影響斷然處置措施成效之若干關鍵因素 廖俐毅 核安管制技術支援中心核能研究所2013-01-23

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行政院原子能委員會核能研究所核管技支中心研究員/主任廖俐毅在2013年1月23日的簡報

連核安專家都擔心的「斷然處置」http://mhperng.blogspot.tw/2013/04/blog-post_17.html

連核安專家都擔心的「斷然處置」

由彭明輝「院士感到意外,學界只好昏倒」看核電時事 想官員及擁核學者專長http://www.peopo.org/news/111661

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影響斷然處置措施成效之若干關鍵因素 廖俐毅 核安管制技術支援中心核能研究所2013-01-23

  1. 1. 影響斷然處置措施成效之若干關鍵因素廖俐毅核安管制技術支援中心核能研究所中華民國 102 年 1 月 23 日
  2. 2. 簡報大綱一、日本福島事故之經驗回饋二、斷然處置兩階段降壓策略之必要性三、影響爐心壓力之若干關鍵因素四、影響圍阻體降壓之若干關鍵因素五、斷然處置之通報與決策六、結論
  3. 3. 簡報大綱一、日本福島事故之經驗回饋二、斷然處置兩階段降壓策略之必要性三、影響爐心壓力之若干關鍵因素四、影響圍阻體降壓之若干關鍵因素五、斷然處置之通報與決策六、結論
  4. 4. 4一、日本福島事故之經驗回饋斷然處置是否萬無一失?斷然處置 : 果決斷然執行反應爐灌水程序,避免爐心熔毀。觀念簡單,步驟明確:– 緊急替代灌水途徑及灌水動力之建置• 水源與動力確保、管路鋪設、閥位列置– 爐心降壓– 果決斷然執行反應爐灌水但是,是否真的萬無一失?福島核能電廠為何沒有執行反應爐緊急替代灌水?– 有無緊急替代灌水途徑及灌水動力?– 為何沒有及早執行爐心降壓?– 為何沒有及早執行反應爐灌水?
  5. 5. 福島核能電廠有緊急替代灌水途徑及灌水動力福島核能電廠有緊急替代灌水途徑(淡水與海水)– lines via fire extinguishing systems and condensate watermakeup systems from the filtrate tanks as the water sources– lines via condensate water makeup systems from the condensatestorage tanks as the water sources– TEPCO has built a switching facility in Unit 3 for injectingseawater into the reactor via the residual heat removal sea watersystem.– Units 1 and 2 are not provided with such the facility because noseawater lines lead into the reactor buildings of Units 1 and 2.有灌水動力( 3 motor driven pump 與 1 diesel drivenpump )有灌水程序書– procedures for coolant injection using these lines during accidents(severe accidents)灌水途徑與動力可能在事故中受損5
  6. 6. 6福島核能電廠為何沒有及早執行爐心降壓灌水?一號機與二號機灌水設備受損三號機 ?呢– Due to the total loss of AC power supply, however, difficulties arose inassuring the air pressure for driving the SRV necessary fordepressurization and maintaining the excitation of the electromagneticvalves in the air supply line, resulting in time-consumingdepressurization operations.– in this accident, as an ad hoc applicable operation, water injection intothe reactor using a chemical fire engine that was present at the site wasattempted.– Nevertheless, since the reactor pressure was higher than the pumpdischarge pressure of the chemical fire engine, injection of freshwaterinto the reactor was not available in a few cases.– 非不為也,實不能也!– 全黑時如何維持 SRV 之空氣壓力,為關鍵重點,建議以實證方式加以確認
