核電廠管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估應(yīng)用研究

王詩薈

摘 要：管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估是識(shí)別核電廠安全重要管道的手段，該文闡述了核電廠管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估應(yīng)用的背景，介紹了管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估的方法和流程，以特定系統(tǒng)作為案例，定性分析案例系統(tǒng)管道破裂對核電廠安全的影響，并通過概率安全評價(jià)（PSA）模型進(jìn)行定量評價(jià)，對案例系統(tǒng)管道破裂的后果進(jìn)行分類，研究其管道破裂對核電廠風(fēng)險(xiǎn)的影響水平。

關(guān)鍵詞：核電廠 管道風(fēng)險(xiǎn)重要度 概率安全評價(jià)

中圖分類號：TP30 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（c）-0159-04

Abstract：The pipeline risk importance assessment is amethod to identificatesafety important pipeline in nuclear power plant. This paper introduces the background of pipeline risk importance assessment application and expatiates the method and process of pipeline risk importance assessment. Andthis paper take a specific system as a case， qualitatively analyzed the impact of the pipeline rupture on the safety of nuclear power plants， and carried out quantitative evaluation by probabilistic safety assessment （PSA） model， then classified the consequences of the case system pipeline rupture and study the risk affect level tothe nuclear power plant.

Key Words：Nuclear power plant； Pipeline risk importance； Probability safety assessment

概率安全評價(jià)（PSA）技術(shù)逐漸應(yīng)用于核電廠的各個(gè)領(lǐng)域，風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查是其在核電廠在役檢查領(lǐng)域的典型應(yīng)用，為制定在役檢查大綱提供合理的依據(jù)。管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估是風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，用于識(shí)別安全重要度高的管道，從而將檢查置于安全重要的位置。文章介紹核電廠管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估方法，并以案例進(jìn)行應(yīng)用研究。

1 應(yīng)用背景

1.1 概率安全評價(jià)技術(shù)

概率安全評價(jià)（PSA）是以概率論為基礎(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)量化評價(jià)技術(shù)，經(jīng)過30多年的發(fā)展，其在核電廠的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維修等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣泛，程度越來越深入。隨著其應(yīng)用發(fā)展，逐漸形成了風(fēng)險(xiǎn)指引型（Risk-Informed）安全管理理念和方法。基于對核電廠安全和經(jīng)濟(jì)上的貢獻(xiàn)，風(fēng)險(xiǎn)指引型應(yīng)用在世界范圍內(nèi)越來越被接受和推廣，國際上很多國家和地區(qū)的核安全管理者和核電廠推進(jìn)或開展了風(fēng)險(xiǎn)指引型的研究和應(yīng)用。我國國家核安全監(jiān)管部門也在大力推動(dòng)PSA的發(fā)展，于2010年頒布了技術(shù)政策，期望在國內(nèi)積極地、有步驟地推動(dòng)PSA技術(shù)更大范圍、更深層次的應(yīng)用。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查

在核電廠的運(yùn)行壽期內(nèi)，對于管道裂紋缺陷，可以通過實(shí)施在役檢查發(fā)現(xiàn)。風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查是近年來國際上流行的一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指引型應(yīng)用，它基于概率安全評價(jià)（PSA）風(fēng)險(xiǎn)見解和傳統(tǒng)工程分析，使得在役檢查能夠有針對性地實(shí)施，從而提高檢查效率。管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估是風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查開發(fā)的重要環(huán)節(jié)之一，用于識(shí)別安全重要的管段。在風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查中，將管道破裂后果與破裂可能性結(jié)合，優(yōu)先選取風(fēng)險(xiǎn)重要度高且破裂可能性大的部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查，從而有效利用有限資源，提高檢查效率。

2 管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估方法

管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估的基本流程如圖1所示，主要包括管段劃分、定性分析、定量評價(jià)、后果分類4個(gè)要素。

2.1 管段劃分

對系統(tǒng)進(jìn)行管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估，首先要將系統(tǒng)管道劃分為若干管段，并對劃分的管段進(jìn)行編碼。管段一般依據(jù)系統(tǒng)流程圖沿流體流向從上游往下游劃分，以設(shè)備、閥門、管道接口、安全殼作為劃分邊界，并且使同一管段預(yù)期后果影響相同。另外，在完成后果分類后，需要根據(jù)定量評價(jià)結(jié)果重新調(diào)整管段以保證每個(gè)管段具有相同的后果影響。

2.2 定性分析

定性分析主要對指分析管段破裂對電廠安全造成的影響進(jìn)行分析。管段破裂對電廠的影響方式包括直接影響和間接影響。直接影響指破裂直接導(dǎo)致系統(tǒng)某列或系統(tǒng)失效，或者直接導(dǎo)致始發(fā)事件。間接影響指破裂導(dǎo)致水淹、噴濺或管道甩擊，空間上影響相鄰結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和部件或?qū)е滤浜母啥沟孟嚓P(guān)系統(tǒng)失效。

對電廠風(fēng)險(xiǎn)而言，不管是直接影響或間接影響，導(dǎo)致的后果不外乎3種：始發(fā)事件、緩解能力喪失、兩者的組合。分析范圍包括內(nèi)部事件、早期大量放射性釋放、外部事件。

因此在進(jìn)行定性分析時(shí)，需要分析管段破裂對電廠造成的影響，從而判斷管段破裂在分析范圍內(nèi)會(huì)對電廠風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致哪種后果，以針對不同后果情況進(jìn)行定量評價(jià)。

2.3 定量評價(jià)

