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钠冷快堆电厂危险识别与分析研究

2020-02-22颜寒杨晨

科技创新导报 2020年30期
关键词:核电厂

颜寒 杨晨

摘  要:以国内某钠冷快堆核电厂为对象,采用工程化的危险因素识别与分析流程,识别了初步危险清单,并对主要系统开展了系统危险分析,分析了系统各项危险要素的危险原因与危险后果。针对所识别的危险,按照危险严重等级与危险可能性等级划分风险等级,针对不同风险等级提出控制措施。根据电厂的危险识别与分析结果,提出风险控制意见。

关键词:钠冷快堆  核电厂  危险识别  危险分析

中图分类号:TL364                            文献标识码:A                    文章编号:1674-098X(2020)10(c)-0031-04

Abstract: This paper takes a sodium-cooled fast reactor nuclear power plant as the object,  an engineering risk factor identification and analysis process was used to identify the initial risk list of a sodium-cooled fast reactor nuclear power plant in China. The system risk analysis is carried out for the main system, and the risk causes and consequences of each element are analyzed. In the light of identified hazards, risk levels were ranked according to hazards severity levels and possibility levels. Control measures were proposed for different risk levels. According to the hazard identification and analysis results of power plant, the risk control suggestions were put forward.

Key Words: SFR; Nuclear power plant; Hazard identification; Hazard analysis

危险识别与分析是一种工程化的安全性分析方法,通过对物项识别所有的危险,确定危险原因和危险后果,对危险进行定性和定量的评价,以消除危险或者降低其风险,达到提高物项安全性水平的目的。

钠冷快堆是新一代核能系统的路线之一[1],我国某钠冷快堆核电厂正在开展施工设计与建设[2]。钠冷快堆核电厂系统结构复杂,存在大量潜在危险因素。传统的核电厂安全分析主要注重核与辐射事故的预防与控制,对于人员与设备的危险因素识别与分析不足。本文将采用工程化的危险识别与分析方法,对钠冷快堆核电厂的危险因素进行初步识别与分析。

1  危险识别与分析方法

危险识别与分析工作主要包含初步危险清单(PHL)、初步危险分析(PHA)、系统危险分析(SHA)等工作项目[3]。

危险识别与分析的工作程序如图1所示。

初步危险清单(PHL)是识别系统中可能存在的潜在危险和灾害,并通过列表的形式记录下来的一种分析技术。PHL是進行后续危险分析的起点,在PHL过程中,一旦危险被识别出来,随着设计的深入,分析人员需要利用一系列的分析技术对该项危险展开详细的危险分析和评估。

初步危险分析(PHA)是在设计早期阶段确定危险,识别危险产生原因,分析危险导致的灾害后果,确定风险水平和提出控制措施的一种方法。PHA的目的是要展开分析通常由初步危险列表(PHL)提供确定性的危险,另外一个目的是要在系统初期确定先前未知危害。PHA是在在初步设计阶段进行的。

系统危险分析(SHA)是初步危险分析的扩展。通过SHA可以将危险原因进一步细化到根原因。通过SHA的细化分析,可以有效保障核电产品的安全性设计要求在物项的低层级(设备级)得到满足和控制。

2  钠冷快堆电厂危险识别与分析

钠冷快堆电厂的危险识别总体按照前述程序进行。根据当前设计进展,本文将初步危险分析与系统危险分析合并,开展初步危险清单(PHL)识别与系统危险分析两方面工作。

2.1 初步危险清单(PHL)

PHL在方案阶段评估设计,不要求详细的设计信息,只需提供一份简单的危险列表。将系统清单中的项目与危险检查表中的项目进行比较,项目相同则说明危害可能存在,可以将其加入到PHL中。

PHL分析概要如图2所示。

钠冷快堆电厂的危险清单主要分为系统危险、接口危险、使用及操作危险。其中系统危险指由于系统及设备失效导致的危险;接口危险指系统间及与外部接口连接故障导致的危险,如电源、信号、特殊环境、物理结构等;使用及操作危险指在人员使用及操作过程中导致的危险。

在分析危险影响时,主要考虑人员伤害、设备损坏两方面。部分设备损坏可能导致停机,但在初步危险清单识别时不识别进一步影响。

钠冷快堆电厂的初步危险清单如表1所示。

2.2 系统危险分析(SHA)

SHA是在PHA的基础上,进一步制定详细的危险清单,对危险进行风险評价和控制。

SHA的分析流程包括:依据详细设计数据识别新的危险,识别和分析PHA危险和新危险的原因、后果,确定危险的风险、制定控制措施等。

以一回路系统为例,其系统危险分析结果如表2所示。

其中危险严重性等级I~IV表示由严重到轻微;发生可能性等级A~E表示频率由高到低。

3  危险分析结果

按照上述流程,对钠冷快堆电厂主要系统进行系统危险分析。对于识别出的每一条危险,需要根据其危险严重等级与危险可能性等级划分风险等级[5]。风险等级分为R1~R5五类。对不同风险等级的危险因素要求如下。

R1:不可接受风险,必须从设计上消除或降低风险;

R2:高度风险,须从设计上消除或降低风险,或采取补偿措施;

R3:中度风险,须尽可能采取措施降低风险;

R4:可接受风险,不必采取控制措施,但须进行监测;

R5:可忽略风险。

在钠冷快堆核电厂的危险识别与分析中,共识别出117个危险因素。其中风险等级为R2的危险有1个,风险等级为R3的危险有24个,风险等级为R4的危险有86个,风险等级为R5的危险有6个。可见大部分危险为中度以下危险,电厂的整体危险水平较低。

唯一的一个R2等级危险为二回路系统火灾与爆炸危险,这是由于蒸汽发生器(SG)泄漏可能发生的钠水事故,导致危险可能性等级提高。但是,由于钠水事故保护设计以及SG的多模块设计,SG的钠水反应的后果很小[6],即二回路系统火灾与爆炸危险的最严重后果与最大概率事件不同时发生,因此可将其调整至R3等级。

此外,高温危险虽然风险等级为R3,但其出现次数最多(21次)。这是由于电厂内存在大量高温系统与设备。因此应注意对电厂内的高温设备与管道进行隔热处理,并加强操作人员培训,进行人员管制。

参考文献

[1] GIF,Generation IV International Forum,Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy System,2016.

[2] 徐銤,杨红义.钠冷快堆及其安全特性[J].物理, 2016,45(9):561-568.

[3] 毛敏,李震,李丹,等.系统安全性交叉验证方法研究、实现与应用[J].电子设计工程,2018,26(4):15-18.

[4] 向阳.钠冷快堆钠水反应事故仿真方法及事故分析[D].合肥:中国科学技术大学,2019.

[5] 于洪程.安全生产“双重预防体系”在核电项目建设中的应用[J].江苏科技信息,2020,2(5):14-20.

[6] 徐帅,余华金,王冲,等.钠冷快堆蒸汽发生器小钠水反应现象数值模拟[J].原子能科学技术,2018,52(9):1641-1648.

[7] 杨云.基于数值模拟的钠冷快堆燃料组件堵流事故分析[D].上海:上海交通大学,2019.

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