申 紅

（環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082）

目前，我國對核電廠的設計、建造有一系列總的安全規(guī)定的設計準則、設計方法和評價方法。但對其他核燃料循環(huán)設施（濃縮鈾廠、鈾轉化廠、核燃料后處理廠等）卻沒有相應的有關安全設計和評價標準，給設計和生產運行帶來了一定的困難和不便。

美國是自然災害和地震災害相當嚴重的國家，核設施的安全受到高度重視。為了防災、減災，美國能源部制定了一套較完善的關于核燃料循環(huán)設施減輕自然災害影響的法規(guī)和標準體系(簡稱NPH標準) ，以工程可用的方式，為安全問題、選址調查、設計程序以及安全評價提供了一個相互協(xié)調的工作程序，有效地保障了核燃料循環(huán)事業(yè)的安全發(fā)展。

我國核燃料循環(huán)工程建設的迅速發(fā)展也要求有相應的標準、規(guī)范進行指導，如果能學習和借鑒美國標準，結合我國情況將一些標準轉化過來，為我所用，是一件很有意義也很必要的事情。

1 美國NPH標準體系的特點及內容

美國能源部關于核燃料循環(huán)設施減輕自然災害影響的標準體系，由法規(guī)、DOE命令與指南、技術標準組成。以工程可用的方式，為減輕自然災害（主要考慮地震、大風、洪水影響）在選址、設計以及安全評價方面提供了工作程序。

1.1 NPH標準體系的構成

NPH標準體系由以下內容構成：

法規(guī)10CFR Part 830 核安全管理；

指令DOE O 420.1 設施安全；

指南DOE G 420.1-2 減輕自然災害的指南。

技術標準：

DOE-STD-1020 自然災害設計和評價準則；

DOE-STD-1021 建（構）筑物、系統(tǒng)和部件防御自然災害的性能分類準則；

DOE-STD-1022 廠址自然災害調查準則；

DOE-STD-1023 自然災害評估準則；

DOE-STD-1027 設施危險分類和事故分析技術；

DOE-STD-3009 非反應堆核設施安全分析報告的編制導則。

1.2 NPH標準體系的特點

美國關于核燃料循環(huán)設施減輕自然災害影響的標準體系具有以下特點：

（1）不同層次的技術法規(guī)體系

法規(guī)10CFR Part 830“核安全管理”和法令DOE O 420.1“設施安全”對減輕自然災害（NPH）影響提出政策性的方針和要求，為滿足這些要求，核燃料循環(huán)設施在設計、評價時要遵循標準（1020，1021，1022，1023、1027、3009）。

（2）NPH標準體系的整體性

NPH標準體系中各領域標準之間（1020，1021，1022，1023、1027、3009）相互協(xié)調、相互補充，將設施性能分類與安全分析活動、自然災害設計準則之間有機地聯(lián)系在一起，形成一個完整抵御自然災害的標準體系。

（3）NPH標準體系為減輕自然災害提供了相互協(xié)調的工作程序

NPH標準體系以工程可用的方式，為安全問題、選址調查、設計程序以及安全評價提供了一個相互協(xié)調的工作程序。采用NPH標準體系進行設計和安全評價步驟如下：

1）采用DOE-STD-1027、DOE-STD-3009對構筑物、系統(tǒng)和部件進行安全分類；

2）采用DOE-STD-1021對建（構）筑物、系統(tǒng)、部件進行性能分類；

3）采用DOE-STD-1022中的方法對廠址具體研究，或者評估有關NPH廠址特征的已有數(shù)據(jù)，需要時按照1022標準對廠址具體分析；

4）按照DOE-STD-1023完成對廠址自然災害的評估；

5）設計建造新設施或評價已有設施，DOESTD-1020標準中提供了建立自然災害承載的規(guī)定年超出概率、容許的響應水平、加載的組合準則、設計詳細要求、質量保證要求；

6）DOE-STD-1027-92和DOE-STD-3009-94提供了設施危害分類和事故分析。

新設施的設計順序和已有設施的評估順序是按照從危害分類到通過安全分析最終將建（構）筑物、系統(tǒng)和部件的NPH類別歸為性能級別（PCs）的順序進行的。整個過程的聚焦點集中在對建（構）筑物、系統(tǒng)和部件防御自然災害的性能分級上，性能分級是關鍵。而且設計過程與安全分析是相互反復的。

