ESD＿FT綜合分析法在船用堆失水事故分析中的應用

任 鑫 趙新文 蔡 琦

海軍工程大學船舶與動力工程學院，湖北武漢430033

ESD＿FT綜合分析法在船用堆失水事故分析中的應用

任 鑫 趙新文 蔡 琦

海軍工程大學船舶與動力工程學院，湖北武漢430033

ESD（事件序列圖）方法常用于對事故發展進程及其后果進行分析，但在模型控制及圖形建模能力方面存在不足。對較復雜的系統而言，用純粹的ESD方法所產生的模型往往過于龐大、復雜且不直觀。相反，在ESD方法的基礎上，對ESD方法進行拓展和完善，采用ESD＿FT（故障樹）綜合分析法所產生的模型比較簡潔直觀，且可以充分利用故障樹分析技術的優勢。探討ESD＿FT綜合分析法在船用反應堆事故分析中的應用，提出一種新的由內部故障樹展開的ESD基本事件，建立船用堆失水事故的ESD＿FT分析模型，得到了事故的發生概率。從分析結果可知，ESD＿FT綜合分析法是一種有效而實用的事故分析方法。

事件序列圖；故障樹；失水事故；內部故障樹

1 引言

事件序列圖法（ESD），是一種直觀的圖形描述方法，能真實地描述系統的事故場景，在對動態系統進行風險評估時可很好地將時間、過程變量以及操作人員的動態因素考慮在內，對動態系統具有一定的風險評估能力。但ESD方法在模型控制、共因事件處理及圖形建模能力等方面存在不足，對較復雜的系統而言，用純粹的ESD方法所產生的模型往往過于龐大、復雜且不直觀，而采用ESD＿FT綜合分析法所產生的模型比較簡潔直觀且可以充分利用故障樹分析技術的優勢，ESD＿FT綜合分析法是一種非常有效的事故分析方法。

2 ESD及ESD＿FT方法簡介

ESD的基本單元包括事件、條件、邏輯門和約束條件等。對動態系統進行描述時，ESD中引入了諸如競爭、限制等多種動態邏輯符號［1］。ESD常用的各種符號如表1所示。

表1ESD的常用符號

事件E同限制C是競爭發生的。如果事件E獲勝，事故場景向m方向發展，如果限制C獲勝，事故場景的發展方向由限制C確定。

ESD＿FT綜合分析方法是指在利用ESD方法對系統進行建模的基礎上，通過故障樹對ESD中的各事件進一步建模，以ESD中的事件為頂事件的故障樹稱為內部故障樹。為使ESD＿FT綜合分析法更加簡潔直觀，引入一個新的符號來表示由內部故障樹展開的ESD基本事件，如圖1所示。結合故障樹的ESD方法基本流程如圖2所示。

3 反應堆補水系統

反應堆補水系統兼作高壓注射系統，其工作過程分為補水制備和補水上充兩個階段，分別為Ⅰ子系統和Ⅱ子系統，其中Ⅰ子系統由水源、補水駁運泵、除氧／鹽離子交換器、各種閥門組成，Ⅱ子系統由補水泵、熱交換器、過濾器和閥門等組成［2］。其原理圖如圖3所示。

圖1 由內部故障樹展開的ESD事件

圖2 結合故障樹的ESD方法基本流程圖

圖3 補水系統原理圖

4 失水事故ESD分析

4.1 假設和邊界條件

假設系統在運行期間發生失水事故，補水系統兼作高壓注射系統。當發生小破口失水事故后，補水系統向反應堆（R）注水［3］。初始事件為t＝0時發生失水事故。當其發生后，只考慮系統是否能夠實現緊急停堆，不考慮反應堆停堆后的事故處理，如果反應堆能在允許時間內實現停堆，認為反應堆是安全的，否則認為反應堆失控。SP為壓力傳感器，用于監控反應堆壓力，當壓力達到最小限值時（P＜Pmin），系統將啟動相應的控制器。SW為水位傳感器，用來監控穩壓器水位，當水位達到低水位限值Wmin時，系統將啟動相應的控制器。CP為壓力控制器，當反應堆壓力達到極限，系統將通過壓力控制器啟動停堆邏輯（SDL）。CW為水位控制器，當水位傳感器探測到水位達到極限，系統將通過水位控制器啟動停堆邏輯［4］。下圖中，SCM為緊急停堆裝置。

