2013年5月3日 星期五

福島事件調查報告摘要


        我把日本國會調查團 NAII 調查報告的第二章做了摘要,目的是要知道福島事件之後核電廠必須防範哪些意外。底下是我的摘要。我針對斷然處置提出「五大假設全不成立」的質疑,就是來自於第二章的內容。以下是摘要的內容。
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 前言
1)「電廠全黑」(Station Black-OutSBO 並未假設AC全斷電時DC也跟著全部斷電)。但是福島事件裡卻發生了ACDC一起全黑的狀況。
2)控制室功能消失(DC電源失效)、照明系統失靈(ACDC一起全黑)、有線通訊系統失靈(DC電源失效),電廠內道路破損而地震和海嘯後滿地碎片,使得各項修復工作所需要的工具、重型設備與物資移動困難,其困難度遠遠超過過去電廠員工緊急處置訓練時所曾想像的,但事實卻如此。
3)各種操作手冊沒有充分更新,沒有關於大規模多重故障的指示。
4)橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)把併同全黑(SBO)一起發生的事故分為六級:(1級)SBO+HPCI/RCIC備用高壓冷卻水(靠蒸氣或人力啟動,無需用AC電)啟動並持續四小時,(2級)SBO+HPCI/RCIC備用高壓冷卻水啟動並持續四小時,但是通往爐心的高壓冷卻水管路洩漏(等效於安全閥開啟而無法關閉),(5級)SBO+HPCI/RCIC無法啟動或未啟動,(6級)SBO+HPCI/RCIC無法啟動或未啟動,且安全閥開啟而無法關閉(等效於高壓冷卻水管路洩漏)。福島事件幾乎是介於第5級和第6級之間。(第9頁)