2 NPH標準在設計中的應用

對于自然災害，通過適當?shù)脑O計,設施可以達到減輕自然災害影響的目的，以下幾個支持性標準提供了具體方法。

DOE-STD-1020 自然災害設計和評價準則；

DOE-STD-1021 建（構）筑物、系統(tǒng)和部件防御自然災害的性能分類準則；

DOE-STD-1022 廠址自然災害調查準則；

DOE-STD-1023 自然災害評估準則；

DOE-STD-1027 設施危險分類和事故分析技術；

DOE-STD-3009 非反應堆核設施安全分析報告的編制導則。

2.1 分級方法是設計的核心

設計中減輕自然災害影響的一個關鍵因素就是分級方法的使用。由于核燃料循環(huán)設施具有多樣性，有些設施是不具有放射性的輔助設施，有些則是包含危險性材料的設施。采用分級方法，可以根據(jù)不同的設施制定不同的保護目標，采取不同的保護措施，使安全性和經(jīng)濟性得到優(yōu)化分配。NPH標準要求利用分級方法為各種各樣的核設施提供自然危害保護的合理級別。

DOE-STD-1021建（構）筑物、系統(tǒng)和部件防御自然災害的性能分類準則在決定核設施內部具體的系統(tǒng)、結構或部件屬于哪一危害性能類別時提供了指導幫助。該準則論述了設施安全分類和性能類別的概念,指導如何選擇性能類別以滿足減輕自然災害影響的要求。

基本分級方法要求核設施中的每一個構筑物、系統(tǒng)和部件都要根據(jù)其安全重要性歸為5個性能類別中的1個，按照自然危害不可接受概率,每一個性能類別要有一個特定性能目標。分級基本方法如下：

PC-0：沒有必要考慮的自然危害，即此類自然危害不能成為問題。

PC-1：要防止主要結構破壞、倒塌或其他故障危及人員的生命安全。但是沒有考慮危害發(fā)生后，建（構）筑物、系統(tǒng)和部件是否繼續(xù)使用的問題。

PC-2：要保證基礎設施（消防中心、應急中心、醫(yī)院）的可運行性及防止操作人員的身體受傷。當安全分析確定因工人安全需要對低危險性物質做局部有限密封時，有關的建（構）筑物、系統(tǒng)和部件，要按照PC-2的規(guī)定執(zhí)行。如手套箱、局部過濾器、通風系統(tǒng)、監(jiān)測器、報警器、走廊、樓梯和門、通訊系統(tǒng)、撤離的應急照明。PC-2的設計準則與標準建筑規(guī)范中基礎設施（醫(yī)院、火警站、緊急運行中心）的設計準則相類似。

PC-3：當設施在實現(xiàn)它們的安全職能時發(fā)生故障，由于這些故障的發(fā)生導致放射性或有毒性物質從設施內部釋放出來，引起對公眾健康和環(huán)境的潛在危害。PC-3要預防或減輕臨界事故、化學爆炸和危險性材料釋放到設施外的潛在事件。這個類別的設計主要考慮通過設計基準事件限制設施損害，使危險性材料被控制，保護運行人員，保證設施運行不被中斷。當安全分析確定因工人安全需要對高危險性材料進行局部密封時，有關的建（構）筑物、系統(tǒng)和部件,要按照PC-3 的規(guī)定執(zhí)行。PC-3與商用钚設施的建筑規(guī)范要求和民用核電站中的保守性相一致。

PC-4：設施在實現(xiàn)它們的安全職能時發(fā)生故障，由于這些故障的發(fā)生導致大量的放射性或有毒性物質從設施內部釋放出來，造成對公眾、環(huán)境的危害。PC-4建（構）筑物、系統(tǒng)和部件,被指定為“類似反應堆”，確定釋放出的放射性或有毒性物質是否類似于大型反應堆的釋放量，可依據(jù)安全分析報告。這個類別的設計主要考慮通過設計基準限制設施損害，使得危險性材料被控制和限制，保護運行人員，保證設施的運行不被中斷。PC-4地震條款與民用核電站地震評價或設計中采用的條款相似。

2.2 自然災害評估

地震和其他嚴重自然災害是很難分析和預測的,因此對建構筑物、系統(tǒng)、設備等選擇出可防御的合適的設計荷載是很困難的。利用歷史記錄、區(qū)域地質圖和其他調查報告的信息，研究人員建立一個模型來估計各種等級的自然危害對某一場所的影響，設計者和建造者利用這些信息，設計建造建（構）筑物、系統(tǒng)和部件，以抵制這些危害的影響，從而減少了對人類生命、財產和環(huán)境造成危害的風險。DOE-STD-1023介紹了現(xiàn)場自然災害評估要求及評估方法。

自然災害估計要和分級法考慮的性能類別對應。對于含有性能類別3和4的建（構）筑物、系統(tǒng)和部件的廠址，必須要有廠址具體的自然災害評價報告。對于含有性能類別1和2的建（構）筑物、系統(tǒng)和部件的廠址，如沒有廠址自然災害評價，使用標準建筑規(guī)范或國內統(tǒng)一標準的自然災害圖就能滿足要求。對于有廠址具體自然災害評價的廠址，性能類別1和2中的建（構）筑物、系統(tǒng)和部件，必須要評價或設計現(xiàn)場最大的特定值，并要能證明這些值是合適的。

（1）新廠址

評估：對于含有性能類別3和4的建（構）筑物、系統(tǒng)和部件的新廠址，必須要有廠址具體的自然災害評價，這份評價需要包括DOESTD-1022中說明的現(xiàn)場具體信息。

選址：選址計劃必須考慮所有的自然災害的影響。例如，地震活動、地質危害和土壤破壞危害都必須要考慮到。必須避免將建筑物的地址選擇在活性地質斷層、遭受滑坡或土壤液化極易發(fā)生的不穩(wěn)定性區(qū)域。除此之外，不能將建筑物的地址選擇在沒有保護（防洪堤或堤防）的洪區(qū)內，那里等于或超過性能目標的年超過概率的洪水深度和其他的洪水效應會嚴重影響到建筑物的性能。特別要注意可能遭受包括地震引起的故障使上游水壩或水庫發(fā)生潰壩的廠址。

（2）已有現(xiàn)場

對已有現(xiàn)場，如果NPH評估的技術發(fā)展水平或廠址具體信息發(fā)生了重大變化，則必須更新自然危害評價。如果在以前僅有性能類別1和2的建（構）筑物、系統(tǒng)和部件，且沒有廠址具體自然危害評價，而現(xiàn)在要建造或安裝性能類別3和4的建（構）筑物、系統(tǒng)和部件時，必須要進行廠址具體NPH評價。至少每十年要對自然危害評價方法的技術發(fā)展水平和廠址具體信息進行一次審評。

2.3 緩解自然災害的設計

自然災害設計和評價準則（DOESTD-1020）提供了根據(jù)劃分的建（構）筑物、系統(tǒng)和部件性能類別來進行設計評價的程序。標準采用了分級方法來保證設計/評價中的保守性，規(guī)定了地震、風、洪水等自然災害方面的設計/評價方法，規(guī)定了怎樣建立各級別建（構）筑物、系統(tǒng)和部件的設計/評價基準地震荷載；怎樣評估建（構）筑物、系統(tǒng)和部件對這些荷載的反應和怎樣判斷反應是可接受的。標準也涉及設計細節(jié)和地震安全的質量保證。地震設計/評價規(guī)定不僅適用于建、構筑物，也適用于建、構筑物內所包含的設備、系統(tǒng)、管道。

設計/評價準則要求對每一個性能類別的建（構）筑物、系統(tǒng)和部件規(guī)定特定性能目標，性能目標用自然危害不可接受概率表示。根據(jù)不可接受概率可進一步得出自然危害的承載能力。將承載能力與一定保守性水準的設計評估程序結合起來，就可以達到執(zhí)行目標。設計評估程序要與工程實踐中的國家統(tǒng)一規(guī)范標準緊密結合。

自然災害設計/評價程序包括以下幾個步驟：

1）按照每一個性能類別自然危害不可接受的概率(自然危害概率)來確定自然危害承載能力。

2）評價建（構）筑物、系統(tǒng)和部件對自然災害荷載的反應。

3）評估計算聯(lián)合承載能力得出的反應是否容許。

4）在自然災害可能發(fā)生時，為達到預期的性能目標，按照相應的條款進行設計。

3 對NPH標準的思考

3.1 NPH標準的先進性

（1）體現(xiàn)了風險防范、事前預防的原則

美國這套體系體現(xiàn)了風險防范的原則，強調對安全問題進行認真的提前分析規(guī)劃和采取有效措施阻止?jié)撛诘挠泻π袨?，這一點對核能安全非常重要，因為核事故一旦發(fā)生，可能會造成無法挽回的災難性后果。因此，對于自然災害，核設施安全標準的重點應著眼于事前的風險防范，圍繞核設施整個生產環(huán)節(jié)，盡可能考慮所有可能的風險因素。

事前預防體現(xiàn)在技術安全方面主要是在工程設計上要盡可能考慮到一切可能會出現(xiàn)安全隱患的環(huán)節(jié)，確保設計的安全、科學。首先是選址安全，設施的建造必須考慮合適的地質條件，防止地震、洪水等事故造成放射物質外泄。

（2）是一套完整的不同層次的技術法規(guī)標準體系

法規(guī)、法令作為頂層文件對減輕自然災害影響提出政策性的方針和要求，為滿足這些要求，制定了相關標準。在法律法規(guī)等法律形式文件中引用技術標準，使標準成為法律法規(guī)的技術依據(jù)和組成部分。這是發(fā)達國家標準法制化的重要特征。

（3）重視安全分級與事故分析

設計中減輕自然災害影響的一個關鍵因素就是分級方法的使用。由于核燃料循環(huán)設施具有多樣性，有些設施是不具有放射性的輔助設施，有些則是包含危險性材料的設施，采用分級方法，可以根據(jù)不同的設施制定不同的保護目標，采取不同的保護措施，使安全性和經(jīng)濟性得到優(yōu)化分配。NPH標準要求利用分級方法為各種各樣的核設施提供自然災害保護的合理級別。分級的思想貫穿于整個核活動，各標準之間相互協(xié)調，保證整個核活動要求的一致性。重視事故分析，有利于設施的安全評價、性能分類。

（4）安全分析采用概率法

與傳統(tǒng)的確定論安全分析相比，概率安全分析提供了一種系統(tǒng)的方法，可以找出源于各種始發(fā)事件的事故序列，現(xiàn)實地確定事故序列的后果及頻率。概率安全分析還可以現(xiàn)實地確定核燃料設施的風險水平。

3.2 幾點考慮

我國目前沒有針對核燃料循環(huán)設施抵御自然災害的標準, 我國在設計這類設施時，對于放射性風險相對低的設施如：鈾轉化工廠、鈾濃縮工廠、元件廠等所采用的標準大都為民用標準，而對放射性及化學污染風險相對較高的乏燃料后處理廠，其主要廠房設計采用的是核電標準。美國NPH標準是一套完整的針對自然災害的標準體系, 在對NPH標準分析與理解的基礎上,有以下幾點考慮:

（1）加快我國核燃料設施法規(guī)制修訂工作

加快我國核燃料設施的法規(guī)制修訂工作，如對HAF301民用核燃料設施安全規(guī)定進行修訂，借鑒國外經(jīng)驗,在有關核燃料循環(huán)設施安全法規(guī)中補充明確對自然災害要求的技術文件，增強法規(guī)的可操作性。

（2）建立我國核燃料設施抵御自然災害標準組成框架

以法律法規(guī)作上層文件, 在法律法規(guī)下制訂抵御自然災害標準。以標準組成框架為指導，進行標準的制定。

（3）對NHP標準進行轉化

美國NPH標準，涉及地質、氣象、風險評估、土木工程設計等領域，內容全面、詳細，其中有很多對具體方法的描述、解釋和舉例。結合我國的工程技術經(jīng)驗,對一些標準進行轉化。如轉化DOE-STD-1020自然災害設計和評價準則；DOE-STD-1021建（構）筑物、系統(tǒng)和部件防御自然災害的性能分類準則；DOE-STD-1022廠址自然災害調查準則；DOE-STD-1023自然災害評估準則等。

4 結束語

我國核燃料循環(huán)工程建設的迅速發(fā)展，急需有相應的標準、規(guī)范進行指導，但要直接應用美國這些標準有一定的困難，因為美國標準之間的聯(lián)系非常緊密，標準往往與DOE命令、指南及其他有關的國家規(guī)范一起使用。因此，很有必要做標準轉化工作，使標準與我國其他標準兼容，并符合設計要求，NPH標準涉及面廣，轉化成符合我國國情、與國際接軌的標準，是一項復雜的、難度非常大的工程，但卻是一項非常有意義和有必要的工作。

[1] GB 50011—2001 建筑抗震設計規(guī)范[S].（GB 50011-2001 Code for Building Aseismic Design[S].）

[2] 民用核燃料循環(huán)設施安全規(guī)定[S]（1993年6月17日 國家核安全局令第3號發(fā)布）.（Safety Regulations for Civil Nuclear Fuel Cycle Facilities[S] (No.3 decree of the National Nuclear Safety Administration issued on June 17, 1993).）

[3] 我國核安全法規(guī)概述[J]. 輻射防護通訊，2007，2.（Overview of China’s nuclear safety laws and regulations[J]. News Report of Radiation Protection, 2007, 2.）

[4] 田勝清. 核工程的抗震分級、建構筑物分類、設防標準及抗震分析方法[R]. 核工業(yè)第二研究設計院.（TIAN Sheng-qing. Seismic grading,classification of building and structures, defense setting standards and aseismic analysis methods for nuclear engineering[R]. Beijing Institute of Nuclear Engieering.）

[5] Natural Phenomena Hazards Design and Evaluation Criteria for Department of Energy Facilities（DOE-STD-1020）.

[6] Natural Phenomena Hazards Performance Categorization Guidelines for Structures，Systems and Components（DOE-STD-1021）.

[7] Natural Phenomena Hazards Assessment Criteria（DOE-STD-1022）.

[8] Natural Phenomena Hazards Assessment Criteria（DOE-STD-1023）.

[9] Doe Standard Hazard Categorization and Accident Analysis Techniques for Compliance with Doe Order 5480.23，Nuclear Safety Analysis Reports（DOE-STD-1027）.

[10] Preparation Guide for U.S Department of Energy Nonreactor Nuclear Facility Documented Safety Analyses（DOE-STD-3009）.