PSA分析技術(shù)在船用核動力裝置定期安全審查中應(yīng)用研究

葉博書 陸古兵 張龍飛 朱利文 王飛

摘 要：概率安全評價(jià)（PSA）是定期安全審查中（PSR）非常重要的一個安全要素。該文介紹了PSA分析技術(shù)在核電廠定期安全審查中的應(yīng)用現(xiàn)狀，從技術(shù)要求和實(shí)際需求兩個方面對船用核動力裝置定期安全審查應(yīng)用PSA分析技術(shù)的必要性進(jìn)行了探討。針對船用核動力裝置特點(diǎn)，探討了在其定期安全審查中應(yīng)用PSA分析技術(shù)的研究范圍和實(shí)施程序，并歸納了船用核動力裝置定期安全審查中PSA專題評審的主要步驟，提出了以故障樹分析為主的定性及定量安全評價(jià)方法。

關(guān)鍵詞：概率安全分析 船用核動力裝置 定期安全審查 專題評審 應(yīng)用方法

中圖分類號：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（a）-0018-03

定期安全審查（PSR）是以規(guī)定的時(shí)間間隔對運(yùn)行核電廠的安全性進(jìn)行的系統(tǒng)性的再評價(jià)，以應(yīng)對老化、修改、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)更新和廠址方面的積累效應(yīng)，目的是確保核電廠在整個使用壽期內(nèi)具有高的安全水平。為了便于審查，一般根據(jù)審查任務(wù)將其劃分為14個安全要素，概率安全評價(jià)（PSA）是其中非常重要的一個安全要素。在核電廠定期安全審查中，要求進(jìn)行針對每個審查對象的實(shí)時(shí)概率安全分析。

概率安全評價(jià)（PSA）又稱為概率風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)（PRA），是一種系統(tǒng)的工程安全評價(jià)技術(shù)。其在核電廠中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，逐漸成為核電廠設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行過程中必須執(zhí)行的關(guān)鍵步驟，已經(jīng)形成了比較成熟完整的基于PSA核電廠規(guī)程及相關(guān)方法制度。2004年4月國家核安全局已經(jīng)明確規(guī)定所有核電廠必須進(jìn)行PSA，各核電廠也已經(jīng)完成了各自的PSA報(bào)告并經(jīng)審評，正在開展PSA的應(yīng)用。而船用核動力裝置至今尚未有PSA規(guī)定要求，還處于方法應(yīng)用研究過程中。該文針對船用核動力裝置特點(diǎn)，探討了其應(yīng)用PSA的研究范圍和實(shí)施程序，提出了以故障樹分析為主的定性及定量安全評價(jià)方法。

1 PSA分析技術(shù)在核電廠定期安全審查中應(yīng)用現(xiàn)狀

概率安全評價(jià)的主要作用是能夠通過分析評價(jià)來深入了解核電站的設(shè)計(jì)、性能和環(huán)境影響，包括對支配性風(fēng)險(xiǎn)因素的鑒別以及對可降低風(fēng)險(xiǎn)的各種方案進(jìn)行比較。根據(jù)IAEA safety seiers No.106和IAEA-TECDOC-1200，PSA可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)和變更、事故管理、核電廠運(yùn)行、安全分析和研究、核安全部門管理等幾方面。IAEA在其相關(guān)文件中提出了在核電站的PSR中建議應(yīng)用PSA。在法國，PSA首先被用于900MW機(jī)組的第二次PSR，包括確認(rèn)電廠改進(jìn)的有效性（如對VD2、PIS2等批次的改進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)行評價(jià)）。

在我國，NNSA在各個方面都有PSA的要求，如在核安全政策中“新建核電廠設(shè)計(jì)中的幾個重要安全問題”以及在HAF0312中的建議等。HAF 0312的第7.2節(jié)第4款關(guān)于在PSR中應(yīng)用PSA的具體描述為：“如果已經(jīng)進(jìn)行PSA，并且得到了核安全部門的認(rèn)可，則該P(yáng)SA的結(jié)果就可以被用來衡量每個缺陷未解決所引起的風(fēng)險(xiǎn)。PSA的信息顯然是有幫助的，但由于其數(shù)據(jù)和技術(shù)的不確定性，只依據(jù)PSA的結(jié)果還不能對核電廠的繼續(xù)運(yùn)行做出決定?！?/p>