細說
13/11當天地震導致電廠外部供電全斷;海嘯淹沒許多部柴油發電機、抽取海水的 pump、廠內供電系統,以及直流電供電系統。Unit 124失去所有交流電與直流電力,Unit 35失去所有交流電力;Unit 3(3/13)後接著失去直流電力而沒有任何電力。
2)海嘯同時摧毀建築物、設備、車輛,使廠內滿佈巨型障礙物;廠區到處淹水,行動困難而遲緩。
3)控制室的儀表、監控、控制、照明與通訊功能全失,現場人員要不靠儀表判斷事態,在極端不確定的狀態下做出決定。不是決策遲緩或行動遲緩,而是沒有資訊可供決策參考,沒有通訊系統可以上下溝通以及內外溝通,沒有辦法在障礙物中快速行動。此外,餘震和海嘯也讓現場人員很難行動。
3/11
1Unit 1 14:46地震時自動啟動反應爐緊急停機(SCRAM)。但是通往爐心的主要冷卻水管路卻因為蒸氣隔離閥(main steam isolation valve)故障(關閉)而無法維繫正常的冷卻功能。還好爐心隔離冷卻系統(Isolation Cooling System IC)還能運作。但是IC的水被加熱一段時間之後,水開始氣化使得爐心水位開始下降。高壓循環水路原本有備用冷卻水可以補注IC流失的水,但是因為緊急柴油機無法供電且DC電流流失,而無法啟用。IC最後終因欠缺備用水補注而喪失冷卻功能,使爐心狀況迅速惡化。但是因為壓力表和水位儀都故障,使得現場人員完全沒有警覺到高壓冷卻系統的惡化,只是做好準備工作,等待爐心壓力下降後要進行低壓注水。照理論推測,大概在IC喪失冷卻功能兩小時後水位已經降低到燃料棒露出水面,爐心開始融毀,而燃料棒外套的鋯金屬開始與水氣的化學反應,產生氫氣。18:18分時直流電源DC意外地修復,操作員聽到一個類似氫氣流動的聲音,(爐心應該是大約在18:50左右開始熔毀並開始產生氫氣),但是壓力表卻顯示爐心處於低壓狀態(6.9MPa),而水位儀在21:19還顯示水位比燃料棒頂端高出20公分,顯然這兩個讀數都是錯的!21:50(地震後七小時)儀器終於顯示Unit 1的廠內輻射劑量已經開始升高。
2)雖然Unit 1 已經危急,但是而把注意力集中在狀況未明的Unit 2。他們擔心Unit 1在喪失AC DC電後已經停止運轉,而導致爐心水位下降,因此向上通報核安事故。現場人員首先在21:40(地震後將近七小時)修復Unit 1的水位量測儀,發現水位比燃料棒頂端高出3.4公尺。接著他們在23:25修復爐心和一次圍阻體的壓力計(地震後將近8.5小時)。
3Unit 3雖然失去AC電力,但很快修復DC電力,所以現場人員可以通過儀控系統清楚監督RCIC的運作,而且另一個以蒸氣當動力的高壓注水系統HPCI也正常。此外,一個小型的可移動式發電機也在22:00到達。
3/12
1)午夜之後現場人員企圖搶救 Unit 1。柴油驅動的抽水馬達還沒開始注水就已沒有燃料。電場原有三輛消防車,一輛故障,一輛被地震阻擋在Unit 5而無法開過來,只有一輛可用,卻因為高壓冷卻水系統壓力太大,無法注水進去。02:30時反應爐的pressure vessel 毀損,大量輻射塵被吹往一次圍阻體內到處飛揚,工作人員開始戴上口罩工作。05:14場外疏散距離擴大到半徑十公里Unit 1 爐心壓力隨著情況惡化而持續降壓到消防車可以(在5:46)開始注水,但壓差太小所以注水速度緩慢(,所以第一圍阻體在7:20左右毀損)。經濟產業省部長下令打開第二圍阻體釋放易燃的氫氣,但是開啟圍阻體通氣口的閥門卻阻塞,必須手動開啟。現場人員嘗試用可攜式空壓機去驅動通氣口的閥門,但失敗。因為輻射劑量急速上升,工作進度更加緩慢。Unit 1終於在15:36發生了氫氣爆,並在19:04才開始注入海水。
2Unit 2 水位正常,所以推測Unit 2的高壓注水系統RCIC應該是有正常作動,但是不知道它可以撐多久。載運發電機的卡車被送來,準備不得以時注入硼水。17:30RCIC還在正常作動,但decay heat 使得爐心壓力持續上昇,為因應情況持續惡化的可能性,開始準備圍阻體通氣。
3Unit 3 RCIC11:36停止運轉,雖然當時DC電還持續供應。幸運地,另一個以蒸氣當動力的高壓循環水系統HPCIHigh Pressure Coolant Injection)正常啟動,使得反應爐的水位恢復正常。20:27DC電用完,乾井壓力顯示器停止顯示,十分鐘後水位顯示也終止,但HPCI還在持續運作。
3/13
1Unit 3 HPCI02:42時停止運作,爐心停止注水。爐心壓力陡升,消防水泵無法把水注進去。4:15時大量氫氣使得爐心曝露,操作員開始試圖打開圍阻體通氣口。5:00時燃料棒頂點已經高出爐心水位兩公尺8:41圍阻體通氣口才被打開。工人找到電池來驅動安全釋壓閥的電磁閥,開始爐心壓力的釋壓,直到壓力夠低後終於開始低壓注水,使得燃料棒再度被水淹沒。但是儲水槽在12:20流乾了,爐心水位再度下降。13:00時燃料棒漏出水面的高度又達兩公尺。開始注入海水,但是水位無法恢復到燃料棒的上頭。
2Unit 2 RCIC一直正常運作,但是似乎開始有困難。操作員開始準備洩壓以及用消防水泵進行低壓注水。
3/14
1Unit 3 的爐心終於燒乾見底,水車趕來協助注水與澆水,但是Unit 3終於還是在11:01發生氫氣爆而炸毀建築。
2Unit 2RCIC13:25時停止運轉,當時水位高出燃料棒頂點兩公尺,預計16:30燃料棒會開始露出水面。搶救的工作一再被餘震中斷,等他們在16:00重新開始搶救時水位高出燃料棒頂點僅剩30公分18:22爐心完全露出水面,安全閥SRV被開啟來釋壓,但是第一次圍阻體內的壓力並沒有因而升高,因此應該是第一次圍阻體早已有洩漏管道到第二次圍阻體內。注水的消防水車燃料用盡,爐心的水因而逐漸燒乾。新的注水工作在20:30開始,但是因為不明原因爐心壓力再度上昇而使注水中斷到21:20,之後因為開啟兩個安全閥而使洩壓加速,但是22:00時水位仍比燃料棒頂點低1.6公尺
3/15
1Unit 2自從RCIC停止後水位就一再下降,06:00時已經有2.8公尺的燃料棒漏出水面。接著Unit 2建築體爆炸,至此福島三座原本在運轉中的反應爐爐心全部融毀,只剩停機維修的 Unit 456

檢討
1)如何確保DC電源使供電不中斷:DC電源影響儀表顯示,影響釋壓閥體內電磁閥的正確作動,但卻可以因泡水而失效,因電線脫落而失效,因此使用時間長而失效。
2)如何確保電磁閥在高溫下不故障:東電的安全釋壓閥檢測基準溫度是100OC,通氣口安全閥檢測基準溫度是171OC。據福島的工作人員說許多安全閥沒有照控制指令作動,也許是因為高溫導致電磁閥內部零件毀損。有沒有必要提高安全閥工作溫度的規格?
3)強震有可能導致多處冷卻水╱蒸氣外洩,但若十小時內未及時處理仍有可能導致更大的災難:2.2.2節論證「地震後可能就已經有面積小於3cm2的小LOCA」(但該小節排除大LOCA與中型LOCA的可能性)
42.2.3論證「部分AC power 在地震後已經喪失」。