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2013年4月26日 星期五

斷然處置不當會提前引發氫氣爆

       不管擁核或者反核,最重要的是搞清楚台電主管核安的人到底有沒有在認真看管核能安全。昨天台電核安處王琅琛副處長到清大演講,主題是斷然處置。我應邀去聽講,卻差點聽到一半就忍不住走掉。經歷過這一場演講之後,十年內我絕對不會再相信台電有能力維護台灣的核電安全──我根本就不相信王琅琛副處長會在乎核電廠的安全!

        清大原科中心的劉鴻鳴博士在 4/22 那天以核能學會副秘書長的身分誠懇地邀請我去聽這一場演講,並且說會同時邀請核研所廖俐毅研究員一起到場,以便有機會當面討論「斷然處置」的問題。為了表達我的誠意,我也在 4/24 清列六個比較容易討論而福島事件裡確實發生過的問題(詳後文),事先寄給劉鴻鳴博士,請他轉寄給王琅琛副處長和廖俐毅博士,希望他們有時間思考和準備相關數據、資料,以便屆時進行較深刻的討論。
        結果,王琅琛副處長根本看不懂這些問題,後來這一場演講的下半段時間變成我跟其他在座核能界學者的討論,王琅琛副處長不但無法進入狀況,甚至他有關核電廠的陳述竟然被台電員工私下告訴我「那是錯的」!而兩位跟我在會後繼續深談的核能專家都承認了我的推斷:「斷然處置不當會提前引發氫氣爆」,其他核能專家也有許多人警覺到:斷然處置必須有進一步的研究與完整配套!
        底下我儘可能客觀而不偏頗地試圖呈現昨天(4/25)下午這一場號稱「學術演講」的事件。不過,一秉慣例,我會用科普寫作的方式報導。我得要先說一句:反應爐急停(SCRAM)之後,核反應停止,整個核電廠的問題都是機械所四個專業組別的問題:熱流、結構強度與變形、機械元件設計,以及控制與動態系統分析,後面三組的專業知識我都有五年以上的教學與研究經驗,熱流的問題我有遠超過大學部學生程度的基礎,不確定的部份也已經跟熱流組同事討論過。因此,我是有能力參予討論並忠實地寫下討論的重點。


        這是核能學會主辦的學術演講,地點在清華大學,應該是可以用學術界的高度與嚴謹性客觀地討論「斷然處置」的有效性與不足處。我事先已經跟動力機械系熱流組老師討論過「斷然處置」的理論基礎 The ultimate emergency measures to secure a NPP under an accidental condition with no designed power or water supply(以下簡稱UEM論文,)並且逐字讀完日本國會福島事件調查委員會(以下簡稱 NAII  完整報告的第二章,做完筆記。

        王琅琛副處長的演講一開始只是把他講過無數次的 PPT 台電公司核能電廠因應福島事故之斷然處置措施說明與介紹」再簡略講一次,中間穿插許多我笑不出來的笑話,和對於「斷然處置」的自我誇讚,而完全沒有回應我的提問(這些提問後來都引起在座許多核工專家的關切)。最後他用六張投影片顯示的六個問題,然後說:「假如彭教授認為你這六個問題中還有任何問題我剛剛的報告裡沒有答覆到,請你再提問。」

