特殊安全設施

壹、系統功能
貳、特殊安全設施之設計基準
參、圍阻體
肆、圍阻體除熱系統
伍、圍阻體隔離系統



壹、系統功能

  1. 特殊安全設施(Engineered Safety Feature, ESF)係指系統或組在核能事故時防止爐心熔燬或防止輻射外洩,以保障公眾的健康與安全,以維持電廠本身的完整。

  2. 特殊安全設施由下列各系統分別擔任不同的功能:
    1. 圍阻體(Containment)
      圍阻體將所有自RCS洩出的輻射物質,包封在其建築架構內,以免外洩。
    2. 圍阻體除熱系統(Containment Heat Removal System)
      圍阻體內部因爐水流失事故(LOCA)或主蒸汽管破裂事故(MSLB)等而釋出的熱量,可由圍阻體噴灑系統(Containment Spray, CS),RHR系統,圍阻體passive熱沈及風扇冷卻器(Fan Cooler)來移除,以降低圍阻體之溫度與壓力,降低輻射外洩的機會,並將圍阻體空氣中的輻射物質吸收下來。
    3. 圍阻體空氣淨化系統(Containment Air Purification and Clean up System)
      本系統屬於圍阻體空調系統(Containment HVAC)的一部份,能將圍阻體空氣中所含輻射物質過濾淨化後,排至大氣。
    4. 圍阻體隔離系統(Containment Isolation System)
      由於圍阻體與輔助廠房及汽機廠房間之連通管路,有許多管路必須穿越圍阻體,一旦發生事故,必須將這些管路全部隔離,以防輻射物質外洩。本系統包括圍阻體隔離訊號(Containment Isolation Signal, CIS)控道,以及相關的管閥。
    5. 圍阻體可燃氣體控制系統(Containment Combustible Gas Control System)
      氫氣再結合器(Hydrogen Recombiner)及後備之氫氣排除系統(Hydrogen Purge System)能將圍阻體內之可燃氣體氫控制在4%之體積濃度以下,以免產生氫爆事故。
    6. 緊急爐心冷卻系統(Emergency Core Cooling System, ECCS)
      此系統在事故發生後,能提供大量的含硼冷卻水,以冷卻爐心,並增加停機餘裕。本系統又稱安全注水系統(Safety Injection System),包括高壓注水系統(CCP),低壓注水系統(RHR),以及蓄壓槽(Accumulator)。
    7. 適居系統(Habitability System)
      控制室適居系統包括飛射物防護、輻射屏蔽、輻射偵檢、煙霧偵測、控制室過濾、空調、燈光及一般消防設施等,在正常及緊急情況下,都能使值班人員長期留駐於控制室內。
    8. 輔助飼水系統(Auxiliary Feedwater System)
      本系統於事故或起動、停機時,提供飼水,以便經由蒸汽產生器移除一次系統的熱量。

  3. 特殊安全設施係以下列事故設計:
    1. 爐水流失事故(Loss of Coolant Accident, LOCA)
    2. 蒸汽管路斷裂事故(Steamline Rupture)。
    3. 蒸汽產生器管束破裂事故(Steam Generator Tube Rupture)
    4. 燃料儲運事故(Fuel Handling Accident)。

  4. 特殊安全設施功能為:
    1. 保障燃料護套的完整。
    2. 保障圍阻體的完整。
    3. 將輻射物質外洩的程度限制在10CFR 100規定之下。

貳、特殊安全設施之設計基準

  1. 特殊安全設施之設計,使其能夠在單一故障(Single Failure)的情況下,仍能完成其保護功能。所謂單一故障係指短期注水階段的單一主動元件故障(Active Failure)或長期再循環階段單一主動元件故障或單一被動元件故障(Passive Failure)而言。

  2. 為符合上項單一故障的基準,所有主動元件均有雙重設計。凡是事故時必須開啟的閥類均為兩閥並聯排列,因此只要任一閥打開管路就可接通。凡是事故時必須關閉的閥類均為兩閥串聯排列,因此只要任一閥關閉,管路就封閉。重要的泵均有兩個以上並聯排列,任何一泵起動就可提供足夠的水量來冷卻爐心。

  3. 緊急爐心冷卻系統須符合下列最終設計標準:
    1. ESF須能使最高燃料護套之溫度不超過1200℃。
    2. ESF須能使最大護套全氧化度不超過未氧化前護套厚度17%。此處全氧化度(Total Oxidation)係指所有氧氣皆與燃料護套作用產生ZrO時,所有氧化燃料護套之厚度。
    3. ESF須能使燃料護套與水或蒸汽產生化學反應而釋出之最高氫氣產生量,不超過下面假設數值之1%。假設數值為倘若所有燃料護套(包圍燃料丸的部份,其餘不計)鋯金屬全部與水或蒸汽起反應。
    4. ESF須能使爐心保持其可冷卻結構(Coolable Geometry),而在事故後之變形不得嚴重至影響其冷卻能力。
    5. ECCS初期運作之後,仍能供長期冷卻(Long Term Cooling),使爐心溫度維持在可接受之低溫,在最長壽命的放射性物質仍留在爐心內,爐心衰變熱須能不斷的由ECCS移除。

