基于風(fēng)險指引方法的過濾排放系統(tǒng)改進(jìn)分析

劉 靜 魏 瑋 王高鵬 喻新利

（中國核電工程有限公司，北京100840）

0 引言

安全性與經(jīng)濟(jì)性是核電廠設(shè)計中關(guān)注的核心主題。使用概率論分析方法評價電廠安全性，可以有效識別電廠設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)和風(fēng)險代價，進(jìn)而為設(shè)計的優(yōu)化改進(jìn)指引方向，在保證整體安全水平滿足設(shè)計要求的前提下，為盡可能提高核電廠建造和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提供支持。國家核安全局于2016年發(fā)布的新版HAF102[1]《核動力廠設(shè)計安全規(guī)定》中明確要求：“必須在核動力廠的整個設(shè)計過程中進(jìn)行全面的確定論安全評價和概率論安全評價”。設(shè)計階段采用概率安全評價方法，可以從風(fēng)險角度解析設(shè)計，通過風(fēng)險分析和設(shè)計改進(jìn)的迭代，保證核動力廠設(shè)計的安全和平衡。

美國在核電管理領(lǐng)域引入風(fēng)險指引型決策方法[2]，并在技術(shù)規(guī)格書優(yōu)化[2]、管道在役檢查、風(fēng)險監(jiān)測器開發(fā)等活動中應(yīng)用，形成了一套相對比較成熟的風(fēng)險指引型監(jiān)管框架。即全面考慮了風(fēng)險分析、縱深防御原理的工程分析和判斷、安全裕量以及歷史績效等信息的綜合決策方法。通過研究風(fēng)險指引型決策方法，并在電廠設(shè)計階段形成一套基于風(fēng)險指引的嚴(yán)重事故緩解措施設(shè)計改進(jìn)評價方法，可以通過風(fēng)險分析的方法評價設(shè)計改進(jìn)的技術(shù)可行性，支持嚴(yán)重事故緩解措施設(shè)計變更的決策。

1 基于風(fēng)險指引的嚴(yán)重事故緩解措施設(shè)計改進(jìn)評價方法

1998年6月，NRC發(fā)布了《關(guān)于風(fēng)險指引型和基于績效型監(jiān)管的白皮書》，總結(jié)了基于PSA應(yīng)用的核安全管理決策方法：基于風(fēng)險型方法、風(fēng)險指引型方法、基于績效型方法、風(fēng)險指引型與基于績效型相結(jié)合的方法。風(fēng)險指引型與基于績效型相結(jié)合的方法通常簡稱為風(fēng)險指引型決策方法。NRC明確地將風(fēng)險指引型決策方法納入核安全管理的決策過程中，這種方法與以往基于確定論和專家判斷的決策方法相比，減輕了過分保守的規(guī)定，給了核電廠以更大的靈活性，更加科學(xué)和合理。參考風(fēng)險指引決策方法在技術(shù)規(guī)格書優(yōu)化、管道在役檢查、風(fēng)險監(jiān)測器開發(fā)等活動中的應(yīng)用，結(jié)合目前三代核電廠的設(shè)計情況，總結(jié)了一套基于風(fēng)險指引的嚴(yán)重事故緩解措施設(shè)計改進(jìn)評價方法，如圖1所示。

圖1 基于風(fēng)險指引的嚴(yán)重事故緩解措施設(shè)計改進(jìn)評價方法

該評價方法主要包含以下幾個步驟：

（1）基于基準(zhǔn)PSA模型分析結(jié)果，得出嚴(yán)重事故緩解措施相關(guān)的風(fēng)險見解，識別出嚴(yán)重事故緩解的設(shè)計薄弱緩解或冗余項。結(jié)合工程判斷及先進(jìn)堆型的實踐經(jīng)驗，提出相關(guān)的改進(jìn)方案。

（2）通過PSA模化措施改進(jìn)方案，評估改進(jìn)后的風(fēng)險增加量，以及概率安全目標(biāo)。對于嚴(yán)重事故緩解措施的評價，主要影響的風(fēng)險量是早期大量放射性釋放頻率（LERF）和大量放射性釋放頻率（LRF），影響概率安全目標(biāo)。

（3）嚴(yán)重事故緩解措施主要對應(yīng)縱深防御第四層次的設(shè)計原則及設(shè)計要求，1-4層次的設(shè)計措施共同作用保證了第四層次的安全目標(biāo)，即在嚴(yán)重事故下僅需要在區(qū)域和時間上采取有限的防護(hù)行動，且避免場外放射性污染或?qū)⑵錅p至最小，以及實際消除早期或大量放射性釋放。通過確定論及概率論相結(jié)合的方式評價改進(jìn)方案實施后對放射性目標(biāo)及實際消除目標(biāo)的影響。

（4）結(jié)合風(fēng)險增加量評估結(jié)果、縱深防御及設(shè)計要求評價、確定論評價結(jié)果，對嚴(yán)重事故緩解措施改進(jìn)方案進(jìn)行評價。如縱深防御原則及設(shè)計要求滿足，確定論評價結(jié)果可以接受，概率安全目標(biāo)能夠滿足，則表明該改進(jìn)方案在技術(shù)上是可行的。如不滿足則進(jìn)一步調(diào)整方案及評估，或取消該改進(jìn)方案。