  7. 7. 7
  8. 8. 簡報大綱一、日本福島事故之經驗回饋二、斷然處置兩階段降壓策略之必要性三、影響爐心壓力之若干關鍵因素四、影響圍阻體降壓之若干關鍵因素五、斷然處置之通報與決策六、結論
  9. 9. 斷然處置兩階段降壓策略之必要性兩階段降壓策略:– 當 RCIC 還能用時,進行控制降壓– 預期 RCIC 即將不能使用時,進行緊急降壓與灌水緊急替代灌水為低壓系統,流量通常不大,在此狀況下還必須考慮以下因素進行緊急降壓與灌水前的反應器狀態 :– 反應器高水位與低壓力 ( 相對安全 )– 反應器高水位與高壓力 ( 相對不安全 , 即使高水位仍可能不安全 )– 反應器低水位與高壓力 ( 相對更不安全 )
  10. 10. 核二廠消防隊消防車及移動式抽水泵名稱 數量 水箱容量 出口壓力 備 註水庫車 一輛10 噸 10kg cm∕ 2〜 12kg cm∕ 2排水量: 3000 公升 / 分化學車 一輛2000 公升 (2 噸 ) 10kg cm∕ 2移動式抽水泵 三台抽水量: 1500 公升 / 分 10kg cm∕ 22050 公升 / 分(6kg cm∕ 2)移動式抽水泵 三台抽水量: 1200 公升 / 分 揚程: 70 米(7kg cm∕ 2)吸水揚程: 9 米新北市金山區消防隊消防車名稱 數量 水箱容量 出口壓力 備 註水箱車 一輛3000 公升 (3 噸 ) 10kg cm∕ 2水箱車 一輛1500 公升 (1.5 噸 ) 10kg cm∕ 2水庫車一輛 一輛12 噸 10kg cm∕ 2化學車 1000公升一輛1000 公升 (1 噸 ) 10kg cm∕ 2100m 水柱 = 10kg cm∕ 2= 0.98 MPa核一、二、三、四生水池高度 ( 高於海平面 ) 分別為 62m,90m,51m,116m
  11. 11. 斷然處置兩階段降壓策略之必要性 ( 續 )技術背景:– 開啟 SRV 降壓,相當於以人為方式製造小破口 LOCA ,此動作具有風險,處理不當可能導致爐心熔毀– 為了避免爐心熔毀,應 (1) 維持反應器高水位, (2) 進行緊急降壓與灌水時,爐心冷卻水流失速率應小於冷卻水補充速率 維持反應器高水位當 RCIC 還能用時,可利用 RCIC 來維持反應器高水位 爐心冷卻水流失速率應小於冷卻水補充速率緊急替代灌水為低壓系統,流量通常不大,所以必須設法減少 SRV 降壓時之爐心冷卻水流失速率SRV 開 時,其流量隨啟 RPV 壓力降低而降低。換言之,SRV 開 前,啟 RPV 壓力越低,爐心冷卻水流失率也越低,越安全。所以,進行緊急降壓與灌水前,先設法降低 RPV壓力。11
  12. 12. – 對策: 當 RCIC 還能用時,利用 RCIC 來維持反應器高水位,藉此,在緊急降壓灌水前,使反應器爐心擁有充足的冷卻水量 進行緊急降壓與灌水前,先採用控制降壓方式降低 RPV 之壓力,藉此,在緊急降壓灌水時,減少 SRV 降壓時之爐心冷卻水喪失率 執行控制降壓的另一項目的是避免反應器壓力下降速率太快或降過頭以至於讓 RCIC 跳脫 總結以上步驟 : 當 RCIC 還能用時,執行控制降壓,將反應器帶到高水位與低壓力之相對安全狀態 如果可能設法增加灌水流量提醒– 控制降壓與緊急降壓之目的與操作方式迥異,千萬不能混淆– 萬一該控制降壓時,弄錯而進行緊急降壓,有可能造成 RCIC 跳脫,並造成爐心熔毀斷然處置兩階段降壓策略之必要性 ( 續 )12
  13. 13. 控制降壓與緊急降壓之目的與操作方式迥異,千萬不能混淆
  14. 14. 指出斷然處置之盲點—核二廠十年整體安全評估審查控制降壓降低反應爐壓力至 15 ㎏ / ㎝ 2以下緊急降壓若喪失正常反應爐補水,水位預期降至TAF 以下,降壓至小於 0 ~ 6 ㎏ / ㎝ 2使用替代水源如消防水 ( 生水 ) 或消防車注水Question:地震及海嘯來襲複合式災害,喪失所有冷卻海水時,依據「機組採取斷然處置措施執行指引」,在喪失外電及緊急柴油機情形下,應開 安全釋壓閥啟(SRV) ,降低反應爐壓力至 15 ㎏ / ㎝ 2以下。但是,指引並未說明應開 幾個啟安全釋壓閥,也未要求降壓速率。如果降壓速率太快將導致爐心熔毀 。Answer:在發生喪失外電及緊急柴油機情形下,應開 安全釋壓閥啟 (SRV) ,降低反應爐壓力至 15 ㎞ / ㎝ 2以下之操作係屬於緊急洩壓的動作,依照核二廠現有之 EOP中 contingence 2 RPV 緊急洩壓敘述,開 所有啟 ADS 閥,不管降溫率,必要時開 其他啟 SRVs ,直到 7 個 SRVs 開啟,且需確認是否至少有 4 個 SRVs 開 ,啟故降壓速率、開 安全釋壓閥啟 (SRV) 的數量在現有的 EOP 中均有經過評估且依此執行。
