-
目前我国规划和建设的核电项目均为滨海厂址，以海水作为冷却水源。重要厂用水系统（下简称SEC）是为核岛提供冷却水源的系统，在电厂正常运行或事故工况下，把由设备冷却水系统（下简称RRI）收集的热负荷输送到最终热阱（海水）。
某核电厂SEC采用直流冷却方式，引水及过滤部分与常规岛凝汽器冷却水系统（下简称CRF）等厂内海水用户合并建设，明渠取水，合建取水泵房，共用引水明渠及过滤设施。冷却水进入厂区经换热器换热，排入与CRF排水共用的虹吸井后流入大海。单台机组的SEC流程示意图如图1所示。
HTML
-
核电厂在正常运行、灾害、事故过程中的安全是依靠构筑物、系统和部件（统称物项）执行安全功能来实现，物项分级的目的是使质量和可靠性与它们各自的安全重要性相匹配，做到在相对有限的资金和时间条件下，在设计、制造、建造、调试和运行各阶段采用恰当的水平，以满足各物项保证实现各自的安全功能[1]。
SSG-30是国际原子能机构于2014年发布的一种核电厂物项分级方法，它在考虑了所有电厂状态下，依据各物项对安全功能的贡献及在事故预防或事故后限制放射性后果中所起的作用，采用适宜的屏障安全和功能安全等级进行量化分级，物项分级等级的确定需综合考虑其在执行安全功能和充当辐射屏障两方面重要性来确定[2]。
物项的安全分级是划分抗震等级、设计规范等级以及质保等级的基础，也是对冗余设置（满足单一故障准则）、实体隔离措施、应急供电和定期试验等要求的重要依据，各级功能分类所对应的功能和系统设计要求请如表1所示。
功能分类(安全功能分级) 单一故障准则 实体隔离电气隔离 应急供电 定期试验 环境鉴定 内外部灾害防护包括抗震) FC1(F-SC1) 有(系统层次) 有 有 有 有 有 FC2(F-SC2) 有(功能层次) 有 有 有 有 有 FC3(F-SC3) 无 特殊要求 逐个分析 有 逐个分析 逐个分析 Table 1.
Functional classification and system design requirements[2]
-
SEC水源取自大海，被提升到厂内与RRI换热后排入大海，全程对外部没有放射性释放的影响，屏障分级为非安全级（NC），后续不再讨论它的屏障分级，只讨论安全功能分级。
安全功能分级的判别主要从：（1）该物项要执行的安全功能的重要性；（2）不能执行安全功能的后果的严重程度；（3）需要该物项执行某一安全功能的频率高低；（4）假设始发事件后需要该物项执行安全功能的时间点或时间段，如有足够的时间来使用到达并维持安全状态，则可以降级。其中：（1）和（3）用于对参与安全功能实现的物项进行初步的分级，在此基础上依据（2）和（4）进行调整[3]。
安全功能应满足反应性控制、热量导出、放射性物质包容等基本功能[4]。SEC对基本安全功能之一的“热量导出”功能起着关键作用，根据表2核电厂在不同状态下的安全功能分类清单，在H3和H4类别的功能中，无论是在电厂正常运行还是在事故工况下，SEC都将核岛相关系统传输的热量带到最终热阱。一旦失效，因直流冷却没有缓冲余地，堆芯及反应堆内的热量立即累积，温度、压力超过限值后将导致放射性物质释放超过事故工况的限值，产生严重程度“高”的后果。
基本安全功能 不同电厂状态下分类的功能 反应性控制 （略） 热量导出 H1：维持RCS充足的水装量用以堆芯冷却 H2：从堆芯导出热量至反应堆冷却剂 H3：从反应堆冷却剂传递热量至最终热阱 H4：维持在RCS外但在厂内储存的燃料热量导出 放射性物质包容 （略） 其他 （略） Table 2.