2 三代核電廠過濾排放系統(tǒng)設(shè)計改進(jìn)評價

二代改進(jìn)型核電廠設(shè)計建造期間，國內(nèi)法規(guī)沒有對嚴(yán)重事故專用緩解系統(tǒng)的設(shè)計要求，核電廠的嚴(yán)重事故緩解主要依靠專設(shè)安全設(shè)施的功能擴(kuò)展，安全殼晚期超壓風(fēng)險主要依靠安全殼噴淋系統(tǒng)應(yīng)對。安全殼過濾排放系統(tǒng)的設(shè)置，有效降低了安全殼晚期超壓風(fēng)險[3，4]。HAF102-2016《核動力廠設(shè)計安全規(guī)定》中增加了關(guān)于設(shè)計擴(kuò)展工況的設(shè)計要求。要求設(shè)計必須考慮設(shè)計擴(kuò)展工況來確定額外的事故情景，并針對這類事故制定切實可行的預(yù)防和緩解措施。由于三代核電廠設(shè)計擴(kuò)展工況預(yù)防和緩解措施的設(shè)計，安全殼過濾排放[5]在釋放類中的占比明顯降低，如表1所示?；谌穗姀S的設(shè)計情況，提出取消安全殼過濾排放系統(tǒng)的設(shè)計改進(jìn)。

表1 安全殼過濾排放釋放類占比變化

三代核電廠設(shè)計有非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，且安全殼的自由容積較大。通過確定論分析，假設(shè)發(fā)生安全殼內(nèi)主蒸汽管道破口事故導(dǎo)致的嚴(yán)重事故，快速卸壓和堆腔注水系統(tǒng)均可用，非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)可用，事故后24小時內(nèi)安全殼峰值壓力為0.45MPa.a，72小時內(nèi)安全殼峰值壓力不會達(dá)到安全殼嚴(yán)重威脅壓力。

采用概率安全分析方法?；∠踩珰み^濾排放系統(tǒng)的改進(jìn)方案，各釋放類頻率結(jié)果見表2。考慮安全殼過濾排放系統(tǒng)的情況下，內(nèi)部事件導(dǎo)致的安全殼晚期超壓失效包含RC07和RC08釋放類，約為1.07×10-11/堆·年，總的大量放射性釋放頻率（LRF）約為1.91×10-08/堆·年。不考慮安全殼過濾排放系統(tǒng)的情況下，內(nèi)部事件導(dǎo)致的安全殼晚期超壓失效包含R07-R10釋放類，約7.63×10-09/堆·年，總的LRF約為2.65×10-08/堆·年。

表2 三代核電廠各釋放類頻率

參考《“華龍一號”融合方案核電項目安全審評原則》[6]，采用發(fā)生頻率小于1×10-07/堆·年作為一種“實際消除”的輔助概率判斷值論證。不考慮安全殼過濾排放系統(tǒng)的情況下，三代核電廠依舊滿足實際消除安全殼晚期超壓導(dǎo)致的大量放射性釋放的目標(biāo)，且滿足三代核電廠LRF安全目標(biāo)。

通過在基準(zhǔn)模型上進(jìn)行改進(jìn)方案的?；治觯桨父倪M(jìn)后總的LRF結(jié)果仍然能夠滿足概率安全目標(biāo)。根據(jù)確定論分析，取消安全殼過濾排放系統(tǒng)，安全殼能夠在事故后72小時內(nèi)保證其完整性。通過縱深防御原則及要求分析，取消安全殼過濾排放系統(tǒng)后，依舊滿足實際消除安全殼晚期超壓導(dǎo)致的大量放射性釋放的目標(biāo)?；陲L(fēng)險指引的評價方法，取消安全殼過濾排放系統(tǒng)是可行的。

3 結(jié)論

風(fēng)險指引方法為設(shè)計方案的決策提供系統(tǒng)的評價方法，從安全評價和風(fēng)險見解的角度為設(shè)計提供支持，通過風(fēng)險分析和設(shè)計變更的迭代，保證了核動力廠的安全和平衡。基于風(fēng)險指引的嚴(yán)重事故緩解措施設(shè)計改進(jìn)評價方法，為嚴(yán)重事故緩解措施的設(shè)計優(yōu)化提供了重要支持。

基于風(fēng)險指引方法，對取消安全殼過濾排放系統(tǒng)的設(shè)計改進(jìn)進(jìn)行評價。取消安全殼過濾排放系統(tǒng)，事故后72小時內(nèi)安全殼完整性可以保證，且概率安全分析得出風(fēng)險增加量很小，仍能保證概率安全目標(biāo)及縱深防御第四層次中提出的“實際消除”的目標(biāo)。從技術(shù)評價的角度上，取消安全殼過濾排放系統(tǒng)的設(shè)計改進(jìn)是可行的。