚴重。電廠的反應(yīng)不同，依賴于安全系統(tǒng)和儀表的變化，需要不同的操作員操作。

PORV失效的后果更為不同。當穩(wěn)壓器中的水位上升時，RCS壓力會下降。當穩(wěn)壓器水位較高時，堆芯中會形成空洞，并在RCS的較高位置積聚。

此外，當穩(wěn)壓器水位仍然很高時，水位可能下降到堆芯頂部以下，導致堆芯損壞。顯然，穩(wěn)壓器水位指示不是處理這起事故的有用工具。

B&W工廠的特殊設(shè)計進一步加劇了這種影響。穩(wěn)壓器喘振管線設(shè)計有回路密封，以防止蒸汽進入穩(wěn)壓器。消除流向穩(wěn)壓器的蒸汽流可防止穩(wěn)壓器中的水位下降，從而保持較高的水位，同時RCS中會積聚空隙。由于缺乏分析，PORV失效的后果不得而知。

事實證明，如果不采取適當?shù)木徑獯胧?，實際后果比人們預(yù)期的要嚴重得多。假設(shè)結(jié)果隨著破裂尺寸的減小而變好是不正確的。事故的實際后果同樣令設(shè)計者、核電站的所有者/經(jīng)營者以及監(jiān)管機構(gòu)感到驚訝。核電站對PORV故障的反應(yīng)完全出乎意料。

6、事故管理

1979年3月28日一大早，TMI-2的四名年輕操作員意識到發(fā)生了什么事，但他們不知道具體情況。

汽輪機關(guān)閉，反應(yīng)堆緊急停堆，一連串的警報響起并閃爍。穩(wěn)壓器水位上升時，RCS壓力下降。操作人員以前從未遇到過這種情況。這在他們的訓練中也沒有涉及。他們不知道該怎么辦。

操作人員面臨的事件是一個卡在打開位置的PORV和一個非常小的LOCA。他們不知道這種情況，跟不知道如何應(yīng)對。

控制室中沒有直接指示PORV的位置，他們看不到PORV是開著的。由于不知道發(fā)生了什么，也不熟悉事件，操作人員只能臨場發(fā)揮，試圖將RCS的水位維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

他們依賴于穩(wěn)壓器水位讀數(shù)，就像被訓練的那樣。不幸的是，他們采取了一些不適當?shù)男袆?，其中包括關(guān)閉高壓緊急堆芯冷卻系統(tǒng)，打開下泄管線，忽視反應(yīng)堆堆芯過熱的跡象，以及向輔助廠房泵送放射性水。

事發(fā)當時的主控室

所有這些動作，都發(fā)生在他們得知事故發(fā)生兩小時20分鐘后，即PORV卡在打開位置之前。然后他們采取了糾正措施，關(guān)閉了截止閥。

顯而易見的問題是，“為什么操作人員臨場發(fā)揮，為什么他們對這一事件不熟悉？”他們的培訓涵蓋緩解假設(shè)事故，包括LOCA。

只有一組事故沒有進行培訓——非常小的LOCA事件，包括PORV故障。

由于設(shè)計師沒有分析該事件，因此未將其納入操作員培訓。由于不知道電廠對PORV故障的反應(yīng)，設(shè)計人員和培訓人員指示操作員始終依靠穩(wěn)壓器水位指示來測量RCS中的水位。操作人員在那天上午還接受了此項培訓。

盡管完全缺乏針對卡在打開位置的PORV事件的培訓，但操作員是否意識到發(fā)生了什么并采取了適當?shù)拇胧?？答案是肯定的?/span>

監(jiān)測到PORV排水管的溫度并顯示高讀數(shù)，發(fā)出警報信號，表明安全殼廠房地坑中的水位偏高，在反應(yīng)堆堆芯中觀察到高中子水平指示，安全殼廠房中的溫度和壓力升高，反應(yīng)堆冷卻劑泵振動。

這些觀察結(jié)果，都可以推斷出是典型的LOCA，都可能引起人們注意到卡在打開位置的PORV。

補救措施應(yīng)該很明顯：關(guān)閉截止閥。

一旦截至閥關(guān)閉，LOCA終止。下一步是通過RCS中水的自然循環(huán)來冷卻堆芯。

然而，這是不可能的，因為RCS中積累了大量的空隙。操作人員不得不再次臨時準備減少RCS中的空隙和氣泡，然后建立中性循環(huán)。

他們花了幾天的時間才完成這項工作。

核電站的設(shè)計者和運營商都不知道核電站將如何應(yīng)對卡在開啟位置的PORV。

他們所不知道的，不能轉(zhuǎn)達給操作人員。操作人員的培訓具有誤導性，應(yīng)急程序?qū)λ麄兯媾R的事件不正確。行業(yè)經(jīng)驗和監(jiān)督B&W對PORV和PORV截止閥的兩個安全相關(guān)分類遺漏，以及缺少PORV故障分析——并非B&W獨有。

其他美國PWR設(shè)計公司，西屋公司（Westinghouse）和燃燒工程公司（Combustion Engineering），也出現(xiàn)過同樣的遺漏。

三個獨立的工程師怎么會犯同樣的錯誤？

核電站的許可證發(fā)放是一個主要考慮因素。SAR是許可審核的核心。電廠運維先例為編寫報告提供了指導。報告中包括了以前申請中提出的分析，沒有要求的分析就忽略了。許多設(shè)施收到了一樣有誤的SAR。這些疏忽遺漏在反應(yīng)堆操作員培訓中造成了直接主要的影響。

操作員接受了電廠模擬機培訓，模擬機中編程設(shè)定了假設(shè)事故。一次事故，PORV故障，無（相關(guān)培訓）。

沒有人注意到或采取糾正措施。在B&W核電站的PORV發(fā)生7次故障后，操作員培訓計劃和模擬器中仍然沒有出現(xiàn)這起事故。

就PWR評估而言，NRC（核管理委員）會在審查三位獨立設(shè)計師的SAR方面具有明顯的優(yōu)勢。三種設(shè)計之間的比較經(jīng)常有助于審查。

然而，NRC沒有意識到自己對核電站設(shè)計和分析的影響。核電站是一個復雜的系統(tǒng)。監(jiān)管審查和評估不能涉及設(shè)計的所有方面，必須確定優(yōu)先事項。

有一種傾向，即對申請人的要求不超過對前幾位申請人的要求。不鼓勵花時間審查過去沒有審查過的設(shè)計領(lǐng)域。因此，監(jiān)管機構(gòu)和設(shè)計人員一次又一次地討論設(shè)計和安全分析的相同領(lǐng)域，而忽略了其他領(lǐng)域。

7、結(jié)論

未能將PORV和截止閥的安全功能納入電廠設(shè)計，為TMI事故創(chuàng)造了條件。

由于控制室中沒有打開PORV的正向指示，也沒有截止閥的正向位置指示，操作員只能猜測發(fā)生了什么以及需要做什么。

由于沒有在電廠安全分析中解決PORV故障，設(shè)計人員以及培訓員和操作人員對電廠對此類事故并不熟悉。他們不知道可能會面臨這種問題，因此，培訓和指導不夠。

當一個接一個地審查或評估類似的工廠設(shè)計時，有一種傾向，在每種情況下解決相同的問題。電廠是非常復雜的，并不是所有的東西都可以作為一個評估的一部分。

正確的做法是在后續(xù)的審查中轉(zhuǎn)移重點，解決以前沒有涉及的問題。

當B&W設(shè)計第一批核電站時，為控制核電站安全系統(tǒng)的設(shè)計和運行，制定操作員培訓計劃和應(yīng)急程序，已經(jīng)正在制定與LOCA相關(guān)的適當NRC法規(guī)，在TMI-2獲得許可證時就已就位。問題是有些規(guī)定沒有得到遵守。

對PORV和截止閥的安全功能認識不足，以及未能分析PORV卡在開啟位置的事件是TMI-2事故的根本原因。

糾正第一個疏漏本來可以防止事故的發(fā)生。糾正第二個疏漏本可以迅速有效地減輕事故。

8、經(jīng)驗教訓

直升機進行環(huán)境輻射巡測

了解TMI事故的根本原因?qū)穗娬驹O(shè)計人員，特別是小型模塊堆等新型核電站的設(shè)計人員具有重要的指導意義。

識別與安全相關(guān)部件和特定設(shè)計事故，比表面上看起來更為復雜和困難。設(shè)計師有責任識別所有安全相關(guān)系統(tǒng)和部件，并分析所有事故類型。

電廠的許多系統(tǒng)和部件既有運行功能又有安全功能。在每個系統(tǒng)的設(shè)計中，都必須提出一個問題，即一個系統(tǒng)或部件是否具有安全功能。如果適用，它必須設(shè)計出操作功能和安全功能。

事故期間的電廠響應(yīng)可能是異常的，在正常運行期間從未見過。電廠的安全分析必須完整，必須描述所有潛在的電廠響應(yīng)。

設(shè)計師不能依靠公用事業(yè)公司的審查和監(jiān)管評估來糾正缺陷。設(shè)計首先要做好，質(zhì)量保證過程要保證設(shè)計的完善。

（完）

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