風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)在核電廠設(shè)備檢修策略優(yōu)化中的應(yīng)用研究

孔晨光,初永越,程 偉,葉水祥,曹光輝

(1.大亞灣核電運(yùn)行管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518120;2.生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心，北京100082;3.蘇州熱工研究院有限公司，廣東 深圳 518000)

某核電廠余熱排除系統(tǒng)(RRA)熱交換器的外部目視檢查以RSE-M規(guī)范附錄3.1的周期要求進(jìn)行安排[1]，但是該規(guī)范以12個(gè)月的普通換料周期進(jìn)行安排，并未對(duì)18個(gè)月長(zhǎng)周期換料情況下的有相關(guān)的檢查周期要求，因此RSE-M規(guī)范建議的計(jì)劃安排不適用于這種長(zhǎng)換料周期。此外，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該熱交換器為高劑量區(qū)域，當(dāng)前的計(jì)劃將會(huì)導(dǎo)致在該區(qū)域頻繁的工作和額外增加人員劑量和安全的風(fēng)險(xiǎn)。因此為了避免該機(jī)組轉(zhuǎn)18個(gè)月長(zhǎng)換料周期后，工作安排更加復(fù)雜和增加現(xiàn)場(chǎng)工作和放射性廢物，有必要考慮采用風(fēng)險(xiǎn)指引型方法對(duì)RRA熱交換器檢修策略進(jìn)行調(diào)整，以降低檢查工作的風(fēng)險(xiǎn)和方便大修工作安排。

1 技術(shù)方案

1.1 實(shí)施流程

風(fēng)險(xiǎn)指引型理念應(yīng)用于核電廠檢修策略優(yōu)化主要包括以下幾步，實(shí)施流程如圖1所示。

(1)現(xiàn)狀及需求分析：結(jié)合核電廠實(shí)際執(zhí)行情況，分析實(shí)施優(yōu)化的必要性，該必要性可從安全性、經(jīng)濟(jì)性、電廠生產(chǎn)計(jì)劃安排等方面考慮。

(2)經(jīng)驗(yàn)反饋：主要指行業(yè)內(nèi)檢修策略的執(zhí)行情況以及系統(tǒng)本身的運(yùn)行性能反饋。

(3)可行性分析：包括優(yōu)化后對(duì)法規(guī)、安全和風(fēng)險(xiǎn)的影響分析。

(4)風(fēng)險(xiǎn)見解：結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求、經(jīng)驗(yàn)反饋和可行性分析結(jié)論給出對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)見解。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)指引型檢修策略優(yōu)化實(shí)施流程Fig.1 TheProcess of Risk-Informed Method in the Inspection Strategy Change

1.2 可行性分析技術(shù)

可行性分析包括檢修策略變更后對(duì)法規(guī)的影響、是否仍然遵守安全分析要求和變更的風(fēng)險(xiǎn)影響，本文將詳細(xì)闡述變更對(duì)安全和風(fēng)險(xiǎn)影響的分析方法。

1.2.1 安全影響分析

變更對(duì)安全的影響分析主要指變更后是否仍然遵守縱深防御原則和安全裕量仍然得到維持，其中縱深防御原則主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析[1]。

(1)預(yù)防與緩解的合理平衡。

(2)避免過(guò)分依賴規(guī)程行為來(lái)彌補(bǔ)設(shè)計(jì)中的不足。

(3)系統(tǒng)的冗余性、獨(dú)立性以及多樣性得到維持。

(4)系統(tǒng)的冗余性、獨(dú)立性以及多樣性得到維持。

(5)共因失效的預(yù)防。

(6)實(shí)體屏障之間的獨(dú)立性沒(méi)有降低。

(7)采取了避免人因失誤的措施。

變更后對(duì)安全裕量的遵守可從以下兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

(1)變更是否影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)變更是否影響最終安全分析報(bào)告中的安全分析假設(shè)、分析結(jié)論。

1.2.2 風(fēng)險(xiǎn)影響分析

HAF103《核動(dòng)力運(yùn)行安全規(guī)定》規(guī)定運(yùn)營(yíng)單位必須制定并實(shí)施安全重要構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的維修、試驗(yàn)、監(jiān)督和檢查的大綱以保證構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的可靠性和有效性。對(duì)于上述大綱中的某一具體要素都將涉及執(zhí)行頻度、驗(yàn)收準(zhǔn)則和執(zhí)行策略的規(guī)定。通常，執(zhí)行策略變更的風(fēng)險(xiǎn)可參考定期試驗(yàn)周期間隔變更的評(píng)價(jià)方式進(jìn)行，對(duì)于僅涉及單個(gè)部件的試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)由公式(1)確定[2]：

(1)