圖4 發生小破口失水事故后系統響應流程圖

4.2 ESD分析過程

圖5 失水事故的ESD模型

考慮反應堆在運行期間發生失水事故，采用ESD方法對系統的事故場景進行分析。下面簡述ESD模型的建立過程。本文詳細描述初始事件為t＝0時發生小破口失水事故的ESD模型（圖5）建立過程。如果系統在整個任務時間Tm內，補水系統正常運行，則事件將不會發生。因此，事件的發生時間必須小于Tm，任務時間實際上是系統的一個全局限制。如果SDL或者SCM失效，反應堆將因無法緊急停堆而失控，在此期間，操縱員發現故障并實施手動停堆所允許的最長時間為tm［5］。系統的ESD模型如圖5所示。

發生失水事故時，反應堆穩壓器的壓力和水位下降。且穩壓器壓力達到下限和水位達到下限成為相互競爭的事件［6］。如果壓力首先達到下限，先確認壓力傳感器SP是否正常工作。如果SP正常，經過延遲后，CP開始啟動；若CP正常啟動并工作，則系統進程朝著可擴展門Ⅱ發展。經延遲后SDL開始啟動，若SDL正常啟動并工作，則延遲后SCM開始啟動；若SCM正常啟動并工作，則事故場景最終達到反應堆緊急停堆成功的終態，即反應堆安全。如果SDL或者SCM失效，則依賴操縱員是否發現故障，如果發現及時，操縱員通過手動停堆，同樣可以達到反應堆緊急停堆成功的終態［7］。

5 FT分析

5.1 建造故障樹

假設補水系統中水源的成功概率為1，即認為水源在任務時間內不發生故障。通過對整個補水系統的分析以及失水事故發生后各個部分對事故的響應，建造以船用反應堆發生失水事故后反應堆失控為頂事件的故障樹［8］，如圖6所示。

圖6 發生小破口失水事故后反應堆不能正常運行的故障樹

5.2 故障樹定性與定量分析

假設各類傳感器發生故障且操縱員未及時發現的概率為0.05。假設補水系統各部件的成功概率如表2所示。

表2 補水系統各部件的成功概率

表3中，其中prob表示對應割集的發生概率，比重表示對應割集的概率占頂事件發生概率的百分比［9］。假定圖6所示故障樹的所有最小割集為C1，…，Ci，并且已知基本事件x1，…，xn發生的概率，可以利用下式求得頂事件T發生的概率［10-12］，即

也可以利用RISKSPECTRUM軟件計算，最終得到發生小破口失水事故后，發生失水事故后反應堆失控的概率為1.282E－005，反應堆不能正常運行的故障樹的最小割集數為224個，其中五階割集48個，六階割集112個，七階割集64個。根據概率值截斷原則，本文給出發生失水事故后導致反應堆失控的概率值最大的前10個割集如表3所示。

表3 導致頂事件發生的前10個割集

6 結束語

本文探討了ESD＿FT綜合分析法在船用堆失水事故分析中的應用，根據對事故的分析建立了失水事故的ESD，在ESD中描述了諸如競爭、物理變量條件、延遲、并發過程等動態現象，獲得ESD的定性形式后，并結合對ESD中的基本事件的故障樹分析，得到發生失水事故后反應堆失控的概率為1.282E－005，為失水事故的定量分析提供依據。與傳統的事件樹和獨立的故障樹方法相比，ESD給出了系統大量的動態信息，更適合于船用堆事故研究，ESD＿FT綜合分析法是一種非常有效的動態概率安全分析方法。

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ESD＿FT Method in the Analysis of Marine Reactor Water－loss Accident

Ren Xin Zhao Xin－wen Cai Qi
College of Naval Architecture&Power，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China

Event Sequence Diagram （ESD）method is usually used to analyze the accident's development and consequences.However，it is quantitatively insufficient to control the model scale and lack of modeling capability.For the complicated system，model purely produced by ESD method is often too complicated to be intuitive.A hybrid approach is employed which combines ESD with Fault Tree method to produce the model.In this way，it can make full use of the advantages of fault tree analysis techniques and the produced model is more concise and intuitive.This paper explores the application of ESD＿FT method in the marine reactor accident analysis，and a new evolving ESD event by inner FT is proposed，and the model marine reactor water－loss accident analysis is established.Finally，happening probability of accident is obtained.The results show that ESD＿FT method is more effective and applicable for the accident analysis.

Event Sequence Diagram；fault tree；water－loss accident；inner fault tree

TL364.1

A

1673－3185（2009）05－49－05

2009－03－30

任 鑫（1984－），男，碩士研究生。研究方向：核動力工程。E-mail：renxins841013＠163.com

趙新文（1968－），男，副教授，碩士生導師。研究方向：核動力工程

蔡 琦（1962－），男，教授，博士生導師。研究方向：核動力工程