  15. 15. 15
  16. 16. 斷然處置之盲點利用 RELAP5-3D 進行核二廠斷然處置程序分析,結論:RCIC 失效前如能先行執行控制降壓,在 RCIC 失效需執行緊急降壓操作時, RPV 可維持在低壓力(15kg/cm2) 高水位之有利狀態。從此狀態執行緊急降壓後爐心最低水位仍能維持於燃料一半高度之上。
  17. 17. 斷然處置之盲點如無前置之控制降壓,緊急降壓後之最低爐心水位可低於燃料底部,於此狀況下必須快速注入大量生水 (2160gpm) ,方能抑制爐心燃料之 PCT 低於值1500℉ 。生水池利用重力補水 800gpm如果無前置之控制降壓且只依賴生水池,爐心可能熔毀
  18. 18. 簡報大綱一、日本福島事故之經驗回饋二、斷然處置兩階段降壓策略之必要性三、影響爐心壓力之若干關鍵因素四、影響圍阻體降壓之若干關鍵因素五、斷然處置之通報與決策六、結論
  19. 19. 19當 RCIC 失效後,反應器壓力大幅上升即使降壓成功,已經到灌水的階段,反應器壓力仍可能再度上升– For unit 2, on March 14around 18:00 due to theproblems including the airpressure for driving SRV andthe maintaining excitation ofthe solenoid valve of the airsupply line,the SRV wasseemed to be closed and thereactor pressure increased.SRV condition was unclearafter March 14 around 18:00
  20. 20. 影響爐心壓力之若干關鍵因素 -- 壓力上升篇福島核能一廠二號機資料顯示– SRV air 用完後, SRV 無法開 洩壓,啟 當 RCIC 失效後,反應器壓力大幅上升,造成背壓太高,無法灌水,時間長達 4 小時以上– SRV 開 後,疑似關閉啟 ,進而影響持續洩壓,反應器壓力再度上升福島核能一廠三號機資料顯示– SRV air 用完後, SRV 無法開 洩壓,啟 當 HPCI 失效後,反應器壓力大幅上升,造成背壓太高,即使柴油驅動 注水途徑與水源都準備妥當也無法泵灌水,時間亦長達 4 小時以上教訓:– 背壓太高,無法灌水,導致爐心熔毀,主要癥結是 SRV 無法開 。啟 圍阻體排氣之延遲應該不是主因。(反應器壓力= 6MPa, 抑壓池壓力=0.5MPa )– 反應器壓力可能因為 RCIC/ HPCI 失效也可能因為 SRV 無法開 而上升。啟– 即使降壓成功,已經到灌水的階段,反應器壓力仍可能再度上升– 反應器壓力因故上升不是杞人憂天之情節,是實實在在發生在福島之情節,如何處理此情節應有適當之檢討
  21. 21. 影響爐心壓力之若干關鍵因素 -- 壓力因故上升篇(續)斷然處置並未特別考量反應器壓力可能上升之情節對策– 在事故持續很久,電廠嚴重受損條件下,確保 SRV 能 開 降壓夠 啟– 萬一無法降壓,怎麼辦? 想法子延長 RCIC/HPCI 運轉時間 針對強化高壓注水系統之強 性進行可行性分析(參考日本韌Hamaoka 核能電廠改善方案)
  22. 22. 簡報大綱一、日本福島事故之經驗回饋二、斷然處置兩階段降壓策略之必要性三、影響爐心壓力之若干關鍵因素四、影響圍阻體降壓之若干關鍵因素五、斷然處置之通報與決策六、結論
  23. 23. 影響圍阻體降壓之因素—閥無法開啟Because of the total loss of the AC power supply, motor drivenvalves had to be opened manually for the PCV ventingoperations.For operation of pneumatically-actuated valves, thepressurized air required for operating such valves could notbe assured, and thus a temporary air compressor had to bemounted to assure the pressurized air.For such reasons, the facilities could not be operated inaccordance with the documented operation procedures forsevere accidents, which caused the PCV venting operation tobe delayed.氣動閥與電動閥與爆破閥一路串接之方式 得檢討值
