海軍工程大學(xué) 船舶與動(dòng)力學(xué)院 武漢 430033

為了解決日益頻繁的海上安全問題，英國(guó)海事安全局在1993年國(guó)際海事組織(IMO)海上安全委員會(huì)(MSC)第62屆會(huì)議上提出了綜合安全評(píng)估方法FSA(formal safety assessment)。它是一種綜合性、結(jié)構(gòu)性和系統(tǒng)性的分析方法，通過結(jié)構(gòu)化的分析過程，綜合考慮影響船舶安全的各方面因素，找出各因素之間的影響關(guān)系，評(píng)估各因素的風(fēng)險(xiǎn)水平和貢獻(xiàn)大小，再經(jīng)過費(fèi)用和受益分析，從而獲得提高安全性的措施和建議。

該方法一經(jīng)提出，馬上引起了國(guó)際海運(yùn)安全研究專家和學(xué)者的重視。在1997年召開的第68屆MSC會(huì)議上，通過了“FSA應(yīng)用暫行指南”。此后，IMO的一些會(huì)員國(guó)家采用綜合評(píng)估的方法就船舶安全展開了一系列的試應(yīng)用研究工作。

目前，國(guó)外已經(jīng)在船舶設(shè)計(jì)、裝(卸)載、航運(yùn)和船艙事故等方面應(yīng)用FSA方法取得了成功，中國(guó)船級(jí)社也已將FSA方法應(yīng)用于長(zhǎng)江高速船和渤?？蜐L船等的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[1]。

1 FSA的特點(diǎn)與可行性分析

1.1 FSA的內(nèi)容和特點(diǎn)

FSA本義為“規(guī)范化的安全評(píng)估”，引入我國(guó)時(shí)，中國(guó)船級(jí)社將其譯為“綜合安全評(píng)估”。顧名思義，它是一種規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化、綜合化的系統(tǒng)工程方法。FSA方法通常包括5個(gè)步驟(見圖1)：1)危險(xiǎn)識(shí)別；2)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；3)降低風(fēng)險(xiǎn)的措施；4)降低風(fēng)險(xiǎn)措施的費(fèi)用受益評(píng)估；5)提出降低風(fēng)險(xiǎn)措施的決策建議。

圖1 FSA方法流程

該方法通過結(jié)構(gòu)化的分析過程，綜合考慮影響船舶安全的各方面因素，如操縱、環(huán)境、機(jī)械故障、設(shè)計(jì)問題、建造問題、管理問題等等。通過風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)分析，找出各因素之間的影響關(guān)系，評(píng)估各方面的風(fēng)險(xiǎn)水平和貢獻(xiàn)大小[2]。

1.2 MNPP安全性的特點(diǎn)和FSA應(yīng)用的可行性分析

1.2.1 MNPP安全性特點(diǎn)

1) 核動(dòng)力裝置功率大，冷卻劑處于高溫、高壓狀態(tài)，而且具有強(qiáng)放射性，通常采用多道安全屏障和縱深防御的設(shè)計(jì)，安全系統(tǒng)比較復(fù)雜。

2) 核艦船在海上機(jī)動(dòng)航行，船用核動(dòng)力裝置經(jīng)常變功率運(yùn)行，出現(xiàn)瞬態(tài)的可能性較核電站大，而且船舶艙室環(huán)境較惡劣，人機(jī)配合效果較差，潛在危險(xiǎn)較多。

3) 在設(shè)計(jì)上采取縱深防御的原則和多重安全措施，具有很好的安全性，但由于設(shè)備故障和人為因素，仍然存在發(fā)生事故的可能性，甚至是那些概率小而后果嚴(yán)重的事故。

1.2.2 FSA的應(yīng)用可行性

針對(duì)MNPP安全性的特點(diǎn)，考慮使用FSA方法。利用邏輯圖和FTA等方法對(duì)頂層危險(xiǎn)和功能失效等進(jìn)行分解，然后使用ETA，F(xiàn)MECA等方法找出各種危險(xiǎn)事件或因素，按危險(xiǎn)程度對(duì)這些事件進(jìn)行排序，并給出風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖，獲得危險(xiǎn)事件或因素的風(fēng)險(xiǎn)水平和貢獻(xiàn)大小，通過研究得出風(fēng)險(xiǎn)控制措施，利用費(fèi)用效益評(píng)估比較各種方案，提出決策、建議，從而提高操作、管理的安全性，降低事故發(fā)生率，減少經(jīng)濟(jì)損失。以下通過FSA在船用核動(dòng)力裝置中的具體應(yīng)用來說明。