式中：R1——為設(shè)置試驗(yàn)部件為TURE時(shí)對(duì)應(yīng)的CDF值；

R0——為設(shè)置試驗(yàn)部件為FALSE時(shí)對(duì)應(yīng)的CDF值；

T——為試驗(yàn)周期；

λ——為設(shè)備失效概率；

q——為相鄰兩次試驗(yàn)之間系統(tǒng)或部件的不可用性。

冗余系統(tǒng)(如RRA系統(tǒng)的兩列熱交換器)的檢查策略通常有以下兩種方式[3]。

(1)順序性策略,冗余列或系統(tǒng)在同一時(shí)期相繼進(jìn)行試驗(yàn)。

(2)交錯(cuò)性策略,冗余列或系統(tǒng)輪流實(shí)施試驗(yàn)，如某系統(tǒng)由A、B列組成，系統(tǒng)要求的試驗(yàn)周期為2個(gè)月，第一個(gè)月執(zhí)行了A列檢查，則第二個(gè)月將執(zhí)行B列檢查，以此類推。

交錯(cuò)性和順序性檢查策略最大差別是后者可以有效減少由于工作人員失誤導(dǎo)致的設(shè)備共因失效。因此，對(duì)于冗余列的系統(tǒng)，不同的試驗(yàn)策略將影響系統(tǒng)的可靠性(見表1)，電廠應(yīng)綜合根據(jù)電廠生產(chǎn)計(jì)劃，選擇恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)策略。

表1 試驗(yàn)策略對(duì)冗余列系統(tǒng)可靠性的影響Table 1 The Impact on the Reliability of Redundant Components for Different Test Strategies

2 案例分析

某核電廠當(dāng)前的在役檢查大綱規(guī)定RRA系統(tǒng)熱交換器一次側(cè)目視檢查方式見表2所示。當(dāng)前RRA熱交換器內(nèi)部檢查周期是4年，同時(shí)要求每?jī)赡隀z查一個(gè)，即2.2.2節(jié)中所述的交錯(cuò)檢查策略，為了完成RRA熱交換器下封頭內(nèi)部檢查，需要完成以下工作。

(1)首先需要把RRA系統(tǒng)與RCP及其他輔助系統(tǒng)隔離，然后實(shí)施RRA系統(tǒng)單獨(dú)排水。如果隔離不到位或者隔離裝置有內(nèi)漏，則會(huì)給人身安全和設(shè)備安全帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)，特別是RRA熱交換器打開后，檢查人員會(huì)面臨被污染的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)為了支持熱交換器的檢查，需要在熱交換器周圍搭建平臺(tái)，以及布置放射性控制區(qū)域。每次大修檢查一個(gè)熱交換器都需要重復(fù)這些輔助支持性工作，不僅會(huì)產(chǎn)生較多的固體放射性廢物，也不利于輻射控制最優(yōu)化。

(3)熱交換器內(nèi)側(cè)執(zhí)行目視檢查時(shí)間約30 min，遠(yuǎn)小于支持檢查的支持性工作。

(4)RRA系統(tǒng)獨(dú)立隔離，而RCP系統(tǒng)滿水的狀態(tài)將使得RRA系統(tǒng)排水控制有一定的難度，將增加工作控制的復(fù)雜性。

因此，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施、人員和設(shè)備安全角度，以及放射性控制的ALARA原則，有必要對(duì)RRA熱交換器檢查要求進(jìn)行優(yōu)化和變更，優(yōu)化前后對(duì)應(yīng)的收益見表3所示。

表2 在役檢查大綱規(guī)定Table 2 The Regulation in the Inservice Inspection

表3 RRA熱交換器內(nèi)部檢查變更前后對(duì)比Table 2 The Contrastive analysis of RRA Heat Exchanger Internal Inspection before and after Change

2.1 經(jīng)驗(yàn)反饋

2.1.1 RRA熱交換器的歷史檢查結(jié)果

查詢?cè)撾姀S機(jī)組的熱交換器歷史檢查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)曾因安裝的原因?qū)е乱淮蝹?cè)水室與管板法蘭連接位置有硼結(jié)晶，但這些異常都是通過(guò)外部目視檢查發(fā)現(xiàn)的，并且已經(jīng)在當(dāng)次大修處理完成。自那次事件后，RRA系統(tǒng)熱交換器運(yùn)行至今，沒(méi)有再次發(fā)生上述問(wèn)題。因此機(jī)組RRA系統(tǒng)熱交換器具備良好的運(yùn)行狀態(tài)。

2.1.2 外部反饋

從2011年開始，EDF、歐盟核電廠普遍采用ESPN2005以代替原來(lái)的法國(guó)國(guó)內(nèi)的26、43等法令要求。按照ESPN2005要求，對(duì)于容器的內(nèi)部檢查，只需要40個(gè)月執(zhí)行一次內(nèi)外部目視檢查即可，但是對(duì)于功能相同的容器并沒(méi)有具體要求如何實(shí)施檢查，此為實(shí)施RRA系統(tǒng)熱交換器檢修策略優(yōu)化提供了可能性。