  24. 24. 影響圍阻體降壓之因素—抑壓池水不斷累積核一廠在無廠外支援下,靠洩壓及注水併 策 執 ,能承受全行 略 行黑事件的運轉時間( RCIC+ 生水注水)至少在 43.2 小時以上,惟 反應 洩壓及注水併 策 執 至約若 爐 行 略 行 40 小時,抑壓池水位上升將達抑壓池排氣管口高 ,會造成抑壓池無法進 排氣洩壓度 行,只能進 乾井排氣行如果圍阻體內已經有放射性物質存在,乾井排氣將對社會產生嚴重影響,因此,連帶著也會影響乾井排氣之決策附帶討論 1 :採用移動式熱交換器之可行性附帶討論 2 :發生嚴重事故時,圍阻體排氣該不該排到煙囪(exhaust stack)?
  25. 25. 圍阻體的設計考量嚴重核子事故圍阻體充氮乾井下方區的灌水能力乾井下方區的特殊水泥 ( 玄武岩水泥 ) 及 ( 洩水 ) 槽保護抑壓池 - 分裂產物洗滌與保留圍阻體過壓保護圍阻體充氮圍阻體過壓保護洩水池蓋玄武岩水泥可熔灌水閥
  26. 26. 附帶討論 2 :發生嚴重事故時,圍阻體排氣該不該排到煙囪發生嚴重事故時,龍門核能電廠圍阻體排氣沒有排到煙囪– Containment Overpressure Protection System (COPS)which protects the containment by use of rupture disksmounted in a line connecting the wetwell airspace to theCOPS vent which is located on top of the Reactor Building.– Release from the wetwell airspace takes advantage of thesuppression pool scrubbing of radioactive aerosol andparticulates. Two isolation valves are also used to re-establish containment integrity.
  27. 27. 簡報大綱一、日本福島事故之經驗回饋二、斷然處置兩階段降壓策略之必要性三、影響爐心壓力之若干關鍵因素四、影響圍阻體降壓之若干關鍵因素五、斷然處置之通報與決策六、結論
  28. 28. 「核能電廠機組斷然處置程序指引」之通報程序「斷然處置程序」中若可能造成台電公司重大資產嚴重影響者,通報至主管核能發電副總經理以取得決行,如灌注海水至反應爐或用過燃料池之決策 ; 惟此一程序須納入在限定時間內該決策決行為自動生效之機制,以避免非技術因素導致延宕重大決策時機之可能性。「斷然處置程序」之其他未致重大資產嚴重影響者,是項程序須建立適當授權決策 ( 廠長、當 班經理值值 ) 決行之機制,俾強化機組人員因應之能力。
  29. 29. (條件一 或 條件二)且條件三 ? 沒有強震海嘯就不執行斷然處置?
  30. 30. 簡報大綱一、日本福島事故之經驗回饋二、斷然處置兩階段降壓策略之必要性三、影響爐心壓力之若干關鍵因素四、影響圍阻體降壓之若干關鍵因素五、斷然處置之通報與決策六、結論
  31. 31. 結論影響斷然處置措施成效之關鍵因素很多,以下就個人淺見總結摘述若干可能影響成效之項目及建議:– 心態上宜謙虛,不要認為斷然處置萬無一失– 當超越設計基準事故發生時,電廠設備大量損毀,現場環境惡劣,執行斷然處置措施所需設備也可能無法使用。設備儲存場所與廠房應考量超越設計基準事故所造成之影響– 斷然處置措施應包括兩階段降壓策略:當 RCIC 還能用時,進行控制降壓;預期 RCIC 即將不能使用時,進行緊急降壓與灌水。控制降壓與緊急降壓之目的與操作方式迥異,千萬不能混淆。萬一該控制降壓時,弄錯而進行緊急降壓,有可能造成 RCIC 跳脫,並造成爐心熔毀– 反應器壓力可能因為各種原因上升,即使降壓成功,已經到灌水的階段,反應器壓力仍可能再度上升,斷然處置並未特別考量反應器壓力可能上升之情節。強化高壓注水系統之強 性是一個 得討論韌 值的選項
  32. 32. 結論(續)– 全黑時如何維持 SRV 之空氣壓力,為關鍵重點,建議以實證方式加以確認– 氣動閥與電動閥與爆破閥一路串接之方式,嚴重影響圍阻體降壓,此設計 得檢討值– 是否採用移動式熱交換器,是一個非常 得討論的選項值– 發生嚴重事故時,圍阻體排氣該不該排到煙囪 (exhaust stack) ,是一個非常 得討論的議題值– 斷然處置決策決行為之自動生效機制應配合斷然處置措施及早建立– 斷然處置之決策邏輯應明確釐清,避免有爭議空間
  33. 33. 敬 請 指 教敬 請 指 教

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