Security function classification list[5] (excerpted) 以典型的小破口失水事故（SBLOCA）这一设计始发事件为例，安全功能失效后果为严重[5]。为了将热量从反应堆冷却剂带到最终热阱，把一次侧的热量导出，应确保SEC长期有效。所以，SEC的安全功能级别为安全1类功能（FC1），下面按系统流程分为SEC泵房、引水明渠、过滤设施和排水4个部分进行物项分级，并把SEC泵房作为核心物项排在首位。
-
对SEC来说，因没有缓冲时间和额外的可靠性来执行安全功能，所以其安全重要物项分级必须与执行的安全功能类别一致，即执行安全1类功能（FC1）物项应为安全功能1级物项（F-SC1），泵房是SEC安全重要构筑物，安全功能分类为FC1，泵房的分级及泵房内主要设备的功能和系统设计要求如表3和表4所示。
名称 功能分类 安全功能分级 规范要求 抗震类别 质保等级 重要厂用水泵泵房 FC1 F-SC1 NB/T 20012 I Q1 GB 50267 Table 3.
Grading of SEC pumping house 名 称 安全功能分级 单一故障准则 实体隔离电气隔离 应急供电 定期试验 环境鉴定 抗震 重要厂用水泵 F-SC1 有(系统备用) 有 有 有 有 1O 止回阀 F-SC1 有(系统备用) 有 — 有 有 1O 手动阀门 F-SC1 有(系统备用) 有 — 有 有 1F 压力管道 F-SC1 有(系统备用) 有 — 有 有 1F 贝类捕集器（运行厂房） F-SC1 有(系统备用) 有 有 有 有 1O/1F Table 4.
Functions and system design requirements of main equipment in SEC pump house
-
SEC与CRF等海水用户共用引水明渠，通过对正常运行与停机工况明渠过流量的比较，以单台机组运行为例，SEC取水量约为1 m3/s，而CRF约为50 m3/s[6]，虽然引水明渠在系统上未设置冗余，但具备功能冗余，事故工况下CRF停运时，仍然可以通过远大于SEC的用水量。
若不采取抗震设计，地震时局部堤段因位移而相互搭接甚至两堤合拢，在地震力的作用下堤身发生相互挤压，会造成引水明渠封堵，核电取水口为避免正面波浪采用弯曲型引水流道，更容易发生局部位移而堵住取水口，所以引水明渠应采用抗震设计。
引水明渠属于SEC取水的一部分，也实施着SEC一样的安全功能，若完全失效则带来一样的严重后果，但即使引水明渠发生故障，到达不能满足SEC取水的历时会很长，发生假设始发事件后有充足的时间来使用到达并维持安全状态的功能，其功能级别可以低于达到可控状态的安全功能级别，所以可以在原来安全功能分级的基础上降级，引水明渠的安全功能分类由FC1降为FC2，相应其它项的级别请如表5所示。
名 称 功能分类 安全功能分级 规范要求 抗震类别 质保等级 引水明渠 FC2 F-SC2 NA 1I Q1 Table 5.
Grading of diversion open channel 只要有漂浮等其它类杂物从引水明渠进入过滤设施内则需要完成过滤、冲洗和垃圾外运等工作，所以，最好能够把海水中的杂物拦截于取水口门之外，利用海水的涨落潮实现过滤设施的自清洁，必要时人工打捞，为此各核电厂在引水明渠的取水口门处设置了多种功能的拦污网。
按照结构形式拦污网可以分为固定式和临时性两种，固定式在海中设有固定支墩或固定桩，多采用金属质网；临时网多采用浮筒下部用铁锚固定。一般临时网设在靠外海侧，固定网靠明渠侧。固定网堵塞后较长时间内会减少过流量，临时网故障时可以应急收起，但会影响后续固定网的正常运行，虽然其本身可以不执行安全功能，但其失效对其它物项实施安全功能产生影响，所以该物项应该采用比固定网低一级的安全级别，并采取相应的设计要求[7]。固定网的安全功能分类为FC2、临时网为FC3，其分级如表6和表7所示。
名 称 安全功能分级 规范级别 抗震类别 质保等级 固定拦污网 F-SC2 NB/T 20012 1I Q2 GB 50267 Table 6.
Classification of fixed trash retaining nets 名 称 安全功能分级 规范级别 抗震类别 质保等级 临时拦污网 F-SC3 NA NO Q3 Table 7.