2.2 安全分析

2.2.1 縱深防御的遵守

(1)預(yù)防與緩解的合理平衡

本次優(yōu)化不會(huì)改變RRA系統(tǒng)熱交換器設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、配置運(yùn)行情況等信息，僅是綜合考慮電廠的生產(chǎn)計(jì)劃需要后，對(duì)RRA系統(tǒng)兩個(gè)熱交換器內(nèi)部目視檢查策略進(jìn)行變更，并且目視檢修周期變短。因此，實(shí)施本次變更后，依然遵守縱深防御原則之一的預(yù)防與緩解的合理平衡原則。

(2)避免過(guò)分依賴規(guī)程行為來(lái)彌補(bǔ)設(shè)計(jì)中的不足

本次優(yōu)化不會(huì)額外增加程序來(lái)確保RRA系統(tǒng)熱交換器檢修計(jì)劃的實(shí)施，所有的安全系統(tǒng)仍會(huì)按照原有的要求運(yùn)行，操縱員仍執(zhí)行原有的電廠程序。因此本次優(yōu)化不會(huì)導(dǎo)致過(guò)分依賴規(guī)程的補(bǔ)償措施來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。

(3)系統(tǒng)的冗余性、獨(dú)立性以及多樣性得到維持

本次優(yōu)化沒(méi)有改變RRA系統(tǒng)熱交換設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、配置運(yùn)行情況等信息，因此系統(tǒng)原有的冗余性、獨(dú)立性和多樣性設(shè)計(jì)維持不變。

(4)共因失效的預(yù)防

本次優(yōu)化并沒(méi)有引入新的共因失效，原有的共因失效仍舊按照電廠原來(lái)的措施進(jìn)行管理。

(5)實(shí)體屏障之間的獨(dú)立性沒(méi)有降低

本次優(yōu)化不會(huì)引入減少屏障(燃料包殼，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)，安全殼)獨(dú)立性的機(jī)制，保護(hù)公眾的屏障仍然得到維持。

(6)采取了避免人因失誤的措施

本次優(yōu)化不會(huì)影響原有防止人誤失效的措施，也不會(huì)增加事故工況下新的人員操作的響應(yīng)。

2.2.2 安全裕度

RRA熱交換器檢查策略變更后，沒(méi)有違背RRA系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，不會(huì)改變對(duì)RRA系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、運(yùn)行安全規(guī)范和安全導(dǎo)則的遵守；也不會(huì)影響設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故分析的基礎(chǔ)假設(shè)和輸入，因此不影響事故分析的結(jié)果。RRA熱交換器檢查策略變更后，唯一受影響的是核電廠在役檢查計(jì)劃大綱，此影響與安全裕度無(wú)關(guān)。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)影響分析

由于本次優(yōu)化僅變更RRA系統(tǒng)熱交換器內(nèi)部目視檢查策略，對(duì)其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、檢修方法及檢修程序維持不變，但取消輪換檢查可能會(huì)對(duì)熱交換器的性能有影響。根據(jù)2.2.2節(jié)描述，本次優(yōu)化對(duì)RRA系統(tǒng)熱交換器可靠性的影響主要分為兩部分：不同檢修策略本身對(duì)冗余系統(tǒng)可靠性的影響和不同檢修策略下共因的影響。對(duì)于共因影響的評(píng)價(jià)，將采用α因子模型來(lái)評(píng)價(jià)，其參數(shù)將采用美國(guó)通用數(shù)據(jù)[4]。因此，RRA系統(tǒng)熱交換器檢修策略變化后，熱交換器組的可靠性和機(jī)組的風(fēng)險(xiǎn)變化分別見表4和表5所示，其中功率工況，RRA在蒸發(fā)器傳熱管破裂等事故中作為緩解功能投入運(yùn)行，因此風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算采用1.2.2節(jié)所述方式進(jìn)行評(píng)價(jià)；停堆工況下，由于本次變更同時(shí)影響喪失RRA系統(tǒng)熱交換器的可靠性和喪失RRA系統(tǒng)的始發(fā)事件發(fā)生頻率，因此直接采用該電廠的PSA模型進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)分析可知：RRA系統(tǒng)熱交換器檢修策略變化后，引起的風(fēng)險(xiǎn)變化較小，滿足風(fēng)險(xiǎn)控制準(zhǔn)則[1]。

表4 某電廠RRA熱交換器不同檢修策略影響的可靠性分析Table 4 The Reliability Evaluation on RRA Heat Exchanger for Different Test Strategies in a Nuclear Power Plant

表5 某電廠RRA熱交換器檢修策略變更后的風(fēng)險(xiǎn)分析Table 6 The Risk Increment Assessment when Modification the Test Strategy of RRA Heat Exchanger

3 結(jié)論

本文首先對(duì)核電廠設(shè)備檢修策略優(yōu)化的方法進(jìn)行了研究，并以某電廠的RRA熱交換器內(nèi)部檢查策略變更為例，證明該方法的可行性。通過(guò)分析，證明本文所提出的分析方法是合理可行的，該方法適用于核電廠定期試驗(yàn)、檢查和監(jiān)督策略變更等方面的優(yōu)化。