核電廠埋地管風險分級方法研究

魏松林 龔怒 黃紅科 鄭云翼 劉朝 方江

1.中核武漢核電運行技術股份有限公司 湖北武漢 430000

2.中核核電運行管理有限公司 浙江海鹽 314300

1 背景

核電廠埋地管包括直埋和管溝兩種形式，涉及重要廠用水系統、循環水系統、消防水系統、化學水系統、工業水系統、排污水系統等多個系統，數量巨大，系統功能各不相同；不同的管段，所處的內外部環境也存在較大差異，這些因素將導致埋地管段降質失效的可能性及失效導致的后果存在較大差別。為了制定更有針對性且可操作性更強的埋地管管理策略，有必要綜合考慮各方面因素，對不同的埋地管段進行風險分級，以作為開展埋地管檢查、評估及維護工作的基礎。

目前，國際上核能行業已經成功將風險分級方法應用于埋地管，并形成了相關的成果文件，文獻包括USNRC NUREG/CR-6876[1]、EPRI1021175[2]、NEI09-14[3]、IAEA 核 能 系 列出版物NP-T-3.1、CSA標準N285.7。另外，風險預知決策的方法在核電廠在役檢查方面進行了應用，獲得了較好的效果，如EPRI TR-112657、ASME Code Case N-578-1。國際上埋地管風險分級已經可以通過軟件來實現，如EPRI BP Works[4]和Structural Integrity Associates Inc.’s MAPProTM。

在國內，石油化工行業已建立了風險分級評估方法的標準，但其輸送的是易燃易爆的石油、天然氣等介質，管道敷設環境、敷設方式、介質壓力、管道泄漏后果等方面與核電廠站場埋地管道有很大的不同，已建立的風險分級標準與核工業的需要不匹配，而國內核電行業開展埋地管道相關技術的研究及運用較少，還沒有針對埋地管建立風險分級。

2 核電廠埋地管風險分級方法

筆者通過對核電廠埋地管實際環境和基礎信息的調研，充分考慮埋地管風險等級的影響因素，建立了一種核電廠埋地管風險分級方法。

本文所述核電廠埋地管風險分級方法也是基于失效后果、失效可能性矩陣建立的，分為數據收集、管段劃分、失效可能性分析、失效后果評價、風險分級、風險分級更新六個步驟，綜合風險分級的矩陣如圖1所示。

圖1 風險分級矩陣Fig.1 Risk ranking matrix

2.1 數據收集

數據收集需包含下述六類數據：

（1）管道設計資料：材料、規范、公稱尺寸、公稱壁厚、設計壓力、連接焊縫類型、圖紙：流程圖，平面圖，等軸圖、安全等級、系統功能。

（2）管道建造資料：安裝日期、變更改造日期、埋深、長度、路線踏勘：如交通運輸負載。

（3）環境資料。土壤：管地電位、電阻率、氧化還原電位、理化分析（如含水量、pH值、硫酸根離子、硫離子、氯離子）；流體介質：硫離子、硫酸根離子、氯離子、貝類生物含量、微生物含量、添加物（如緩蝕劑、殺生劑）。

（4）腐蝕控制資料：涂層類型和涂層狀態；陰極保護及其有效性：是否有欠保護的區域；是否有過保護的區域。

（5）運行壓力、運行溫度、失效歷史、檢查結果。

（6）偏差項：管道材料、尺寸、工作計劃或涂層等其它項與設計規格書的偏差記錄。

2.2 管段劃分

風險分級的對象是埋地管段，管道段用于風險分級、間接檢查區域的選擇。管道劃分的方法是基于所收集到的數據，按相似的特征、相似的失效可能性、相似的失效后果，分成一系列的管道段。管段劃分原則如下：a）管道上翻處；b）內、外部載荷改變的地方（穿路管道）；c）土壤腐蝕性改變的地方；d）涂層或陰極保護改變的地方；e）管材改變的地方；f）管道規格改變的地方；g）三通、支管、焊縫等部位。

2.3 埋地管失效可能性分析

埋地管失效是指流體損失（泄漏或破裂）或流動面積減少，失效模式包括泄漏，破裂或阻塞，具體失效原因如下：a）泄漏是由針孔穿孔或致密裂縫引起的，是由于接頭的不正確的安裝、接頭或元件的故障、不均勻沉降、因推力限制不足導致開裂和周向撕裂造成的；b）破裂包括爆裂、剪切斷裂或脆性斷裂。爆裂是由超壓引起的破裂，可能是因壓力穩定上升或者壓力瞬變（水錘）；剪切斷裂可能是由于土壤運動造成的；脆性斷裂可能是脆性材料管道過載造成的，如鑄鐵類材料；c）阻塞包括宏觀物或微生物結垢增長（藻類，貽貝等），碎片的沉積以及松散沉積物造成的。阻塞也可能是由管道或儲罐中襯里脫落產生的碎屑引起的。

以埋地管道段為對象開展失效可能性分析，分析的要素包括材料腐蝕敏感性、環境侵蝕性、服役狀態、緩解控制、檢查監督五個要素，每個要素按照表1所示子項、判據內容進行賦值，賦值后將各個要素所賦分值累加，將失效可能性分為“低”、“中”、“高”三個等級。

若埋地管段符合以下特點之一，管線突發破裂的可能性高或者發生阻塞滯流可能性高，則失效可能性直接定為“高”：a）溫度在100攝氏度以上，壓力在2MPa以上；b）管材在最低運行溫度下沖擊韌性低于27J；c）存在未分析的交通載荷風險；d）埋管內部發現明顯的貝殼、海藻等海生物的繁殖增長；e）埋管內發現細菌導致的膠狀物的累積；f）埋管內部發現明顯的泥沙沉積。

表1 失效可能性分析Table1Point system for failure likelihood

2.4 埋地管失效后果評價

以埋地管道段為對象開展失效后果評價，分析的要素包括核安全的影響、失效對環境和工業安全的影響、失效對機組運行的影響三個要素，每個要素按照表2所示判據類別、判據內容進行賦值，賦值后將各個要素所賦分值累加，將失效后果分為“低”、“中”、“高”三個等級。

表2 失效后果評價賦值Table2Point system for failure consequence

2.5 風險分級

埋地管失效可能性、失效后果均分為“低”、“中”、“高”三個等級，在完成埋地管段的失效可能性分析和失效后果評價后，即綜合考慮失效后果和失效可能性將埋地管風險分為“低”、“中”、“高”三個等級。

2.6 風險分級更新

風險分級是一個動態的結果，應定期審查，必要時進行更新，考慮因素如下：a）土壤腐蝕性調查結果；b）開挖直接檢查和評估結果；c）陰極保護系統變更；d）間接檢查的結果（包括陰極保護有效性評估結果、防腐層破損點檢查結果、管體檢查結果）；e）維修和更換。

2.7 風險分級實踐

筆者將上述風險分級方法應用于國內某核電廠埋地管實踐，并與國外先進風險分級軟件EPRI BP Works比對。如圖2所示，本方法計算結果在失效可能性、失效后果和風險分級三項結果上與EPRI BP Works 計算結果吻合。

圖2 風險分級實踐Fig.2Risk ranking example and comparison

3 結語

本文描述了一種核電廠埋地管風險分級方法，包括基礎信息調查、埋地管分段、埋地管風險分級。埋地管基礎信息調查包含信息數據的類別及信息數據的內容，埋地管風險分級包含埋地管失效可能性和失效后果分級的打分要素、賦值及綜合風險分級判斷方法。通過該方法，可識別核電廠埋地管的風險等級，為開展埋地管工作提供依據。