风险指引型技术在核电厂设备检修策略优化中的应用研究

2020-11-30孔晨光初永越叶水祥曹光辉

核科学与工程 2020年5期

孔晨光,初永越,程伟,叶水祥,曹光辉

(1.大亚湾核电运行管理有限责任公司，广东深圳 518120;2.生态环境部核与辐射安全中心，北京100082;3.苏州热工研究院有限公司，广东深圳 518000)

某核电厂余热排除系统(RRA)热交换器的外部目视检查以RSE-M规范附录3.1的周期要求进行安排[1]，但是该规范以12个月的普通换料周期进行安排，并未对18个月长周期换料情况下的有相关的检查周期要求，因此RSE-M规范建议的计划安排不适用于这种长换料周期。此外，根据当前的实践经验，该热交换器为高剂量区域，当前的计划将会导致在该区域频繁的工作和额外增加人员剂量和安全的风险。因此为了避免该机组转18个月长换料周期后，工作安排更加复杂和增加现场工作和放射性废物，有必要考虑采用风险指引型方法对RRA热交换器检修策略进行调整，以降低检查工作的风险和方便大修工作安排。

1 技术方案

1.1 实施流程

风险指引型理念应用于核电厂检修策略优化主要包括以下几步，实施流程如图1所示。

(1)现状及需求分析：结合核电厂实际执行情况，分析实施优化的必要性，该必要性可从安全性、经济性、电厂生产计划安排等方面考虑。

(2)经验反馈：主要指行业内检修策略的执行情况以及系统本身的运行性能反馈。

(3)可行性分析：包括优化后对法规、安全和风险的影响分析。

(4)风险见解：结合现实需求、经验反馈和可行性分析结论给出对应的风险见解。

图1 风险指引型检修策略优化实施流程Fig.1 TheProcess of Risk-Informed Method in the Inspection Strategy Change

1.2 可行性分析技术

可行性分析包括检修策略变更后对法规的影响、是否仍然遵守安全分析要求和变更的风险影响，本文将详细阐述变更对安全和风险影响的分析方法。

1.2.1 安全影响分析

变更对安全的影响分析主要指变更后是否仍然遵守纵深防御原则和安全裕量仍然得到维持，其中纵深防御原则主要从以下几个方面进行分析[1]。

(1)预防与缓解的合理平衡。

(2)避免过分依赖规程行为来弥补设计中的不足。

(3)系统的冗余性、独立性以及多样性得到维持。

(4)系统的冗余性、独立性以及多样性得到维持。

(5)共因失效的预防。

(6)实体屏障之间的独立性没有降低。

(7)采取了避免人因失误的措施。

变更后对安全裕量的遵守可从以下两个方面进行分析。

(1)变更是否影响系统设计标准。

(2)变更是否影响最终安全分析报告中的安全分析假设、分析结论。

1.2.2 风险影响分析

HAF103《核动力运行安全规定》规定运营单位必须制定并实施安全重要构筑物、系统和部件的维修、试验、监督和检查的大纲以保证构筑物、系统和部件的可靠性和有效性。对于上述大纲中的某一具体要素都将涉及执行频度、验收准则和执行策略的规定。通常，执行策略变更的风险可参考定期试验周期间隔变更的评价方式进行，对于仅涉及单个部件的试验风险由公式(1)确定[2]：

(1)

式中：R1——为设置试验部件为TURE时对应的CDF值；

R0——为设置试验部件为FALSE时对应的CDF值；

T——为试验周期；

λ——为设备失效概率；

q——为相邻两次试验之间系统或部件的不可用性。

冗余系统(如RRA系统的两列热交换器)的检查策略通常有以下两种方式[3]。

(1)顺序性策略,冗余列或系统在同一时期相继进行试验。

(2)交错性策略,冗余列或系统轮流实施试验，如某系统由A、B列组成，系统要求的试验周期为2个月，第一个月执行了A列检查，则第二个月将执行B列检查，以此类推。

交错性和顺序性检查策略最大差别是后者可以有效减少由于工作人员失误导致的设备共因失效。因此，对于冗余列的系统，不同的试验策略将影响系统的可靠性(见表1)，电厂应综合根据电厂生产计划，选择恰当的试验策略。

表1 试验策略对冗余列系统可靠性的影响Table 1 The Impact on the Reliability of Redundant Components for Different Test Strategies

2 案例分析

某核电厂当前的在役检查大纲规定RRA系统热交换器一次侧目视检查方式见表2所示。当前RRA热交换器内部检查周期是4年，同时要求每两年检查一个，即2.2.2节中所述的交错检查策略，为了完成RRA热交换器下封头内部检查，需要完成以下工作。

