1. 日本福岛核电站事故初步分析
强烈地震引发失去厂外电源,机组按设计预期自动停堆,应急柴油发电机自动启动。地震后大约1小时,地震引发的海啸淹没了部分厂房,引起应急柴油发电机和部分专设安全设施不可用。堆芯失去冷却后部分裸露,锆水反应产生了大量氢气,带有氢气的高压蒸汽通过安全阀排入抑压水池,引起内层安全壳的压力、温度超过设计限值,被迫向外层反应堆厂房排放,氢气排出后在反应堆厂房顶部聚集而爆炸,造成外层反应堆厂房损毁,放射性物质释放到环境中。内层安全壳和压力壳仍然保持完整。
日本福岛核电站事故是在出现超设计工况地震、叠加设计未预期的海啸、叠加BWR机组的特点情况下发生的,出现了失去全部电源、给水和冷源叠加事故工况,事故中部分专设安全设施未达到设计的响应要求,引起放射性向环境释放。
日本发生的强烈地震和由此引发的海啸超出了全世界所有在运、在建二代/三代核电站的设计基准。
2. 厂址分析
日本位于亚欧板块和太平洋板块的交界处,处于是太平洋板块向亚欧板块俯冲带上,地壳运动活跃,强震主要发生在板块俯冲、碰撞地带。3月11日发生的地震强度为里氏9.0级,地震属于震源深度只有10公里的浅源地震,是日本历史上有记载的最强地震。
大亚湾核电站位于欧亚板块的东南部的沿海地带,远离构造变形强烈的南北构造带和菲律宾海板块俯冲带,厂址附近无断裂带,历史上也未出现过超过5级的地震,大亚湾核电站厂址不会出现与本次震级相当的地震。
3. 海啸分析
大亚湾海域属于边缘海,由于海水不够深,只有二三十米,而海啸的传播需要近千米的水深。边缘海与外海之间一般都有“岛弧”相隔,“岛弧”就是一系列的岛链,地震波造成的海啸只能从岛链的缝隙中传进来,能量有限。我国海岸记录到的海啸最高在0.5米以下,大亚湾核电站厂址不会出现类似日本发生的强烈海啸。
4. 大亚湾应对类似事故的安全措施
大亚湾核电站属于改进型压水堆,设计时有相应的安全设施和应急预案应对类似事故。
除应急柴油机外,设置第五台柴油机备用; 配置专门的小汽轮机(LLS),在全厂失电后自动启动给重要设备供电; 设置有汽动给水泵,在全厂失电事故时自动启动向蒸汽发生器供水; 设置有大气排放系统,全厂失电后可通过自然循环冷却堆芯; 安全壳具有很大的容纳空间,约49000立方米;
配有氢气复合器,可以降低安全壳中的氢气浓度,防止氢爆; 配有沙堆过滤器,在安全压力升高后可以通过其向大气排放; 配有完善的事故处理程序和应急计划,减少事故后果。
附件:福岛核事故序列(截至3月14日12:00):
– 3月11日,14:46,发生地震。
– 3月11日,14:48,福岛核电站1号、2号、3号机组保持额定功率运行, 因地
震触发反应堆自动停运,所有三台机组的两路厂外电源丧失,柴油机自动启动(4/5/6号机处于大修状态);
– 3月11日,15:41,柴油发电机故障(遭水淹引起),所有的1号、2号、3号机
组的交流电源丧失。 1号、3号机组的应急直流电源也失去。 2号机组的应急直流电源可用。
– 3月11日,15:42,根据应急法规启动一级应急状态。
– 3月11日,18:08,发现福岛第一核电站1号机组内层安全壳的压力上升,分析
可能为压力壳内的高压蒸汽通过主蒸汽管线的安全阀动作引起;
– 3月12日, 05:22,1号机内层安全壳的抑制压力水池温度高达100℃,认为内
层安全壳容纳功能失去,应急状态升级。
– 3月12日,5:32,2号机内层安全壳的抑制压力水池温度高达100℃,认为内层
安全壳容纳功能失去,应急状态升级。
– 3月12日, 06:00 ,1、2号机组主控室的放射性水平上升至正常水平的1000
倍。怀疑放射源来自1号机组。福岛第一核电站周围放射性水平上升到正常水平的70倍。
– 3月12日,10:00, 1号机组内层压力壳压力超过8 kg/cm2,为设计值的两倍。 – 3月12日,14:15,日本核安全当局宣布,由于发现短周期裂变产物,1号机组燃
料组件的一部分可能已融化,锆水反应产生了氢气(1200度开始)
– 3月12日,14:30,进行了内层压力壳的排放,不到一小时,内层安全壳压力从
7.5 kg/cm2下降到5.5 kg/cm2,电站周围放射性水平加倍。此时堆芯应急冷却功能仍旧不可用,堆芯仅靠RCIC来冷却。
– 3月12日15:36,1号机组传来爆炸声音,反应堆厂房因爆炸坍塌。分析认为,
对内层安全壳排气时,氢气和放射性气体一同进入反应堆厂房。此次爆炸未引起压力容器本体受损害。电站周围的放射性水平在内层安全壳排放后(大约爆炸发生时)一度上升至1,015 mSv/小时。但爆炸发生后,15:40时,放射性水平下降至860 mSv/小时,18:58时,放射性水平下降至70.5 mSv/小时。
– 3月12日16:17,因厂区边界辐射水平超过限值,进入更高一级应急。此后厂区
边界辐射水平在降低。
– 3月12日20:20,向事故机组的压力壳注入含硼的海水(通过消防水临时管道和
RCIC连接),机组状态才好转。
– 3月13日,5:00,3号机冷却剂高压注入自动停运,再次恢复RCIC不成功。机组
应急状态升级。
– 3月13日,8:00,3号机排放安全壳的压力;
– 3月13日,8:56,厂区边界辐射水平再次超过限值;
– 3月13日,20:00,向3号机一回路注入消防水,但一回路水位不上升。估计有3
米的堆芯未被水淹;
– 3月14日11:01,3号机组反应堆厂房因爆炸坍塌。
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