淺談除核電外核燃料循環中物料泄漏事故的隱患排查

趙國志，郝 悅，曲 鵬，張 琦

（核工業理化工程研究院，天津 300300）

閉式核燃料循環主要包括核燃料加工、核電站、乏燃料后處理、燃料的運輸、廢物處置和退役等環節，目前，中國、俄羅斯、英國、法國和日本等國都采用了閉式核燃料循環策略。在核燃料循環領域中，物料泄漏主要包括UF6、含鈾固體粉末等。國內外物料泄漏事故的研究基本上遵循單一故障準則［1-5］。單一故障準則是確定論安全分析的基本假設，在設計階段以及安全分析時，保證設計基準事件情況下的系統安全。但是，國內近10年來，核燃料循環領域中（除核電外）較為頻繁地發生物料泄漏事故，究其原因，幾乎都是設備雙重失效或疊加人因失效［6］。因此，目前對于核燃料循環領域（除核電外）的隱患排查工作，可能會遺漏或忽視可能造成泄漏事故的隱患。概率安全分析（Probabilistic safety assessment，簡稱PSA）則可對復雜系統的各種可能發生的事件、事故進行全面分析，有助于排查出未引起注意的事故隱患。

在國內系統地進行核燃料循環領域（除核電外）的隱患排查研究尚屬首次，本研究首先總結歸納了國內外典型的物料泄漏事故，綜合應用較為先進的隱患排查方法，對國內核燃料循環領域中（除核電外）的物料泄漏事故隱患進行討論，為中國閉式核燃料循環的建設和運行的核安全管理和策略提供參考，亦為后續進行的核燃料循環（除核電外）概率安全分析打下基礎。

1 物料泄漏事故

1970年至2014年，國外核燃料循環領域發生了上千起物料泄漏事件、事故，其中典型的物料泄漏事件／事故見表1［6-7］。國內核燃料循環領域中典型的物料泄漏事故見表2。

表1 國外典型的物料泄漏事件/事故Table 1 Typical material leakage accidents abroad

表2 國內典型的UF6泄漏事件/事故Table 2 Typical UF6leakage accident in China

國內、國外發生的物料泄漏事故中，相同原因的事故（如同類型閥門損壞）會多次發生；在設備發生故障時，往往會疊加操作人員失誤，致使事件進一步發展。此外，在事故后的調查和訪談當中發現，很多事故原因最初都沒有引起注意，沒有列入事故隱患，致使事故發生后，工作人員和應急人員會做出不恰當的處置。雖然物料泄漏事故不如臨界事故、核電廠嚴重事故的后果嚴重，但是，各種物料仍然會對工作人員、廠房及周邊環境造成嚴重影響，相關的清理活動會耗費相當的人力物力，容易造成不良的社會影響和恐慌。因此，中國原子能工業有限公司相關領導做出了“全面深入、細致徹底、不留死角、不留盲區”的物料泄漏事故隱患排查指示，這對核燃料循環安全穩定的運行具有很大的戰略指導意義，也對核燃料循環領域提出了更高的要求和挑戰。

2 隱患排查方法和途徑

一般情況下，隱患排查方法和途徑主要包括按設備周期排查、缺陷統計分析法、設備設計安裝中排查、運行巡視中排查、設備維護中排查、大小修中排查、設備點檢、安全大檢查等［9，10］，具體內容見表3。但是，從國內、外燃料循環中發生的事件、事故來看，這些方法和途徑都有一定的滯后性，不能預見性的發現事故隱患，即事件、事故的經驗反饋得到的根本或直接原因可以被邏輯地解釋，但事先沒有將此項列為事故隱患。如大小修中的隱患排查，需管理人員和技術人員根據經驗以及相關記錄進行隱患的逐一排查，這個過程可能會忽略未有先例的事故隱患。

表3 隱患排查方法和途徑Table 3 Methods and ways of hidden danger investigation

因此，本文嘗試把核電站PSA 方法的一些思想理念引入核燃料循環的隱患排查中。與傳統的隱患排查方法相比，PSA 對事故的研究更加全面細致。PSA工作主要包括事故序列分析和系統可靠性分析（含人因可靠性分析），事故序列分析的起點是始發事件分析，始發事件分析旨在確定潛在的、會導致不期望后果的那些事件，通常包括工程評估法和演繹法，本文主要采用工程評估法，即梳理核燃料循環領域（除核電外）的歷史運行記錄、維修記錄、操作規程等資料；系統可靠性分析中失效模式和影響分析（Failure Modes and Effects Analysis，簡稱FMEA）是常用的標準方法，可以系統地鑒別在設備設計中的潛在失效，并分析該失效對設備/系統可能造成的影響［11］。人因分析主要包括始發事件發生前的人員動作、造成始發事件的人員動作和事件進行中的人員動作，本文主要考慮前兩種人因失效。始發事件分析結合FMEA方法，并考慮人為因素，可較為全面地研究系統潛在的失效，從而全面地進行事故隱患排查。