定量評價(jià)是指根據(jù)管段破裂定性分析的結(jié)果，定量計(jì)算管段破裂對電廠風(fēng)險(xiǎn)的影響，即基于概率安全評價(jià)（PSA）模型，計(jì)算管道破裂對電廠CDF和LERF的影響，即條件堆芯損壞概率（CCDP）和條件大量放射性釋放頻率（CLERP）。分析中所使用的PSA模型的范圍包括內(nèi)部事件一級PSA模型，早期大量放射性釋放頻率LERF模型以及外部事件PSA模型（包括內(nèi)部火災(zāi)、內(nèi)部水淹、地震等）。計(jì)算方法如下。

（1）始發(fā)事件。

對于管道破裂直接或間接導(dǎo)致始發(fā)事件的情況，CCDP和CLERP的計(jì)算公式分別為：

式中：

i為始發(fā)事件類；

CDFi為第i類始發(fā)事件導(dǎo)致的CDF；

LERFi為第i類始發(fā)事件導(dǎo)致的LERF；

Fi為第i類始發(fā)事件的發(fā)生頻率。

（2）緩解能力喪失。

對于管道破裂直接或間接導(dǎo)致緩解功能喪失的情況，CCDP和CLERP的計(jì)算公式分別為：

式中：

CDF1為某系統(tǒng)失效導(dǎo)致緩解能力喪失的CDF；

CDF0為計(jì)算的基準(zhǔn)CDF；

LERF1為某系統(tǒng)失效導(dǎo)致緩解能力喪失的LERF；

LERF0為計(jì)算的基準(zhǔn)LERF；

T為暴露時(shí)間。

T（暴露時(shí)間）為故障可能的存在的時(shí)間，根據(jù)不同情況，可能取技術(shù)規(guī)范中的后撤時(shí)間（AOT）、定期試驗(yàn)間隔、一個(gè)班值的時(shí)間等。

2.4 后果分類

基于上述定量評價(jià)得到的CCDP和CLERP，根據(jù)表1中的定量分類準(zhǔn)則，可將管道破裂后果進(jìn)行分類。

由表1可見，管道破裂后果可分為4類：

（1）高：管段破裂導(dǎo)致對電廠風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)重要的事件發(fā)生，和/或管段破裂明顯導(dǎo)致電廠緩解能力下降。

（2）低：管段破裂導(dǎo)致預(yù)期的運(yùn)行事件發(fā)生，和/或管段破裂不會(huì)明顯導(dǎo)致電廠緩解能力下降。

（3）中：介于高于低之間。

（4）無影響：管段破裂對風(fēng)險(xiǎn)無影響。

3 管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估應(yīng)用

3.1 管段劃分

根據(jù)上面介紹的管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估方法，以某核電廠主給水系統(tǒng)作為案例，選取3個(gè)典型的管段，重點(diǎn)介紹管段破裂定性分析、定量評價(jià)、后果分類的過程和結(jié)果，對于整個(gè)系統(tǒng)的管段劃分不做敘述。所選取的管段描述如表2所示，案例系統(tǒng)簡化流程簡圖見圖2。

3.2 定性分析

對案例管段進(jìn)行定性分析，結(jié)果如下。

3.2.1 GD-001

功率工況主給水系統(tǒng)運(yùn)行，該管段破裂會(huì)導(dǎo)致喪失主給水始發(fā)事件。

停堆工況主給水系統(tǒng)備用，該管段破裂會(huì)導(dǎo)致主給水系統(tǒng)功能喪失或降級，暴露時(shí)間為一個(gè)班值時(shí)間。

3.2.2 GD-002

功率工況主給水系統(tǒng)運(yùn)行，該管段破裂會(huì)導(dǎo)致喪失主給水始發(fā)事件。

停堆工況主給水系統(tǒng)備用，該管段破裂會(huì)導(dǎo)致主給水系統(tǒng)功能喪失或降級，暴露時(shí)間為一個(gè)班值時(shí)間。

對于內(nèi)部水淹，該管段所屬區(qū)域有3個(gè)主調(diào)節(jié)閥，管段破裂后會(huì)通過噴淋、局部水淹及重大水淹等對周圍造成影響，導(dǎo)致內(nèi)部水淹始發(fā)事件。

3.2.3 GD-003

功率工況主給水系統(tǒng)運(yùn)行，該管段破裂會(huì)導(dǎo)致主給水管道破口。

停堆工況該管段作為ASG系統(tǒng)給水管道運(yùn)行，該管段破裂會(huì)導(dǎo)致主給水管道破口。

3.3 定量評價(jià)

該案例使用內(nèi)部事件一級PSA模型、功率工況LERF模型、功率工況內(nèi)部水淹一級PSA模型、功率工況內(nèi)部火災(zāi)一級PSA模型，對案例管段進(jìn)行定量評價(jià)，分析結(jié)果如表3所示。

3.4 后果分類

案例管段的后果分類結(jié)果如表4所示。

4 結(jié)論與建議

通過以上對管道風(fēng)險(xiǎn)重要度評估方法的介紹可以看出，該方法不僅能夠定性識(shí)別管道破裂會(huì)造成的影響，而且能夠得到管道破裂后果的定量化結(jié)果。在實(shí)施管道破裂后果評估時(shí)，PSA模型的質(zhì)量直接影響定量評價(jià)的結(jié)果，因此必須確定所使用的PSA模型的范圍、詳細(xì)程度和技術(shù)充分性是否滿足評價(jià)要求。另外，為了確定管道破裂的影響，除了收集相關(guān)資料外，還應(yīng)進(jìn)行必要的現(xiàn)場巡訪，以使分析能夠在最大程度內(nèi)反映電廠的實(shí)際情況。

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