我國將技術(shù)狀態(tài)與運(yùn)行安全評估運(yùn)用在大亞灣核電站、秦山一期核電站以及中國核動力研究設(shè)計(jì)院高通量工程試驗(yàn)堆，國家核安全局進(jìn)行了安全審查。根據(jù)大亞灣核電站十年安全審評大綱的要求，在確定論安全分析的基礎(chǔ)上應(yīng)充分利用PSA技術(shù)，對在PSR過程中發(fā)現(xiàn)的問題（偏差）進(jìn)行分析評價(jià)；對于確實(shí)影響安全運(yùn)行的偏差，需要論證采取糾正行動后電廠運(yùn)行的安全水平能滿足新的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)要求。大亞灣核電站PSR的11個安全因素為：核電廠的實(shí)際狀態(tài)；安全分析；設(shè)備合格鑒定；老化管理；安全性能；其他核電廠經(jīng)驗(yàn)和研究成果的利用；規(guī)程；組織和行政管理；人因；應(yīng)急計(jì)劃；環(huán)境影響。而安全分析和規(guī)程兩個因素是對PSA提出應(yīng)用要求的主要安全因素。在近兩年內(nèi)，大亞灣核電站進(jìn)行了設(shè)計(jì)審查專題的審評工作（屬于安全分析因素），主要是通過借鑒法國電力公司（EDF）的經(jīng)驗(yàn)反饋及確定論的方法提出了大亞灣核電站的糾正行動建議，其中包括系統(tǒng)的改造及規(guī)程的修改等內(nèi)容。為了更全面地評價(jià)這些糾正行動，需要利用大亞灣核電站現(xiàn)有的PSA評價(jià)工具對相關(guān)改進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)行評價(jià)，以評估相關(guān)糾正行動對核安全的貢獻(xiàn)。

2 船用核動力裝置定期安全審查應(yīng)用PSA分析技術(shù)的必要性

本章主要對PSA在船用核動力裝置中應(yīng)用的必要性進(jìn)行研究，通過對國內(nèi)外定期安全審查中PSA應(yīng)用及研究情況的調(diào)查可以看出，PSA分析技術(shù)基本都應(yīng)用于核電動力廠，其在船用核動力裝置方面的應(yīng)用基本無公開發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)公開發(fā)表。但是，隨著其在核電廠中應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)和制度的逐漸成熟，將其應(yīng)用于船用核動力裝置定期安全審查也將成為必然的發(fā)展趨勢。因?yàn)?，對于船用核動力裝置來說，其的關(guān)鍵部分（即動力來源、核設(shè)施中潛在危險(xiǎn)最嚴(yán)重的部件）與核電廠均相同，根據(jù)相關(guān)性思想，在PSA分析技術(shù)應(yīng)用于船用核動力裝置定期安全審查的研究中，可以利用其在核動力廠中法規(guī)體系及相關(guān)技術(shù)作為背景進(jìn)行研究。下面主要從目前船用核動力裝置PSR在安全監(jiān)督方面所需的技術(shù)要求及實(shí)際需求兩個方向進(jìn)行分析。

2.1 技術(shù)要求

目前，PSA在核電廠安全評價(jià)中已經(jīng)具有相關(guān)的法規(guī)體系，并成為核電廠安全評價(jià)的一個標(biāo)準(zhǔn)化工具，而船用核動力裝置安全評價(jià)尚無標(biāo)準(zhǔn)化的工具的研究。安全性在核反應(yīng)堆運(yùn)行過程中是重中之重，尤其是在核潛艇、核動力船方面，因?yàn)槟壳斑@兩種動力裝置主要應(yīng)用于軍事，在民用上還未出現(xiàn)核動力裝置。隨著各種相應(yīng)鑒定安全的相應(yīng)技術(shù)的不斷發(fā)展，在船用核能安全方面，應(yīng)具有以下特性。

（1）原子核裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)具有不穩(wěn)定性，其安全分析技術(shù)無法進(jìn)行固定模式的確定。

（2）船用核動力裝置在運(yùn)行過程中，其運(yùn)行環(huán)境隨時(shí)可變，在針對運(yùn)行的過程中進(jìn)行作安全分析時(shí)，需要加入運(yùn)行環(huán)境這一要素。

（3）核動力裝置運(yùn)行過程中，其運(yùn)行功率隨時(shí)在變動，無法以固定的安全分析模式技術(shù)對其進(jìn)行過程安全評價(jià)，遇到突發(fā)狀況時(shí)只能依靠經(jīng)驗(yàn)中出現(xiàn)的頻率情況估計(jì)后再下命令進(jìn)行處置。

