浮动式核电站RCV系统净化支路故障树分析

宋波+谢杨+王亮+李毅

【摘 要】利用Risk-Spectrum软件对浮动式核电站RCV系统净化支路进行故障树分析，发现潜在的系统故障模式和危险因素，找出系统可靠性和安全性的薄弱环节，确定影响可靠性和维修性的因素，以提高RCV系统净化支路的固有可靠性。

【关键词】RCV系统净化支路；故障树分析；浮动式核电站

0 概述

化学和容积控制系统（RCV）净化支路是浮动式核电站一回路系统重要的辅助系统之一，主要功能是去除反应堆冷却剂中的部分可溶性杂质和部分悬浮物，使冷却剂中的杂质浓度低于允许值，以降低安全壳内的放射性剂量水平。RCV系统净化支路的性能和可靠性对浮动式核电站运行的安全性和可靠性有重要影响。

本文利用Risk-Spectrum软件对RCV系统净化支路进行了故障树分析。根据分析结果确定了影响可靠性和安全性的因素，并针对性地提出了相应的改进措施，以提高RCV系统净化支路的固有可靠性和安全性。

1 系统简介

RCV系统净化支路，包括两台除盐泵、一台再生式热交换器、一台下泄热交换器、一台混床除盐器、一台过滤器及相应的管道、阀门和仪表等。

反应堆冷却剂系统正常运行期间，除盐泵驱动流经RCV系统净化支路的冷却剂以实现净化功能，串联设置的再生式热交换器和下泄热交换器将高温冷却剂降低到离子交换树脂允许的工作温度。混床除盐器是一个内部装有以一定比例混合的核级阴阳树脂的立式圆柱形压力容器，低温冷却剂在其中通过离子交换完成水质净化，并通过过滤方式除掉部分悬浮杂质，净化后的冷却剂经再生式热交换器升温后返回反应堆冷却剂系统。

RCV系统净化支路与设备冷却水系统和可靠供电系统存在相关性。设备冷却水系统为除盐泵提供冷却水，并为下泄热交换器提供冷源；可靠供电系统为两台除盐泵及相关电动阀门提供电力支持。

2 故障树分析

2.1 顶事件

根据RCV系统净化支路的功能和运行工况，并结合事件序列分析中的边界条件和成功准则，确定RCV系统净化支路需要分析的故障树顶事件：正常运行期间，净化功能失效。

成功准则：正常运行期间，RCV净化支路无法连续净化冷却剂。

2.2 建模假设及简化

为了简化和压缩故障树规模，本文故障树分析过程中，对系统按如下原则进行简化和建模假设。

2.2.1 简化原则

a.对失效不会直接或间接导致顶事件发生的设备，不予考虑，明确建树的边界条件；

b.与安全无关的测量仪表被简化掉，在建模中不予考虑；

c.明确定义前沿系统与支持系统之间的接口，相应的水源、电源、气源和信号等支持系统均以转移门的形式转到相应的支持系统故障树中。

2.2.2 建模假设

a.认为系统是不可修复的；

b.部件仅有两种状态：成功或失效；

c.在始发事件范围之外，不考虑系统管道的失效；

d.正常运行期间，RCV净化支路连续运行，系统运行中需要进行动作的能动设备均为自动控制，故不考虑人因误操作。

2.2.3 系统状态约定

RCV净化支路投入运行前，除盐泵RCV001PO和RCV002PO均停运，电动闸阀RCV001VP、RCV013VP、电磁阀RCV007VP、止回阀RCV002VP、RCV003VP，RCV025VP、截止止回阀RCV009VP的止回功能均处于关闭状态，净化支路中其他阀门均处于开启状态。

RCV净化支路正常运行期间，除盐泵RCV001PO和RCV002PO中的一台处于运转状态。电动闸阀RCV001VP、RCV013VP、电磁阀RCV007VP、净化支路中其他阀门均处于开启状态

2.3 故障树构造

基于上述基本假设和对系统的分析，建立了RCV净化支路故障树，并用Risk-Spectrum 1.1.3.0程序进行了分析。

2.4 故障树分析结果

采用Risk-Spectrum 1.1.3.0程序对RCV净化支路故障树模型进行分析，顶事件发生概率为2.39E-03。

3 结论

通过故障树模型的定量计算得到故障树顶事件发生概率及支配性最小割集，从中可以看出：净化功能失效的概率为2.39E-03。其中混床除盐器出口管线上过滤器RCV001FI堵塞、混床除盐器RCV001DE堵塞的影响最大，两事件的失效概率占顶事件发生概率的30.1%。其次，除盐泵RCV001PO、RCV002PO共因启动失效、截止止回阀RCV009VP止回功能不能开启、止回阀RCV025VP不能开启的失效概率占顶事件发生概率的百分比相同，均为8.36%。因此，要保证净化功能有效，保证过滤器和混床除盐器不堵塞是关键，还要提高除盐泵、截止止回阀RCV009VP以及止回阀RCV025VP的可靠性。

针对以上分析得出的影响RCV净化支路净化功能成功实现的重要影响因素，应从以下方面采取措施提高其可靠性：

（1）对于过滤器和混床除盐器，设计中应采用经试验和在役核电站运行考核验证的技术方案和成熟工艺，充分分析和总结同类型产品在研制、生产、出厂试验、调试试验以及在役核电站运行中发生故障的原因及改进经验。同时在运行过程中连续监测净化支路流量，可提高过滤器和混床除盐器的可靠性，预防过滤器和混床除盐器发生堵塞。

（2）对于除盐泵、截止止回阀、止回阀，设计中应采用经试验和在役核电站运行考核验证的技术方案和成熟工艺，充分分析和总结同类型产品在研制、生产、出厂试验、调试试验以及在役核电站运行中发生故障的原因及改进经验，同时通过采取健壮设计、环境防护设计等方法，可进一步提高除盐泵、截止止回阀、止回阀的可靠性。

（3）對于支持RCV净化支路运行的设备冷却水系统和电源系统，按照可靠性设计要求，通过采用成熟设计、简化设计、冗余设计、健壮设计、环境防护设计等设计方法，来保证设备冷却水系统和电源系统的可靠性。

[责任编辑：朱丽娜]