Classification of temporary blocking nets
-
过滤设施具有对SEC和其它用水的过滤功能，为保证向SEC等用户连续可靠供水，每个SEC系列设有2套相互隔离且独立、50%过流能力的格栅过滤设备和1套鼓形滤网，从上游至下游依次为：（1）2个栅距200 mm的粗格栅；（2）2个栅距50 mm的细格栅并配套格栅除污机；（3）1个网孔尺寸Φ3 mm的鼓形滤网。鼓形滤网由2台低速电动机或1台中速/高速电动机驱动；设置2套独立的反冲洗水设备，反冲洗泵及鼓网的低速电动机采用应急电源备用供电。
过滤设施在正常运行及事故工况向核电机组提供SEC和CRF等冷却水的过滤功能，失效会导致换热设备堵塞而丧失换热功能。对SEC来说，正常运行时每台机组只需要一个系列中的一台泵运行，另一系列停运；停堆工况下只需要一个系列中的两台泵运行，另一系列备用或检修[8]。同第5节的分析，假设始发事件发生后，过滤设施有足够的可靠性和时间来执行安全功能，物项可以降级。但是，只要在设计基准（DBC）第2、3、4类工况中达到和维持安全停堆状态所需要的功能，其失效会导致“高”的后果，则其安全功能级别不应低于安全2类功能（FC2）。
格栅清污机通过耙齿清除栅条所拦截的漂浮垃圾，所有的电气和转动部件均在海水面以上，耐腐蚀且便于维护。若转动或控制部件故障，栅条的过滤拦截功能不受影响，短时间内不会对SEC取水产生影响。当假定始发事件发生后，物项若有足够的可靠性和时间来执行安全功能时，物项可以降级。上部清污机可以采用比格栅低一级的安全级别。这样，虽然清污机与细格栅属于同一设备，但根据功能不同，安全级别可以不同。
如图1所示，每台机组设置了两个过滤系列，每一系列设置一台鼓网，若工作列设备故障，可以启用另一备用列[9]。当发生地震、淤积和海生物聚集等假设始发事件，鼓网的过流能力按SEC和CRF等总用水量设计，滤网堵塞是个较长的过程，在发生滤网堵塞之前，机组已经达到可控状态，若尚未达到安全停堆状态，按照运行规程，这时CRF必须停止运行，以满足SEC取水。所以，鼓网可以采用比SEC的安全功能低一级的安全级别，即安全2类功能（FC2），整体结构应满足1I级抗震。
但实际上，根据压水堆核电厂的设计和建造经验，鼓网的几何尺寸较大，系统组成较为复杂，无法进行整体抗震试验，一般只进行抗震计算或分析。因设备本身未经历设计强度地震或抗震试验，抗震计算或分析的输入数据是由理论分析给出的数据，没有实践和运行数据不能判定设备能够符合抗震要求。将来可以对主要部件（如骨架、轴和轴承、轮毂、密封、润滑、驱动装置）分步进行试验或用整体缩尺模型在设计荷载条件下进行抗震试验，根据应力、应变等试验数据及各部件所承担功能的要求给出具体抗震要求。相应地，技术规格书也应对安全功能提出明确要求。所以，SSG-30中对物项分级的其它规定：“对于过去压水堆设计中成熟的‘工程经验’也应在物项分级中考虑”，成熟的“工程经验”只可作为设计分级的参考，但不能作为尚未实现而降级的依据。
总之，过滤设施的安全功能分类为FC2，相应的设备分级请如表8所示。
名 称 安全功能分级 抗震类别 规范级别 质保等级 粗格栅 F-SC2 1F RCC-M3 Q2 细格栅 F-SC2 1F RCC-M3 Q2 细格栅除污机 F-SC3 NO indus. Q3 鼓形滤网 F-SC2 1I RCC-M3 Q2 冲洗泵(低速) F-SC2 1O RCC-M3 Q2 鼓网冲洗 冲洗泵(中速及高速) NC NO indus. QNC 系统 过滤器 F-SC2 1F RCC-M3 Q2 阀门和管道 F-SC2 1F RCC-M3 Q2 仪表管 F-SC2 1F RCC-M3 Q2 Table 8.
