3水錘事故
美國從1969年初到1981年5月共報告了67個壓水堆核電站的水錘事故,其中27個(占40)為蒸汽發生器的水錘事故。蒸汽發生器的水錘事故分別發生在13座壓水堆核電站中,水錘事故的強度和后果差別很大,從較小的噪音、給水管的振動,到給水管主支架的破壞,直到給水管的穿透裂紋。
3.1事故情況
發生事故的蒸汽發生器都是美國西屋公司和燃燒工程公司設計,帶有頂部給水環裝置,給水通過底部開孔的給水環,與再循環水混合后流向下降通道。
當給水系統發生故障時(如事故停泵、閥門失靈或因某些瞬變過程引起給水量快速減少),給水量迅速降低,蒸汽發生器中的水位下降,給水環暴露在蒸汽之中。一般,給水環暴露1~2min,底部帶有排水孔的給水環中的水有可能流盡,并被蒸汽充滿。在這一瞬變后,當給水流量(一般為過冷度大的輔助給水)恢復時,給水通過水平給水管流入給水環,并在充滿蒸汽的給水環下部流動,在蒸汽和過冷給水間的交界面上會出現蒸汽快速冷凝。另一方面,隨著輔助給水量的增加,水平給水管與給水環連接處被水封除,水平管內形成一個孤立的蒸汽泡。由于汽泡內蒸汽的冷凝,汽泡外的壓力可達到7MPa,孤立的汽泡迅速縮小而潰滅,產生壓力脈沖。壓力脈沖的大小及其在給水管中的傳播取決于很多因素,其中包括汽泡內蒸汽的冷凝速率、汽泡和水塊的初始容積、蒸汽壓力、給水管道的聲速和管道的幾何形狀及布置。當壓力波在給水管道中逆向傳播時,在管道中產生的沖擊力,能夠引起管道支撐、阻尼器及管道本身的破壞。
3.2防止和減輕水錘事故的措施
(1)在給水環頂部安裝J形管。在給水環頂部安裝J形管,并將其底部的小孔封死。這樣,當水位降到給水環以下時,可大大降低給水環中的排水速率,排干水的時間要花20min以上,顯著地推遲了給水環排空水的時間。
(2)給水提前進入蒸汽發生器。喪失主給水后,蒸汽發生器中的水位下降,當J形管的給水環暴露于蒸汽后,雖能顯著地減緩給水環中水的疏干,但不能阻止給水環失水。如果蒸汽大量進入給水環前,立刻啟動輔助給水(最好是自動啟動),有助于保持給水環中充滿水,防止水錘事故的發生。
(3)縮短蒸汽發生器給水入口水平給水管長度。蒸汽發生器的給水環和入口處的水平給水管,一般位于給水系統的最高位置,縮短給水入口處的水平管道長度,能減小排空的給水管道容積,從而使由冷凝引起的壓力脈沖減小。西屋公司建議水平給水管的最大長度為2.4m。