3 除核電外核燃料循環物料泄漏隱患排查

通過梳理近十年除核電外核燃料循環事件的事故經驗反饋，核燃料循環（除核電外）領域各單位的操作規程和應急預案，相關的FMEA 研究結果，以及維修人員、操作人員和研究人員的訪談，總結了核燃料循環幾個重要環節中物料泄漏的事故隱患排查結果。其中三類人員訪談是對表3 列舉隱患排查方法的重要補充，亦是PSA 中人因失效分析的重要步驟。例如，對國內某鈾濃縮廠進行隱患排查時，與維修人員訪談后發現，數個主要管道（布置復雜）上某類型魚雷閥體朝向內側，在不進行管道拆除的前提下，檢、維修時工作人員較難使用維修工具進行操作，導致維修人員會數次漏過內側朝向的閥門，而事件/事故記錄顯示歷史上數次物料泄漏事件/事故均與此類魚雷閥有關，因此將內側朝向的魚雷閥列入物料泄漏隱患清單。

3.1 鈾濃縮環節

鈾濃縮環節涉及到的鈾物料會以氣態、固態、液態三種形式存在，臨界事故通常不作考慮［12］，因此事故隱患排查要考慮物料三種形態可能的泄漏途徑［13］。除了鈾濃縮環節常規的廠內隱患排查外，鈾濃縮環節的的事故隱患排查結果見表4。根據設備類型，把鈾濃縮廠的事故隱患排查集中在容器、管線和閥門、監測裝置和輔助系統四個方面。

表4 鈾濃縮環節的事故隱患排查結果Table 4 Investigation results of potential accidents in uranium enrichment

3.2 燃料制造和加工環節

燃料制造和加工環節在設計建造時遵循了必須防止臨界事故和危險物質事故性釋放原則［1,3］。雖然臨界安全不屬于物料泄漏范疇，但是臨界事故會造成放射性危害以及可能造成物料的擴散。因此，對于此環節的隱患排查包括了臨界問題，著重考慮雙（多）重失效和人因失效的事故隱患。除了燃料制造和加工環節常規的廠內隱患排查外，事故隱患排查結果見表5。

表5 燃料制造環節物料泄漏隱患排查結果Table 5 Investigation results of hidden dangers of material leakage in fuel manufacturing

3.3 乏燃料后處理環節

乏燃料后處理環節是核燃料循環中除核電外最重要的一環［14,15］，也是國內外有記錄的發生事件/事故最多的一個環節。后處理環節通常包括冷卻與首端處理、化學分離、轉化、凈化4 個環節［14］。由于乏燃料處理環節基本都是在高放射性條件下開放式進行操作的，因此物料泄漏隱患排查除了熱室和手套箱等重要部位以外，放射性廢液和廢氣處理系統成為重點排查對象，4 個環節中所有涉及到的管道（軟管和硬管）、閥門、法蘭、容器、槽罐等處的密封和人員操作均應受到重視，控制系統、冷卻系統、泵、通風/抽氣系統、裝運系統等輔助系統及其人員操作在隱患排查時應逐一評估。表6 列出乏燃料后處理環節中幾個典型的，容易被忽視的物料泄漏事故隱患。

表6 乏燃料后處理環節幾個容易被忽視的物料泄漏事故隱患Table 6 Hidden dangers of material leakage in the post-treatment of spent fuel

3.4 燃料運輸和廢物處理

燃料的運輸是由專業部門或機構進行，隱患排查涉及容器和轉運過程，本文不做討論。廢物處理環節往往會涉及高放射性廢物，包括收集、分類、濃縮、壓縮、去污、固化、包裝，貯存等工藝環節，根據其工藝過程，事故隱患排查結果見表7。

表7 廢物處理環節物料泄漏隱患排查結果Table 7 Investigation results of hidden dangers of material leakage in waste treatment

4 結論與展望

目前已初步完成核燃料循環（除核電外）中各個環節的隱患排查，在國內首次得到了核燃料循環（除核電外）的較為詳細的隱患排查清單，較為全面地展示了核燃料循環（除核電外）各環節的事故隱患，其中部分事故隱患未曾列入國內相關單位的事故隱患排查目錄，為核燃料循環（除核電外）各環節“全面深入、細致徹底、不留死角、不留盲區”的物料泄漏事故隱患排查奠定了基礎，給相關單位提供了隱患排查依據，同時各相關單位可根據實際系統和設備的差異進行刪減和增加事故隱患

在今后的工作中，核燃料循環（除核電外）各單位可根據需求，對事故隱患清單進行重要度分級，并進行概率安全計算，做到重點防范高概率事故隱患，不漏過低概率事故隱患，預防和減少物料泄漏事件、事故的發生。