         我只好耐著性子提出第一個問題:UEM論文的圖五(複製於下圖)裡控制洩壓時的曲線很平滑,不像是數值模擬的結果,請問是怎麼做出來的?未來在現場要怎麼做?實際反應跟理論預測不合時會不會提前引發氫氣爆?
         上面這一張圖就是「斷然處置」是否會有效的關鍵,黑色線代表兩階段洩壓過程的壓力變化,紅色線代表爐心水位的變化,藍色虛線代表燃料棒頂端(TAF)的位置。如果水位低於TAF,燃料棒的溫度就會開始上升,如果時間持續夠久使得燃料棒頂端地溫度超過1500F,就會開始氫氣爆。現在你看,在斷然處置」的過程中 TAF 露出水面的時間達一小時左右!等一下會給你看第三張圖,顯示斷然處置」的過程中爐心溫度會高達 1400F,祇要在有一點意料之外的因素就有可能引起氫氣爆。
        關於「控制洩壓時的曲線是怎麼做出來的」這個子題,王琅琛副處長說是跑數值分析的人硬湊出來的,但是實際上負責跑程式的清大教授(?因為眼拙沒認出他是誰)說是「假定一個安全閥全開」所跑出來的曲線。王琅琛副處長答錯了,因為態度太輕率而答錯了!
        我接著問:NAII 的調查推斷地震後有管路洩漏(簡稱LOCA),假如發生這種事,還要根據「斷然處置」去打開一個安全閥來洩壓嗎?這時東京理工大學客座教授趙嘉崇博士插話:已經證明過沸水反應爐不可能有LOCA。我只好從管路接頭的設計與結構分析的角度解釋到他接受「強震下管路有可能有等效於LOCA的管路接頭漏氣現象」。討論繼續,而王琅琛副處長基本上已經脫隊跟不上了。
        我接著解釋管路洩漏洩漏下啟動「斷然處」會有什麼後果。討論繼續下去,大家終於同意:如果已經有一個管路洩漏大小接近一個安全閥的開口,然後再打開一個安全閥來進行斷然處置,結果壓力曲線和水位會像下一張圖:
        這下子等於開了兩個安全閥,因此壓力曲線從黑色變成藍色,降壓速度加快(如大家所預期的),但是水位也下降了,從紅色曲線便成綠色(控制降壓階段),和紫色(快速降壓階段)。
         結果,燃料棒露出水面的時間從很危險的一小時增加到兩小時。下一張的溫度曲線圖顯示爐心溫度會從1400F(黑色曲線)升高到超過1500F(藍色)──「斷然處置」提前引發氫氣爆!!!


        因為王琅琛副處長的報告裡插渾打科兼賣弄口號浪費掉許多時間,而為了解釋管路接頭為何會在強震後洩漏,第一個問題花了許多時間。剩下的時間不夠仔細探討其他問題,所以只好匆匆帶過,沒有機會深談。不過,會後我跟核研所廖俐毅研究員和負責實際數值模擬的那位學者又談了一個小時,證實我提出來的問題確實每一個都應該繼續深究,但是王琅琛副處長從頭到尾沒有任何表現像個學術圈內的人,在我的評價裡是一個已經跟核安完全脫節,只會唱口號的官僚。      
        台電核安由這樣的人把關,我相信連台電總經理和行政院都早已被他的吹噓蒙蔽了,根本不知道大家都同意的一件事:
        斷然處置」有效的前提是「RCIC可以持續運轉至少一個小時,且冷卻水管路沒有洩漏,DC供電正常,且儀器顯示正常,且相關的電磁閥都沒有壞」。但是 NAII 的調查報告顯示:DC全失、儀器顯示錯誤,許多電磁閥都壞掉,而且有充分證據讓 NAII 推斷強震後冷卻水管路有洩漏。
        有這樣的事實和這樣的官僚,你還能相信台電嗎?

附錄:我所提的六個問題
1Fig. 5 中的壓力曲線很平滑,顯然不是 simulation results,而是給定的條件。請問:在實際操作上要如何控制SRV才能夠讓爐心的真實壓力曲線逼近這條想像中的壓力曲線?
2)假如實際上的壓力曲線一定會跟Fig. 5 中的壓力曲線有差距,請問可以容許的差異量有多大?有沒有試著作 sensitivity analysis 以便估算出 controlled depressurization 操作上要多精密(或 robust)?
3)假如開始進行controlled depressurization 之前已有LOCAs且造成水位下降請問是否要根據實況修改controlled depressurization的程序與參數?
4)假如HPCI/RCIC因故散熱能力下降,請問是否要根據實況修改controlled depressurization的程序與參數?
5NAII根據各種調查資訊而推斷地震之後就已有ACDC中斷以及設備毀損的可能性,而且擔心各種SRV的電磁閥可能會故障。此外,福島事件中Unit 1的水位計和壓力計未正確顯示爐心狀況而延誤搶救時機。請評估台灣核電廠在強震之後DC中斷(進水、濺濕、電線脫落、儀控箱被砸到等事件的後果)或者各種電磁閥與安全閥故障(缺DC電流、不耐高溫、異物進入水╱蒸氣循環管路而造成堵塞與作動困難等事件的後果)的機率,以及強震後儀器讀數不正常、冷卻水管路強震後從接頭產生洩漏(LOCA)的機率。並請評估這些小故障同時發生的各種組合與機率(只要挑重要的討論)。
6)請評估上述零組件故障對「斷然處置」成效的影響(包括會不會讓「斷然處置」弄巧成拙)。