Grading of filtration facilities -
过滤设施运行中必须持续地清理滤出的污物，这由反冲洗完成，反冲洗水源来自过滤后的海水，由加压泵输送到滤网的待冲洗部位。若反冲洗功能失效，将导致鼓网阻塞或停运，失去过滤功能。所以，冲洗设备属于安全级，其中的冲洗水管道为F-SC2级，必须满足冗余、抗震等设计要求。
以鼓网冲洗水管道为例，管径约DN100，因海水的腐蚀，各运行电厂先后分别采用了316 L不锈钢、双相不锈钢、钢塑复合管和高密度聚乙烯、氯化聚氯乙烯等管材。316 L不锈钢的防火及力学性能好，但遇到氯离子容易发生点腐蚀，也不属于RCC-M系列管材[10]。双相不锈钢加工难度大、造价高。钢塑复合管类因钢与塑料的膨胀系数差别大，因塑料脱层产生泄漏，另外若安装有调整，现场不具备加工条件。塑料类管材的力学性能相比较差、耐火性能也不好，但与钢管相比，塑料管的耐腐蚀性能优异、水流阻力小，正常工作状态的性能最优；但在地震时，自身形状难以维持，高温和火灾时，容易变形甚至燃烧，不满足安全功能。虽然工作性能优，也不得采用，必须立即进行技术改进，比如采用防腐、力学、耐火均满足要求的材料或敷设钢套管。总之，对于具有安全功能的物项，工作性能和安全性能都必须满足[11]。
5.1 过滤设施的功能和系统设计
5.2 小口径海水输送管道的安全级要求
-
SEC冷却水在RRI换热器内完成换热后，通过管道排入溢流井，由溢流井经排水暗涵流入与CRF共用的排水井和排水渠，一同排入大海。
-
从RRI换热器排出的SEC排水管至SEC溢流井位于运行厂房内，若失效会直接导致运行厂房水淹，致使其他安全设备失效，所以从RRI换热器排出管到溢流井的管段与进水管一样，为安全1类功能（FC1）[12]，相应的分级请如表9所示。
名 称 安全功能分级 抗震类别 规范级别 质保等级 排水管道 F-SC1 1F RCC-M3 Q1 溢流井 F-SC1 1I NB/T 20012 Q1 GB 50267 Table 9.
Classification of SEC drainage in workshop(including overflow wells) -
溢流井布置在RRI换热器所在构筑物的外墙处，每台机组两个SEC系列的溢流井间设有连通管，以保持溢流井水位，从而保证不运行的SEC系列也可充满水。两台机组溢流井之间设有带移动盖板的连通沟道，用于当一台机组的排水堵塞时，可从另一台机组排水管排水。因此排水管的设计能够同时排出两台机组的排水量。每个SEC系列排水至与CRF共用的排水井和排水渠，最终排至大海，如图2所示。
Figure 2. Flow diagram of SEC drainage system
当两台机组SEC排水管堵塞时，排水将溢流至地面，由核电厂排水系统排走，地面坡度设计时应考虑排水不会淹到建筑物。所以，SEC在执行完换热功能后，由于其本身不具有放射性，运行厂房以外的部分包括排水暗涵、排水井、排水隧洞和排水明渠为非安全级（NC），分级请如表10所示。
名 称 安全功能分级 抗震类别 规范级别 质保等级 排水部分 NC NO NA QNC Table 10.
Classification of outdoor drainage system
6.1 厂房内部分
6.2 厂房外部分
-
综上所述，SEC是个有别于核岛内的、需要依赖外部条件的安全支持系统，其物项分级的特点及后续的关注项主要有：
1）对于SEC与CRF引水及过滤系统合并建设的部分，因SEC的取水容量相对较小，可以利用事故工况下CRF停运留下的过流能力为SEC提供功能冗余，为SEC不需设置系统备用提供了可能。
2）SEC与CRF合并建设时，当一个物项执行多个功能，其分级取决于功能类别最高的功能，与各自的规模大小无关。
3）部分设备虽然具备良好的运行功能，但不能满足安全要求的，需要按照防火和抗震等方面的要求重新设计，只有在满足安全级设备的相关要求后方可投入运行。
4）对于部分难以开展整体实物模型抗震试验的，应收集各种工况的运行数据或进行局部模型或整体缩尺模型试验，根据运行和试验数据对数值模型进行率定，对运行工况内的计算结果进行验证并辅助确定计算过程中的边界条件等。
DownLoad:
