福岛核电站全厂断电事故分析堆工中心

日 本 福 岛 核 电 站 严 重 事 故 分 析及 启 发中 国 广 东 核 电 集 团 中 科 华 核 电 技 术 研 究 院 反 应 堆 中 心2011.04 介 绍 内 容一 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 简 介二 福 岛 核 电 站 严 重 事 故 主 要 进 程三 福 岛 核 电 站 事 故 初 步 分 析四 经 验 反 馈 、 改 进 及 启 发 第 一 部 分 日 本 核 电 现 状 及 福 岛核 电 站 情 况 日 本 核 电 概 况 ：p 1966年 ， 日 本 第 一 座 核 电 站 开 始 商 运 。p 日 本 有 17个 核 电 站 、 共 55台 机 组 ， 核 电 占 发电 比 重 30%， 预 计 至 2017年 ， 将 占 到 40%。一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 附 图 1： 日 本 核 电 站 分 布 图 一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 福 岛 核 电 站 ： （ 目 前 世 界最 大 核 电 站 ） 由 福 岛 一站 和 福 岛 二站 组 成 ， 共10台 机 组（ 一 站 6台 ，二 站 4台 ） ，均 为 沸 水 堆 附 图 2： 福 岛 第 一 核 电 站 厂 区 布 置 图 q 地 震 前 运 行 核 电 站 各 机 组 情 况 ： 福 岛 核 电 一 厂 1、 2、 3号 机 正 常 运 行， 4、 5、 6号 机 正 在 大 修 或 停 堆 检 修 ， 福 岛 核 电 二 厂 四 台 机 组 正 常 运行 。电站 机 组 号 堆 型 安 全 壳 地 震 时 状 态 电 功 率 （ MW） 商 运 核 岛 供 应 商一厂 1 BWR-3 MARK I 运 行 中 460 1971 GE2 BWR-4 MARK I 运 行 中 784 1974 GE3 BWR-4 MARK I 运 行 中 784 1976 东 芝4 BWR-4 MARK I 停 堆 检 修 中 784 1978 日 立5 BWR-4 MARK I 停 堆 检 修 中 784 1978 东 芝 6 BWR-5 MARK II 停 堆 检 修 中 1100 1979 GE二厂 1 BWR-5 MARK II 运 行 中 1100 1982 东 芝2 BWR-5 MARK II 运 行 中 1100 19834 日 立3 BWR-5 MARK II（ 改 进 ） 运 行 中 1100 1985 东 芝4 BWR-5 运 行 中 1100 1987 日 立 一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 p福 岛 核 电 厂 采 用 单 层 循 环 沸 水 堆 技 术 （从 上 世 纪 50年 代 开 始 逐 步 发 展 起 来 的 轻水 堆 堆 型 ， 先 后 开 发 了 BWR-1至 BWR-6和第 三 代 先 进 沸 水 堆 （ ABWR） ） p 福 岛 MARK I为 双 层安 全 壳 ， 内 层 为 钢衬 安 全 壳 （ 梨 形 ）， 设 计 压 力 4bar左右 ， 容 积 较 小 （ 数千 立 方 米 ） ， 外 层非 预 应 力 混 凝 土 安全 壳 。p 钢 安 全 壳 由 干 井 和湿 井 构 成 ， 干 井 中间 是 压 力 容 器 。 湿井 为 环 形 结 构 ， 里面 装 了 4000吨 的 水， 起 过 滤 放 射 性 物质 和 抑 制 安 全 壳 内 压 力 作 用 。干 井反 应 堆 压 力 容 器湿 井 （ 抑 压 水 池 ） 一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 安 全 壳 p福 岛 一 站 的 MARKII安 全 壳 在 MARK I基础 上 进 行 了 简 化 设计 ， 内 层 钢 安 全 壳改 为 圆 锥 形 ， 干 井直 接 位 于 湿 井 上 方， 湿 井 改 为 圆 柱 形结 构 ， 两 者 之 间 通过 导 管 相 连 。湿 井 （ 抑 压 水 池 ）干 井一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 安 全 壳 福 岛 核 电 站 特 点 介 绍q Mark-I/II安 全壳 系 统 比 较Mark-I Mark-II一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 安 全 壳 安 全 壳 类 型 典 型 电 站 极 限 压 力 热 负 荷 极 限 条 件 下 的早 期 失 效Mark I Browns Ferry 9.10 bar 260 310 很 可 能 发 生Mark II Limerick 10.69 bar 287 310 不 太 可 能 发 生附 图 6： Mark-I/II安 全 壳 系 统 示 意 图 lBWR3 HPCI : 高 压 安 注 系 统CS : 堆 芯 喷 淋 系 统 D/G : 柴 油 发 电 机ADS : 自 动 卸 压 系 统IC : 隔 离 冷 却 系 统 (汽 轮 机 驱 动 ，排 热 能 力 稍 差 ) HPCI CS CSD/G D/GIC IC系 统堆 芯主 蒸 汽 管 线ADS系 统 CS PumpCS Pump 柴 油 发 电 机给 水 管 线 外 电 源HPCI Pump 一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 应 急 冷 却 系 统 lBWR4 LPCI Pump 堆 芯主 蒸 汽 管 线 ADS系 统 CS PumpCS Pump 柴 油 发 电 机 给 水 管 线 外 电 源HPCI PumpRCIC Pump HPCI CS CSLPCI LPCILPCI LPCID/G D/GRCICHPCI : 高 压 安 注 系 统 (汽 轮 机 驱 动 )CS : 堆 芯 喷 淋 系 统LPCI : 低 压 安 注 系 统D/G : 柴 油 发 电 机 ADS : 自 动 卸 压 系 统RCIC : 堆 芯 隔 离 冷 却 系 统 (汽 轮 机 驱 动 ，冷 却 能 力较 强 ) 一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 应 急 冷 却 系 统 l 福 岛 第 一 核 电 厂 的 沸 水 堆 在 设 计 时 并 未 考 虑 反 应 堆 堆 芯 的 风 险 及应 对 措 施 ， 在 三 里 岛 和 切 尔 诺 贝 利 事 故 后 ， 开 始 关 注 超 设 计 基 准事 故 和 严 重 事 故 。l 日 本 政 府 认 为 日 本 的 反 应 堆 安 全 设 计 可 以 保 证 安 全 ， 不 必 要 在 在法 规 上 进 一 步 的 对 严 重 事 故 再 加 以 要 求 ， 主 要 靠 业 主 自 主 开 展 提升 安 全 和 降 低 风 险 方 面 的 工 作 。l 原 子 力 安 全 保 安 院 ” （ NISA） 让 业 主 采 用 PSA手 段 进 行 风 险 研 究， 并 研 制 事 故 规 程 （ AM） ， 针 对 超 设 计 基 准 事 故 和 严 重 事 故 。2002年 各 个 业 主 在 PSA分 析 的 基 础 上 ， 为 日 本 全 部 的 核 电 厂 制 定事 故 规 程 （ AM） （ 非 严 重 事 故 管 理 导 则 ） 。一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 事 故 管 理 l 日 本 BWR核 电 厂 事 故 应 对 措 施l 反 应 堆 及 安 全 壳 补 水 措 施 -增 加 管 线 ， 以 便 消 防 水 、 海 水 等 外 部 水源 可 以 对 压 力 容 器 、 安 全 壳 等 进 行 注 入 。增 加 及 修 改 增 加 及 修 改增 加 及 修 改增 加 及 修 改一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 事 故 管 理 l 日 本 BWR核 电 厂 事 故 应 对 措 施l 安 全 壳 排 热 措 施 -能 承 受 高 压 的 管 线 作 为 通 风 管 道 ， 用 于 安 全 壳 通风 ， 防 止 安 全 壳 超 压 及 用 于 安 全 壳 排 热 。 