核电厂埋地管风险分级方法研究

魏松林 龚怒 黄红科 郑云翼 刘朝 方江

1.中核武汉核电运行技术股份有限公司 湖北武汉 430000

2.中核核电运行管理有限公司 浙江海盐 314300

1 背景

核电厂埋地管包括直埋和管沟两种形式，涉及重要厂用水系统、循环水系统、消防水系统、化学水系统、工业水系统、排污水系统等多个系统，数量巨大，系统功能各不相同；不同的管段，所处的内外部环境也存在较大差异，这些因素将导致埋地管段降质失效的可能性及失效导致的后果存在较大差别。为了制定更有针对性且可操作性更强的埋地管管理策略，有必要综合考虑各方面因素，对不同的埋地管段进行风险分级，以作为开展埋地管检查、评估及维护工作的基础。

目前，国际上核能行业已经成功将风险分级方法应用于埋地管，并形成了相关的成果文件，文献包括USNRC NUREG/CR-6876[1]、EPRI1021175[2]、NEI09-14[3]、IAEA 核 能 系 列出版物NP-T-3.1、CSA标准N285.7。另外，风险预知决策的方法在核电厂在役检查方面进行了应用，获得了较好的效果，如EPRI TR-112657、ASME Code Case N-578-1。国际上埋地管风险分级已经可以通过软件来实现，如EPRI BP Works[4]和Structural Integrity Associates Inc.’s MAPProTM。

在国内，石油化工行业已建立了风险分级评估方法的标准，但其输送的是易燃易爆的石油、天然气等介质，管道敷设环境、敷设方式、介质压力、管道泄漏后果等方面与核电厂站场埋地管道有很大的不同，已建立的风险分级标准与核工业的需要不匹配，而国内核电行业开展埋地管道相关技术的研究及运用较少，还没有针对埋地管建立风险分级。

2 核电厂埋地管风险分级方法

笔者通过对核电厂埋地管实际环境和基础信息的调研，充分考虑埋地管风险等级的影响因素，建立了一种核电厂埋地管风险分级方法。

本文所述核电厂埋地管风险分级方法也是基于失效后果、失效可能性矩阵建立的，分为数据收集、管段划分、失效可能性分析、失效后果评价、风险分级、风险分级更新六个步骤，综合风险分级的矩阵如图1所示。

图1 风险分级矩阵Fig.1 Risk ranking matrix

2.1 数据收集

数据收集需包含下述六类数据：

（1）管道设计资料：材料、规范、公称尺寸、公称壁厚、设计压力、连接焊缝类型、图纸：流程图，平面图，等轴图、安全等级、系统功能。

（2）管道建造资料：安装日期、变更改造日期、埋深、长度、路线踏勘：如交通运输负载。

（3）环境资料。土壤：管地电位、电阻率、氧化还原电位、理化分析（如含水量、pH值、硫酸根离子、硫离子、氯离子）；流体介质：硫离子、硫酸根离子、氯离子、贝类生物含量、微生物含量、添加物（如缓蚀剂、杀生剂）。

（4）腐蚀控制资料：涂层类型和涂层状态；阴极保护及其有效性：是否有欠保护的区域；是否有过保护的区域。

（5）运行压力、运行温度、失效历史、检查结果。

（6）偏差项：管道材料、尺寸、工作计划或涂层等其它项与设计规格书的偏差记录。

2.2 管段划分

风险分级的对象是埋地管段，管道段用于风险分级、间接检查区域的选择。管道划分的方法是基于所收集到的数据，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。管段划分原则如下：a）管道上翻处；b）内、外部载荷改变的地方（穿路管道）；c）土壤腐蚀性改变的地方；d）涂层或阴极保护改变的地方；e）管材改变的地方；f）管道规格改变的地方；g）三通、支管、焊缝等部位。

2.3 埋地管失效可能性分析

埋地管失效是指流体损失（泄漏或破裂）或流动面积减少，失效模式包括泄漏，破裂或阻塞，具体失效原因如下：a）泄漏是由针孔穿孔或致密裂缝引起的，是由于接头的不正确的安装、接头或元件的故障、不均匀沉降、因推力限制不足导致开裂和周向撕裂造成的；b）破裂包括爆裂、剪切断裂或脆性断裂。爆裂是由超压引起的破裂，可能是因压力稳定上升或者压力瞬变（水锤）；剪切断裂可能是由于土壤运动造成的；脆性断裂可能是脆性材料管道过载造成的，如铸铁类材料；c）阻塞包括宏观物或微生物结垢增长（藻类，贻贝等），碎片的沉积以及松散沉积物造成的。阻塞也可能是由管道或储罐中衬里脱落产生的碎屑引起的。

以埋地管道段为对象开展失效可能性分析，分析的要素包括材料腐蚀敏感性、环境侵蚀性、服役状态、缓解控制、检查监督五个要素，每个要素按照表1所示子项、判据内容进行赋值，赋值后将各个要素所赋分值累加，将失效可能性分为“低”、“中”、“高”三个等级。

若埋地管段符合以下特点之一，管线突发破裂的可能性高或者发生阻塞滞流可能性高，则失效可能性直接定为“高”：a）温度在100摄氏度以上，压力在2MPa以上；b）管材在最低运行温度下冲击韧性低于27J；c）存在未分析的交通载荷风险；d）埋管内部发现明显的贝壳、海藻等海生物的繁殖增长；e）埋管内发现细菌导致的胶状物的累积；f）埋管内部发现明显的泥沙沉积。

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

2.4 埋地管失效后果评价

以埋地管道段为对象开展失效后果评价，分析的要素包括核安全的影响、失效对环境和工业安全的影响、失效对机组运行的影响三个要素，每个要素按照表2所示判据类别、判据内容进行赋值，赋值后将各个要素所赋分值累加，将失效后果分为“低”、“中”、“高”三个等级。

表2 失效后果评价赋值Table2Point system for failure consequence

2.5 风险分级

埋地管失效可能性、失效后果均分为“低”、“中”、“高”三个等级，在完成埋地管段的失效可能性分析和失效后果评价后，即综合考虑失效后果和失效可能性将埋地管风险分为“低”、“中”、“高”三个等级。

2.6 风险分级更新

风险分级是一个动态的结果，应定期审查，必要时进行更新，考虑因素如下：a）土壤腐蚀性调查结果；b）开挖直接检查和评估结果；c）阴极保护系统变更；d）间接检查的结果（包括阴极保护有效性评估结果、防腐层破损点检查结果、管体检查结果）；e）维修和更换。

2.7 风险分级实践

笔者将上述风险分级方法应用于国内某核电厂埋地管实践，并与国外先进风险分级软件EPRI BP Works比对。如图2所示，本方法计算结果在失效可能性、失效后果和风险分级三项结果上与EPRI BP Works 计算结果吻合。

图2 风险分级实践Fig.2Risk ranking example and comparison

3 结语

本文描述了一种核电厂埋地管风险分级方法，包括基础信息调查、埋地管分段、埋地管风险分级。埋地管基础信息调查包含信息数据的类别及信息数据的内容，埋地管风险分级包含埋地管失效可能性和失效后果分级的打分要素、赋值及综合风险分级判断方法。通过该方法，可识别核电厂埋地管的风险等级，为开展埋地管工作提供依据。