（4）船用核動力裝置的人員配置在設(shè)計(jì)時(shí)也實(shí)行了最優(yōu)選擇，造成了運(yùn)行過程中每一操縱員所遇狀況不同，因此經(jīng)驗(yàn)式的安全評價(jià)技術(shù)也各不相同。

鑒于以上的船用核動力裝置所具有的特性可以看出，在進(jìn)行船用核動力裝置安全評價(jià)方面所采用的技術(shù)應(yīng)具有全面性、綜合性的特點(diǎn)。因此選取PSA相關(guān)技術(shù)作為船用核動力裝置安全評價(jià)的方法，將會大大提高運(yùn)行過程中的安全性，同時(shí)提升高效率，減少過程預(yù)估的時(shí)間的浪費(fèi)。

2.2 實(shí)際需求

目前，PSA在核動力廠定期安全審查中已經(jīng)形成了一套完整的法規(guī)體系，具有比較成熟的相關(guān)理論，在實(shí)際應(yīng)用中，它可以作為技術(shù)指導(dǎo)。隨著第一座核電站建立以來，商用核電廠得到了迅速的發(fā)展，也有幾十年的運(yùn)行歷史，在相關(guān)行業(yè)已經(jīng)積累了非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也已經(jīng)形成了各種安全評價(jià)方法體系及相關(guān)法規(guī)體系。

船用核動力裝置主要是用于巡航、護(hù)衛(wèi)等的任務(wù)艦船的動力裝置，其安全的重要性的重要程度不言而喻。在運(yùn)行過程中，涉及到很多相關(guān)技術(shù)人員，這就意味著在安全方面需要具有一套可依據(jù)的參考方案。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中，依據(jù)PSA在核電動力廠中的應(yīng)用研究技術(shù)進(jìn)行船用核動力裝置的安全評價(jià)，并形成一種規(guī)格報(bào)告書作為船用核動力裝置PSR的重要內(nèi)容，以提高其航行及作戰(zhàn)效率。而且對于船用核動力裝置，在每一期的安全評審中都應(yīng)進(jìn)行安全評價(jià)的報(bào)告式文件供參考。

3 PSA在船用核動力裝置定期安全評審中應(yīng)用方法探討

3.1 船用核動力裝置定期安全評審的特點(diǎn)

在船用核動力裝置的運(yùn)行過程中，為了保證其運(yùn)行的安全性、可靠性，需要對整個船用核動力裝置進(jìn)行定期安全評審，即以規(guī)定的時(shí)間間隔對核動力裝置的安全性進(jìn)行系統(tǒng)性的再評價(jià)，以應(yīng)對運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)更新、設(shè)備老化及修改等方面的積累效應(yīng)。船用核動力裝置在整個運(yùn)行史中，可能會出現(xiàn)設(shè)備更換，監(jiān)測系統(tǒng)升級，設(shè)備老化等情況，并且出現(xiàn)的時(shí)間無法確定，這就需要當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，對核動力裝置進(jìn)行安全評審，以估計(jì)該核動力裝置的運(yùn)行可靠性，即具有以下特點(diǎn)。

（1）就目前的船用核動力裝置來說，其緊急運(yùn)行時(shí)間無法確定，這在安全方面就要求隨時(shí)做好安全評審的準(zhǔn)備，以保證船用核動力裝置在緊急運(yùn)行過程降低風(fēng)險(xiǎn)，提高可靠性。

（2）船用核動力裝置運(yùn)行環(huán)境不是穩(wěn)定不變的，它隨時(shí)可能會遇見強(qiáng)大的震動等外在因素影響，容易造成設(shè)備問題繼而發(fā)生事故，如果具有定期安全評審，將可以根據(jù)以往的評審結(jié)果進(jìn)行判斷，從而降低事故的發(fā)生。

（3）當(dāng)船用核動力裝置在維修后，設(shè)備性能可能發(fā)生改變，從而隱藏風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)進(jìn)行安全評審，可以大大降低這種隱患。

（4）船用核動力裝置在運(yùn)行過程中，其運(yùn)行功率隨時(shí)變動，造成設(shè)備可能出現(xiàn)一些無法適應(yīng)這種突變的情況，此時(shí)的安全評審在解決該類問題時(shí)具有重要的作用。