2 應(yīng)用

2.1 危險(xiǎn)識(shí)別

危險(xiǎn)是一種可能導(dǎo)致事故的潛在條件或狀態(tài)，它是系統(tǒng)或環(huán)境的一個(gè)特征。危險(xiǎn)識(shí)別要找出事故的發(fā)生原因、影響因素和后果，并給出危險(xiǎn)程度的排序表。危險(xiǎn)程度通常分為以下幾個(gè)級(jí)別：輕微、中等、嚴(yán)重、災(zāi)害性。

對(duì)于船用核動(dòng)力裝置來說，危險(xiǎn)識(shí)別就是分析核動(dòng)力裝置的頂級(jí)事故和安全目標(biāo)，然后使用邏輯圖、故障樹、人因事件樹等方法對(duì)這些事故和目標(biāo)進(jìn)行分解，再對(duì)分解出來的事故進(jìn)行更深層次的分析，得出具體的初因事故或部件失效的原因。參考國(guó)際核事件分級(jí)表[3]，表1給出了MNPP的危險(xiǎn)程度劃分標(biāo)準(zhǔn)。參考核電站堆芯損壞的邏輯圖[4]，圖2給出了MNPP堆芯損壞的邏輯圖，所列出的底事件是對(duì)MNPP安全有重要意義的典型事件。

表1 MNPP危險(xiǎn)程度劃分

圖2 MNPP堆芯損壞的簡(jiǎn)要邏輯

通過對(duì)這些典型事件的熱工水力計(jì)算和事件樹分析，可以得到它們的危險(xiǎn)排序：輕微危險(xiǎn)包括蒸發(fā)器傳熱管微小泄露等；中等危險(xiǎn)包括啟動(dòng)時(shí)一組控制棒失控抽出，蒸氣泄壓閥等；嚴(yán)重災(zāi)害包括小破口失水事故(小破口LOCA)，蒸氣泄壓閥卡開，主給水喪失等；災(zāi)害性危險(xiǎn)包括大破口失水事故(大破口LOCA)，主蒸汽管道大破裂，蒸發(fā)器傳熱管斷裂和給水完全喪失時(shí)未緊急停堆的瞬態(tài)等。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

“風(fēng)險(xiǎn)”是一個(gè)復(fù)合概念，既指事故發(fā)生的后果危險(xiǎn)程度，又指事故頻率。上一步給出了船用核動(dòng)力裝置典型事故的危險(xiǎn)程度，在這一步中對(duì)識(shí)別出來的危險(xiǎn)進(jìn)行分析、評(píng)估，并計(jì)算出發(fā)生頻率，得出風(fēng)險(xiǎn)的可容許度區(qū)間(“可以忽略”，“不可容忍”和“合理可行的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)ALARP”)。

選取蒸發(fā)器傳熱管微小泄露，啟動(dòng)時(shí)控制棒失控抽出，小破口LOCA和大破口LOCA分別代表輕微、中等、嚴(yán)重和災(zāi)害性危險(xiǎn)。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)并采取保守?cái)?shù)據(jù)，得到這幾種事故的發(fā)生頻率。根據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)按反應(yīng)堆事故出現(xiàn)的預(yù)計(jì)概率和可能的放射性后果對(duì)核電廠工況的分類數(shù)據(jù)，分別選取發(fā)生頻率值為：

極少：10-6～10-4次/(堆·年)，

很少：10-4～10-2次/(堆·年)，

很可能：10-2～10-1次/(堆·年)，

經(jīng)常：10-1～10次/(堆·年)[5]

于是，可以獲得如圖3所示的風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖。該圖說明小破口LOCA雖然危險(xiǎn)程度不及大破口LOCA，但是“不可容忍”，是需要嚴(yán)格控制的，而其它幾個(gè)事故可以忽略，或要降低到盡可能低的水平。

圖3 典型事故的風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖

2.3 提出降低風(fēng)險(xiǎn)的措施

在危險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地提出相應(yīng)降低風(fēng)險(xiǎn)的措施，并根據(jù)這些措施制定具體切實(shí)可行的風(fēng)險(xiǎn)控制方案，包括制定和修改一些標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定。針對(duì)以上分析，提出下列建議：

1) 加強(qiáng)核安全監(jiān)督管理，注重核艦船在役檢查。比如，加強(qiáng)一回路水質(zhì)管理，避免一回路管道、閥門等因腐蝕等原因造成破損、泄漏；定期對(duì)蒸汽發(fā)生器和重要系統(tǒng)、管道、閥門進(jìn)行在役檢查等。

2) 進(jìn)行操縱人員培訓(xùn)和考核，內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論，模擬器操作和事故工況的應(yīng)急處置等。

3) 制定事故條件下的應(yīng)急處置和修理預(yù)案，并進(jìn)行訓(xùn)練，尤其是對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖中處于“不可容忍”區(qū)域的事故(如小破口LOCA)，要特別重視。

4) 根據(jù)MNPP的頂層危險(xiǎn)和功能失效，編制綜合安全評(píng)估系統(tǒng)軟件。

2.4 降低風(fēng)險(xiǎn)措施的費(fèi)用受益評(píng)估

在提出各種風(fēng)險(xiǎn)控制方案后，從經(jīng)濟(jì)有效角度評(píng)估所提出的各種控制風(fēng)險(xiǎn)的措施，并評(píng)估采用建議措施所需要的費(fèi)用和采取這些措施后降低風(fēng)險(xiǎn)所帶來的效益。通常措施1)和2)的費(fèi)用較低、管理水平和效益也低；措施3)和4)的費(fèi)用高、研制周期長(zhǎng)，但效率高。

2.5 提出降低風(fēng)險(xiǎn)措施的決策建議

根據(jù)評(píng)估結(jié)果在考慮控制方案有效性并顧及各方利益均衡的情況下，提出合理的建議案，以決定最終采取何種風(fēng)險(xiǎn)控制和應(yīng)急處置方案。該步驟可以對(duì)實(shí)際可行的風(fēng)險(xiǎn)控制方案提出具體建議，或者對(duì)制定或修改的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定等各種方案提出具體的選擇建議。措施1)和2)為目前普遍采用，措施3)和4)由于費(fèi)用較高，基本沒有實(shí)施或部分實(shí)施；但是，措施3)有利于提高事故時(shí)的應(yīng)急處置能力，防止輕微事故后果的擴(kuò)大，措施4)是較先進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)控制方案，能保證MNPP在全壽命周期的風(fēng)險(xiǎn)處于較低水平，并有效防止人因事故。

3 結(jié)束語

應(yīng)用綜合安全評(píng)估方法，從堆芯損壞的頂層事故出發(fā)，對(duì)船用核動(dòng)力裝置的危險(xiǎn)事故進(jìn)行識(shí)別、排序，并選取四個(gè)典型事故作出風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖，比較得出小破口LOCA需要嚴(yán)格控制，最后給出了降低風(fēng)險(xiǎn)的措施。不足之處在于：

1) 對(duì)危險(xiǎn)程度的評(píng)價(jià)只給出了定性標(biāo)準(zhǔn)，如果要定量評(píng)價(jià)危險(xiǎn)程度，需要結(jié)合熱工水力計(jì)算給出定量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；

2) 對(duì)降低風(fēng)險(xiǎn)的費(fèi)用受益評(píng)估分析還不夠充分，不能給出全面的決策建議的結(jié)論，這些在以后的工作中還要繼續(xù)完善。

[1] 中國(guó)船級(jí)社. 綜合安全評(píng)估應(yīng)用指南[M]. 北京：人民交通出版社, 1999.

[2] 茅云生, 王曉紅, 張?jiān)⒌? 綜合安全評(píng)估方法在潛艇生命力設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2003 (5): 667-670.

[3] IAEA. The international nuclear event scale[OL]. http://www.iaea.org, 1990.

[4] 周法清. 核電廠概率安全評(píng)價(jià)[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社, 1996.

[5] 朱繼洲. 核反應(yīng)堆安全分析[M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社, 2004.