參、圍阻體

  1. 圍阻體之功能在控制LOCA後之輻射物質外洩,故圍阻體應完全包容所有的反應爐冷卻水系統(RCS)管路和組件。圍阻體亦作為正常及事故時之生物輻射屏蔽。圍阻體之設計及建造使其能承受LOCA及蒸汽管路斷裂事故,而不致危及大眾的安全。圍阻體可承受60psig之內部壓力,也就是發生計基準事故時所產生的最高壓力,而其洩漏在最初24小時內不超過其體積之0.1W/O,其後不超過0.5W/O。LOCA事故後之輻射外洩量不得超過10 CFR 100之規定。

  2. 圍阻體係一圓柱形建築,上有半球形圓頂,中央有反應爐穴。圍阻體係以預力鋼筋混凝土構成,混凝土能承受巨大的壓縮力 。為了使圍阻體能夠承受相當的內部壓力(張力),就採用加壓鋼纜,使圍阻體在事故最大壓力時,其淨負荷仍為壓縮力。

  3. 圍阻體的大小由LOCA時之能量釋放量決定。圍阻體內層襯以鋼板。

  4. 圍阻體內部反應爐及RCS各迴路均由預力鋼筋混凝土圍至超過蒸汽產生器管束的高度。這是為防止事故時飛射物或管路揮動現象,尤其是反應爐冷卻水泵(RCP)的飛輪造成RCS多重損壞,並避免損及圍阻體的完整。反應爐槽的上頭放有一塊厚重的水泥塊,以防發生射棒事故時,損及圍阻體或其他組件。

  5. 圍阻體穿越管道包括設備通道、人員通道、燃料運送道,各種管路和電纜穿越器都是以鋼鐵製成,焊於圍阻體內襯鋼板,並以錨塊埋於水泥中 。  
    1. 設備通道門之邊緣有兩封閉襯墊,並加以螺鎖以防洩漏。比反應爐槽O形封環小的設備都可通過此門。封閉襯墊與門緣間以N2加壓。
    2. 人員通道有兩個門,分設在通道兩端稱為雙層氣鎖門。每次僅能開啟一個門,此門關閉後才能再開另一個門。
    3. 燃料運送道在圍阻體和燃料廠房間。內管作為燃料運送通道,其圍阻體側以盲管蓋封閉。盲管蓋邊緣有雙封閉襯墊,以免洩漏。
    4. 管路及電纜經穿越器通過圍阻體。流程管路上均有隔離閥,與管路及圍阻體內襯鋼板焊在一起。
    5. 圍阻體再循環集水池,其管路穿過地基至RHR及CS系統。管路外有襯管,兩者皆埋於地基水泥塊中。在集水池端,襯管與管路及集水池內襯鋼板焊在一起。管路延伸至圍阻體外,有一隔離閥,隔離閥完全封閉在一包封槽中,襯管一端就焊在此槽上。隔離閥下游的管路和包封槽以一伸縮接頭焊在一起。
  6. 圍阻體須能將其內部空氣和外界環境完全隔離。運轉規範所規定之圍阻體完整性(Containment Integrity)如下:
    1. 所有圍阻體穿越器之密封裝置必須可用。
    2. 事故發生時,所有穿越管必須以下列方式關閉。
      1. 所有圍阻體自動隔離系統關閉。
      2. 利用手動閥或盲管蓋關閉,或把電動閥置於關閉位置,且操作電(氣)源切斷。
    3. 設備通道必須關閉密封。
    4. 人員通道雙層氣鎖門至少須保持一層門關閉密封。
    5. 圍阻體洩漏率須在限定值內。

肆、圍阻體除熱系統

本系統包括圍阻體噴灑系統(CS)及風扇冷卻器(Fan Cooler)。

伍、圍阻體隔離系統(Containment Isolation System)

本系統包括穿透圍阻體之管閥以及動作線路等,於發生LOCA,蒸汽管路斷裂或圍阻體內燃料儲運事故時,將圍阻體隔離起來。

  1. 設計基準
    1. 本系統須能承受颱風、洪水、飛射物及地震,而不影響其功能。
    2. 在發生LOCA後,本系統將所有非ESF系統運作所必須之穿越管路隔離,以防輻射物質外洩。
    3. 在發生蒸汽管路斷裂事故時,本系統須能將圍阻體及蒸汽產生器隔離,以防一次系統溫降過速,且避免圍阻體過壓。
    4. 在圍阻體內發生燃料儲運事故時,本系統須能將圍阻體與外大氣隔離,以防輻射外洩。

  2. 系統組件
    各管閥分屬各獨立系統,詳見各系統說明。

  3. 系統運轉  
    1. 圍阻體隔離分為兩階段,A階段及B階段。
      A階段隔離將所有非ESF運轉所需管路隔離,但RCP之軸封及冷卻水除外,同時緊急柴油機,ECCS系統起動,控制室空調系統,亦轉至緊急狀態運轉。
      B階段隔離訊號將A階段未隔離且不為ESF運作所需的管路隔離,如RCP軸封及冷卻水。B階段隔離同時產生CSAS,B階段隔離訊號亦可手動動作,其過程和CSAS完全相同。
    2. 主蒸汽管隔離
      主蒸汽管隔離訊號關閉主蒸汽隔離閥(MSIV)及其旁通閥,以免RCS降溫過速。MSIV之設計可避免一個以上的蒸汽產生器過度蒸騰。當主蒸汽管在MSIV下游斷裂時,三個MSIV關閉即可將蒸騰現象完全停止。
    3. 一旦偵測到高輻射劑量時,圍阻體空氣淨化系統(Containment Air Purification System)之隔離閥自動關閉,以免輻射外洩。