增 加 部 分 一 、 日 本 核 电 现 状 及 福 岛 核 电 站 情 况 事 故 管 理 第 二 部 分 福 岛 核 电 站 事 故 主 要 进 程 二 、 福 岛 核 电 站 事 故 主 要 进 程 p 2011 年 3月 11日 14时 46分 （ 北 京 时 间 13时 46分 ） 发生 在 日 本 本 州 东 海 岸 附 近 海域 的 里 氏 9级 地 震 历 史最 大 。p 地 震 震 中 位 于 北 纬 38.1度 ， 东 经 142.6度 ， 震 源 深度 约 20公 里 ；p 地 震 引 发 约 14米 高 海 啸 超 过 电 站 防 波 堤 （ 约5.7米 ） 。 二 、 福 岛 核 电 站 事 故 主 要 进 程 q强 烈 地 震 是 福 岛 一 厂 严 重 事 故 起 因 ， 受 地 震 影 响 ， 机 组 自动 停 堆 ， 失 去 厂 外 电 后 应 急 柴 油 发 电 机 自 动 启 动 。q但 地 震 后 大 约 1小 时 ， 地 震 驱 动 的 海 啸 淹 没 了 厂 房 ， 致 使应 急 柴 油 发 电 机 、 泵 、 阀 门 和 其 它 设 备 不 可 用 ， 最 终 导 致超 设 计 基 准 全 厂 断 电 事 故 。二 、 福 岛 核 电 站 事 故 主 要 进 程 福 岛 事 故 进 程二 、 福 岛 核 电 站 事 故 主 要 进 程 福 岛 事 故 主 要 进 程 （ 均 为 日 本 时 间 ） 1号 卸 压 ， 放 射性 剂 量 上 升 ，公 众 撤 离 15日 和 16日两 次 起 火 q安 全 壳 内 事 故 进 程 （ 以 一 号 机 组 为 例 ） ：l 依 靠 非 能 动 的 隔 离 冷 却 系 统 （ IC） 在 初 始 阶 段 对 堆 芯 进 行 冷 却l 蒸 汽 通 过 安 全 阀 进 入 抑 压 水 池 ， 但 由 于 丧 失 最 终 热 阱 ， 抑 压 水 池内 的 水 不 断 升 温 导 致 沸 腾 ， 从 而 使 安 全 壳 内 压 力 不 断 升 高 ， 堆 芯裸 露 并 损 伤 ；l 在 钢 安 全 壳 压 力 过 高 情 况 下 （ 8.2bar， 2.1倍 设 计 压 力 ） ， 进 行 安全 壳 排 气 操 作 ， 之 后 不 久 发 生 氢 气 爆 炸 ， 导 致 二 次 安 全 壳 （ 反 应堆 厂 房 ） 受 损 ， 放 射 性 大 量 释 放 ；l 根 据 事 故 管 理 规 程 ， 采 用 外 部 水 源 （ 消 防 水 或 海 水 等 ） 对 堆 芯 进行 注 水 冷 却 ， 同 时 安 全 壳 排 气 带 走 热 量l 积 极 恢 复 外 部 电 源 、 恢 复 注 水 排 热 手 段 （ 进 行 中 ）二 、 福 岛 核 电 站 事 故 主 要 进 程 三 、 福 岛 核 电 站 事 故 主 要 进 程 q乏 燃 料 水 池 事 故 进 程 （ 以 四 号 机 组 为 例 ） ：l 由 于 长 时 间 丧 失 冷 却 ， 储 水 由 于 衰 变 热 蒸 发 或 地 震 可 能 产 生 的 裂缝 泄 露 ， 水 位 不 断 下 降 导 致 组 件 裸 露 。l 在 较 高 温 度 下 ， 包 壳 与 水 池 沸 腾 蒸 发 的 蒸 汽 发 生 锆 水 反 应 ， 产 生氢 气 。 锆 水 反 应 产 生 巨 大 的 热 能 使 燃 料 芯 块 熔 化 ， 并 释 放 大 量 的放 射 性 核 素 。 随 后 氢 气 爆 炸 损 坏 了 外 层 安 全 壳 ， 大 量 放 射 性 释 放到 环 境 。l 积 极 恢 复 外 部 电 源 、 恢 复 注 水 排 热 手 段 （ 进 行 中 ）二 、 福 岛 核 电 站 事 故 主 要 进 程 q现 状 （ 4月 6号 ）二 、 福 岛 核 电 站 事 故 主 要 进 程 p 按 照 国 际 原 子 能 机 构 对 核 时 间 的 分 级 （ 见 附 表 1） ， 日 本 原 子 力 安 全 保 安 院 将事 件 定 为 4级 核 事 故 ,后 调 整 为 5级 、 7级 。 附 表 1： 国 际 原 子 能 机 构 核 事 件 分 级 表 (INES)级 别 说 明 准 则 实 例7 特 大 事 故 大 量 核 污 染 泄 露 到 工 厂 以 外 ， 造 成 巨 大 健 康 和 环 境影 响 。 1986年 前 苏 联 切 尔 诺 贝 利核 事 故6 重 大 事 故 一 部 分 核 污 染 泄 漏 到 工 厂 外 ， 需 要 立 即 采 取 措 施 来挽 救 各 种 损 失 。 1957年 前 苏 联 基 斯 达 姆 核事 故5 具 有 厂 外 风 险 的事 故 有 限 的 核 污 染 泄 漏 到 工 厂 外 ， 需 要 采 取 一 定 措 施 来挽 救 损 失 。 1979年 美 国 三 里 岛 核 事 故4 没 有 明 显 厂 外 风险 的 事 故 非 常 有 限 但 明 显 高 于 正 常 标 准 的 核 物 质 被 散 发 到 工厂 外 ， 或 者 反 应 堆 严 重 受 损 或 者 工 厂 内 部 人 员 遭 受严 重 辐 射 。 1999年 日 本 东 海 村 核 事 故 3 重 大 事 件 很 小 的 内 部 事 件 ， 外 部 放 射 剂 量 在 允 许 的 范 围 之 内， 或 者 严 重 的 内 部 核 污 染 影 响 至 少 1个 工 作 人 员 。2 事 件 这 一 级 别 对 外 部 没 有 影 响 ， 但 是 内 部 可 能 有 核 物 质污 染 扩 散 ， 或 者 直 接 过 量 辐 射 了 员 工 或 者 操 作 严 重违 反 安 全 规 则 。1 异 常 这 一 级 别 对 外 部 没 有 任 何 影 响 ， 仅 为 内 部 操 作 违 反安 全 准 则 。0 偏 离 安 全 上 无 重 要 意 义 二 、 福 岛 核 电 站 事 故 主 要 进 程 第 三 部 分 福 岛 核 电 站 事 故 初 步 分 析 p 里 氏 9级 地 震 以 及 继 发 的 海 啸 是 世 界 灾 难 ， 超出 了 核 电 厂 原 设 计 的 基 准 ， 是 超 设 计 基 准 事 故的 叠 加 ；p 东 京 电 力 公 司 证 实 袭 击 福 岛 第 一 、 第 二 核 电 站的 海 啸 浪 高 超 过 14米 。 福 岛 第 一 核 电 站 海 啸 设防 高 度 为 5.7米 ， 福 岛 第 二 核 电 站 海 啸 设 防 高 度为 5.2米 。 海 啸 数 据 是 基 于 设 防 8级 地 震 的 。 但本 次 地 震 为 9级 。 福 岛 第 一 核 电 站 反 应 堆 厂 房 、汽 机 厂 房 仅 高 出 海 平 面 10-13米三 、 福 岛 核 电 站 事 故 初 步 分 析 p福 岛 第 一 核 电 站 是 六 十 年 代 设 计 建 造 的 首 批 商 业 电 站 ，其 设 计 和 安 全 标 准 反 应 了 当 时 的 认 识 和 水 平 。p福 岛 核 电 厂 机 组 运 行 已 超 过 其 设 计 寿 期 40年 ， 其 很 多系 统 部 件 可 能 存 在 老 化 现 象 。p电 源 问 题 ： 失 去 所 有 电 源 、 余 热 无 法 导 出 导 致 堆 芯 裸 露p此 外 ， 现 场 处 置 措 施 不 够 给 力 ？三 、 福 岛 核 电 站 事 故 初 步 分 析 q钢 安 全 壳 空 间 较 小 （ 数 千 立 方 米 ） ， 在 堆 芯 损 坏 严 重 事 故情 况 下 安 全 壳 内 升 压 进 程 会 较 快 ， 容 易 导 致 安 全 壳 超 压 失效 lNUREG-1150报 告 ， “ 严 重 事 故 风 险 ： 美 国 5座 核 电厂 的 评 估 ” ， 针 对 美 国 Peach Bottom核 电 厂 （ BWR3， MARKI） 指 出 ： 最 可 能 发 生 堆 芯 损 坏 的 原 因 就 是 ，全 厂 断 电 叠 加 堆 芯 注 水 失 效 。l美 国 橡 树 岭 国 家 实 验 室 针 对 BWR3、 4指 出 ： 在 丧 失 最终 热 阱 的 严 重 事 故 情 况 下 ， 高 温 蒸 汽 释 放 到 抑 压 水 池中 会 产 生 明 显 的 热 分 层 现 象 ， 抑 压 水 池 很 容 易 沸 腾 并导 致 安 全 壳 内 压 力 迅 速 上 升 ；三 、 福 岛 核 电 站 事 故 初 步 分 析 设 计 缺 陷 q从 目 前 掌 握 的 资 料 来 看 ， 福 岛 核 电 厂 未 安 装 针 对 严 重 事 故氢 气 风 险 的 相 关 系 统 ， 无 有 效 的 氢 气 浓 度 监 测 和 消 氢 措 施， 导 致 严 重 事 故 下 氢 气 风 险 难 以 控 制 。q从 目 前 查 阅 的 资 料 来 看 ， 福 岛 核 电 厂 通 过 硬 质 管 道 进 行 安全 壳 气 体 排 放 （ 事 故 后 无 法 开 启 ） ， 也 没 有 有 效 的 放 射 性过 滤 排 放 措 施 ， 从 而 无 法 做 到 放 射 性 尽 量 最 小 化 释 放 。q从 目 前 获 取 的 信 息 来 看 ， 福 岛 核 电 厂 事 故 发 生 过 程 中 采 用的 相 关 干 预 措 施 ， 在 干 预 内 容 、 干 预 时 机 、 干 预 风 险 等 方面 存 在 问 题 ， 配 套 事 故 规 程 不 完 善 ， 相 关 人 员 认 识 不 足 。q没 有 严 重 事 故 管 理 导 则 来 统 筹 组 织 、 处 置 事 故 后 果 。三 、 福 岛 核 电 站 事 故 初 步 分 析 设 计 缺 陷 第 四 部 分 经 验 反 馈 、 改 进 及 启 发 q福 岛 核 电 厂 的 地 震 及 其 引 发 的 海 啸 ， 已 经 远 超 过 核 电 厂 的设 计 基 准 ， 因 此 ， 无 论 对 于 二 代 核 电 站 还 是 三 代 核 电 站 ，遭 遇 这 种 超 设 计 基 准 自 然 灾 害 ， 其 后 果 和 损 害 都 是 很 大 。q应 该 看 到 ， 福 岛 核 电 厂 发 生 的 严 重 事 故 也 存 在 电 厂 超 期 服役 、 设 备 老 化 等 非 技 术 因 素 ， 不 应 一 味 的 将 该 事 故 的 发 生归 结 到 技 术 落 后 、 安 全 性 不 高 的 原 因 。q我 国 核 电 站 多 为 压 水 堆 ， 且 属 于 80年 度 后 期 技 术 ， 防 御 和抵 抗 类 似 事 故 的 能 力 要 强 ；q不 应 由 于 福 岛 事 故 的 发 生 ， 就 否 定 或 贬 低 二 代 加 核 电 厂 的安 全 ； 四 、 经 验 反 馈 、 改 进 及 启 发 稳 压 器 反 应 堆 汽 轮 机主 泵 蒸 汽 发 生 器 发 电 机给 水 泵 凝 汽 器 循 环 泵控 制 棒 四 、 经 验 反 馈 、 改 进 及 启 发 压 水 堆 的 优 势 q我 国 核 电 与 福 岛 核 电 站 相 比 ：福 岛 我 国地 震 地 震 带 地 质 结 构 稳 定海 啸 发 生 基 本 不 具 备 发 生 条 件技 术 标 准 60年 代 90年 代安 全 壳 承 压 能 力 较 弱 较 强安 全 壳 消 氢 无 能 动 +非 能 动全 厂 断 电 汽 动 泵 汽 动 泵 +非 能 动 系 统严 重 事 故 管 理 导 则 无 已 有 并 全 面 推 广四 、 经 验 反 馈 、 改 进 及 启 发 q中 广 核 旗 下 主 力 堆 型 CPR1000及 CPR1000+： 采 用 二 代改 进 型 压 水 堆 核 电 技 术 方 案 ， 充 分 借 鉴 三 代 核 电 厂 的 相 关设 计 理 念 ；q增 加 了 合 理 适 用 的 严 重 事 故 预 防 和 缓 解 措 施 ： 非 能 动 消 氢 系 统 ； 安 全 壳 过 滤 排 放 系 统 ； 堆 腔 注 水 系 统 ； SAMG等q提 高 了 核 电 厂 预 防 和 缓 解 严 重 事 故 的 能 力 。四 、 经 验 反 馈 、 改 进 及 启 发 q无 论 对 二 代 还 是 三 代 核 电 站 、 压 水 堆 还 是 沸 水 堆 ， 福 岛 核电 站 严 重 事 故 均 给 我 们 很 多 改 进 启 示 ：四 、 经 验 反 馈 、 改 进 及 启 发 1.厂 址 抗 震 能 力 厂 址 选 择2.厂 址 防 海 啸 、 洪 水 能 力 设 计 考 虑 和 现 行 改 进3.预 防 严 重 事 故 发 生 应 急 电 源 、 应 急 水 源 。 。 。4.严 重 事 故 缓 解 氢 气 复 合 器 、 过 滤 排 放 、 SAMG5.应 急 响 应 能 力 公 众 撤 离6.事 故 后 续 处 理 、 放 射 性 物 质 处 理 设 备 、 技 术。 。 。 。 。 。 谢 谢 !