(1)首先需要把RRA系统与RCP及其他辅助系统隔离，然后实施RRA系统单独排水。如果隔离不到位或者隔离装置有内漏，则会给人身安全和设备安全带来潜在风险，特别是RRA热交换器打开后，检查人员会面临被污染的风险。

(2)为了支持热交换器的检查，需要在热交换器周围搭建平台，以及布置放射性控制区域。每次大修检查一个热交换器都需要重复这些辅助支持性工作，不仅会产生较多的固体放射性废物，也不利于辐射控制最优化。

(3)热交换器内侧执行目视检查时间约30 min，远小于支持检查的支持性工作。

(4)RRA系统独立隔离，而RCP系统满水的状态将使得RRA系统排水控制有一定的难度，将增加工作控制的复杂性。

因此，从现场实施、人员和设备安全角度，以及放射性控制的ALARA原则，有必要对RRA热交换器检查要求进行优化和变更，优化前后对应的收益见表3所示。

表2 在役检查大纲规定Table 2 The Regulation in the Inservice Inspection

表3 RRA热交换器内部检查变更前后对比Table 2 The Contrastive analysis of RRA Heat Exchanger Internal Inspection before and after Change

2.1 经验反馈

2.1.1 RRA热交换器的历史检查结果

查询该电厂机组的热交换器历史检查结果，发现曾因安装的原因导致一次侧水室与管板法兰连接位置有硼结晶，但这些异常都是通过外部目视检查发现的，并且已经在当次大修处理完成。自那次事件后，RRA系统热交换器运行至今，没有再次发生上述问题。因此机组RRA系统热交换器具备良好的运行状态。

2.1.2 外部反馈

从2011年开始，EDF、欧盟核电厂普遍采用ESPN2005以代替原来的法国国内的26、43等法令要求。按照ESPN2005要求，对于容器的内部检查，只需要40个月执行一次内外部目视检查即可，但是对于功能相同的容器并没有具体要求如何实施检查，此为实施RRA系统热交换器检修策略优化提供了可能性。

2.2 安全分析

2.2.1 纵深防御的遵守

(1)预防与缓解的合理平衡

本次优化不会改变RRA系统热交换器设计基准、配置运行情况等信息，仅是综合考虑电厂的生产计划需要后，对RRA系统两个热交换器内部目视检查策略进行变更，并且目视检修周期变短。因此，实施本次变更后，依然遵守纵深防御原则之一的预防与缓解的合理平衡原则。

(2)避免过分依赖规程行为来弥补设计中的不足

本次优化不会额外增加程序来确保RRA系统热交换器检修计划的实施，所有的安全系统仍会按照原有的要求运行，操纵员仍执行原有的电厂程序。因此本次优化不会导致过分依赖规程的补偿措施来降低风险。

(3)系统的冗余性、独立性以及多样性得到维持

本次优化没有改变RRA系统热交换设计基准、配置运行情况等信息，因此系统原有的冗余性、独立性和多样性设计维持不变。

(4)共因失效的预防

本次优化并没有引入新的共因失效，原有的共因失效仍旧按照电厂原来的措施进行管理。

(5)实体屏障之间的独立性没有降低

本次优化不会引入减少屏障(燃料包壳，反应堆冷却剂系统，安全壳)独立性的机制，保护公众的屏障仍然得到维持。

(6)采取了避免人因失误的措施

本次优化不会影响原有防止人误失效的措施，也不会增加事故工况下新的人员操作的响应。

2.2.2 安全裕度

RRA热交换器检查策略变更后，没有违背RRA系统设计规范，不会改变对RRA系统设计规范、运行安全规范和安全导则的遵守；也不会影响设计基准事故分析的基础假设和输入，因此不影响事故分析的结果。RRA热交换器检查策略变更后，唯一受影响的是核电厂在役检查计划大纲，此影响与安全裕度无关。

2.3 风险影响分析

由于本次优化仅变更RRA系统热交换器内部目视检查策略，对其设计基准、检修方法及检修程序维持不变，但取消轮换检查可能会对热交换器的性能有影响。根据2.2.2节描述，本次优化对RRA系统热交换器可靠性的影响主要分为两部分：不同检修策略本身对冗余系统可靠性的影响和不同检修策略下共因的影响。对于共因影响的评价，将采用α因子模型来评价，其参数将采用美国通用数据[4]。因此，RRA系统热交换器检修策略变化后，热交换器组的可靠性和机组的风险变化分别见表4和表5所示，其中功率工况，RRA在蒸发器传热管破裂等事故中作为缓解功能投入运行，因此风险计算采用1.2.2节所述方式进行评价；停堆工况下，由于本次变更同时影响丧失RRA系统热交换器的可靠性和丧失RRA系统的始发事件发生频率，因此直接采用该电厂的PSA模型进行计算。通过分析可知：RRA系统热交换器检修策略变化后，引起的风险变化较小，满足风险控制准则[1]。