鑒于以上的特點(diǎn)，在船用核動力裝置中引進(jìn)PSA技術(shù)，可以對定期安全評審的結(jié)果進(jìn)行頻率分析，查找出船用核動力裝置在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中的薄弱環(huán)節(jié)，并對這些薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行評價(jià)，然后彌補(bǔ)。需對潛艇核動力裝置定期安全評價(jià)與審查技術(shù)方法開展深入、系統(tǒng)的研究，以切實(shí)掌握核動力裝置實(shí)際技術(shù)狀態(tài)與安全水平。

3.2 應(yīng)用方法探討

在船用核動力裝置進(jìn)行定期安全評審后，就可以得到該次評審結(jié)果中核動力裝置所顯示的狀態(tài)。但是，船用核動力裝置在整個壽命限期內(nèi)，涉及了設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理及安全監(jiān)督等方面，定期安全評審的報(bào)告文件將會復(fù)雜多變，在應(yīng)用過程中將會比較耗時(shí)。因此，可以在安全評審中采用PSA的方法對船用核動力裝置安全評價(jià)分析，評價(jià)各種不同的設(shè)計(jì)選擇方案。在應(yīng)用PSA時(shí)，通過考慮由各種假設(shè)始發(fā)事件、人因差錯和安全系統(tǒng)的重要措施對于風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)來識別薄弱環(huán)節(jié)，特別是在早期核動力裝置設(shè)計(jì)中未充分考慮潛在的交聯(lián)耦合和共因事件的相互影響。

PSA作為整體研究工作，需要大量的初始信息，如船用核動力裝置設(shè)計(jì)、航行范圍內(nèi)水文、氣象環(huán)境信息和一般性數(shù)據(jù)、裝置運(yùn)行具體信息等。PSA分析要基于管路系統(tǒng)圖、電氣系統(tǒng)圖和儀表系統(tǒng)圖，各個分系統(tǒng)的說明性資料，船用動力裝置試驗(yàn)、維修、運(yùn)行規(guī)范。并且，要反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和安全殼的設(shè)計(jì)資料。

在收集數(shù)據(jù)的過程中，用通用數(shù)據(jù)和船用核動力裝置累積特有數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行堆芯、安全殼發(fā)生事故物理過程分析和放射性核素釋放運(yùn)行的分析，計(jì)算放射性在船體空間內(nèi)彌散造成的工作人員收到的放射性劑量和造成的健康效應(yīng)。

先通過定期安全評審的方式得出一份報(bào)告文件，然后根據(jù)這份報(bào)告文件的情況找出裝置的薄弱環(huán)節(jié)，綜合這些薄弱環(huán)節(jié)按照概率分析法的特點(diǎn)對其故障檢修，即按出現(xiàn)頻率高低排位進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排除。并在核動力裝置運(yùn)行壽期內(nèi)應(yīng)保持概率安全分析更新，以便將其用于決策過程。

該文結(jié)合船用核動力裝置特點(diǎn)，借鑒地核電廠PSR中概率安全分析技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，將船用核動力裝置PSR中PSA專題評審的主要步驟歸納如下（見圖1）。

（l）明確PSA的目標(biāo)和范圍，編寫PSA專題的評審細(xì)則。

（2）建立審查組織和團(tuán)隊(duì)，完成評審細(xì)則的審查和批準(zhǔn)。

（3）選擇恰當(dāng)?shù)姆治龇椒ú?gòu)建船用核動力裝置三級PSA模型。

（4）熟悉設(shè)施裝置并收集數(shù)據(jù)信息，對構(gòu)建的三級PSA模型進(jìn)行評審。

（5）對于在PSR過程中發(fā)現(xiàn)的偏差和糾正措施，討論確定哪些需要進(jìn)行概率風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

（6）使用PSA評價(jià)工具及方法進(jìn)行評價(jià)，選擇初始事件，進(jìn)行事故序列建模和危害識別及篩選。

（7）對數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)并估算參數(shù)，對存在的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)量化，并完成相應(yīng)的評價(jià)報(bào)告。

（8）編寫并提交PSA專題評審報(bào)告。

4 結(jié)語

（1）在船用核動力裝置的PSR中應(yīng)用PSA分析技術(shù)是必然發(fā)展趨勢。

（2）在船用核動力裝置的PSR中使用PSA評價(jià)工具及方法對相關(guān)偏差及其糾正行動進(jìn)行評價(jià)是是現(xiàn)實(shí)可行的，有利于切實(shí)掌握核動力裝置實(shí)際技術(shù)狀態(tài)與安全水平。

（3）在核動力裝置運(yùn)行壽期內(nèi)應(yīng)保持概率安全分析更新，以便將其用于決策過程。

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