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        淺談除核電外核燃料循環(huán)中物料泄漏事故的隱患排查

        2021-02-27 06:34:14趙國志
        核安全 2021年1期
        關(guān)鍵詞:核燃料核電排查

        趙國志,郝 悅,曲 鵬,張 琦

        (核工業(yè)理化工程研究院,天津 300300)

        閉式核燃料循環(huán)主要包括核燃料加工、核電站、乏燃料后處理、燃料的運(yùn)輸、廢物處置和退役等環(huán)節(jié),目前,中國、俄羅斯、英國、法國和日本等國都采用了閉式核燃料循環(huán)策略。在核燃料循環(huán)領(lǐng)域中,物料泄漏主要包括UF6、含鈾固體粉末等。國內(nèi)外物料泄漏事故的研究基本上遵循單一故障準(zhǔn)則[1-5]。單一故障準(zhǔn)則是確定論安全分析的基本假設(shè),在設(shè)計階段以及安全分析時,保證設(shè)計基準(zhǔn)事件情況下的系統(tǒng)安全。但是,國內(nèi)近10年來,核燃料循環(huán)領(lǐng)域中(除核電外)較為頻繁地發(fā)生物料泄漏事故,究其原因,幾乎都是設(shè)備雙重失效或疊加人因失效[6]。因此,目前對于核燃料循環(huán)領(lǐng)域(除核電外)的隱患排查工作,可能會遺漏或忽視可能造成泄漏事故的隱患。概率安全分析(Probabilistic safety assessment,簡稱PSA)則可對復(fù)雜系統(tǒng)的各種可能發(fā)生的事件、事故進(jìn)行全面分析,有助于排查出未引起注意的事故隱患。

        在國內(nèi)系統(tǒng)地進(jìn)行核燃料循環(huán)領(lǐng)域(除核電外)的隱患排查研究尚屬首次,本研究首先總結(jié)歸納了國內(nèi)外典型的物料泄漏事故,綜合應(yīng)用較為先進(jìn)的隱患排查方法,對國內(nèi)核燃料循環(huán)領(lǐng)域中(除核電外)的物料泄漏事故隱患進(jìn)行討論,為中國閉式核燃料循環(huán)的建設(shè)和運(yùn)行的核安全管理和策略提供參考,亦為后續(xù)進(jìn)行的核燃料循環(huán)(除核電外)概率安全分析打下基礎(chǔ)。

        1 物料泄漏事故

        1970年至2014年,國外核燃料循環(huán)領(lǐng)域發(fā)生了上千起物料泄漏事件、事故,其中典型的物料泄漏事件/事故見表1[6-7]。國內(nèi)核燃料循環(huán)領(lǐng)域中典型的物料泄漏事故見表2。

        表1 國外典型的物料泄漏事件/事故Table 1 Typical material leakage accidents abroad

        表2 國內(nèi)典型的UF6泄漏事件/事故Table 2 Typical UF6leakage accident in China

        國內(nèi)、國外發(fā)生的物料泄漏事故中,相同原因的事故(如同類型閥門損壞)會多次發(fā)生;在設(shè)備發(fā)生故障時,往往會疊加操作人員失誤,致使事件進(jìn)一步發(fā)展。此外,在事故后的調(diào)查和訪談當(dāng)中發(fā)現(xiàn),很多事故原因最初都沒有引起注意,沒有列入事故隱患,致使事故發(fā)生后,工作人員和應(yīng)急人員會做出不恰當(dāng)?shù)奶幹?。雖然物料泄漏事故不如臨界事故、核電廠嚴(yán)重事故的后果嚴(yán)重,但是,各種物料仍然會對工作人員、廠房及周邊環(huán)境造成嚴(yán)重影響,相關(guān)的清理活動會耗費相當(dāng)?shù)娜肆ξ锪?,容易造成不良的社會影響和恐慌。因此,中國原子能工業(yè)有限公司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)做出了“全面深入、細(xì)致徹底、不留死角、不留盲區(qū)”的物料泄漏事故隱患排查指示,這對核燃料循環(huán)安全穩(wěn)定的運(yùn)行具有很大的戰(zhàn)略指導(dǎo)意義,也對核燃料循環(huán)領(lǐng)域提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

        2 隱患排查方法和途徑

        一般情況下,隱患排查方法和途徑主要包括按設(shè)備周期排查、缺陷統(tǒng)計分析法、設(shè)備設(shè)計安裝中排查、運(yùn)行巡視中排查、設(shè)備維護(hù)中排查、大小修中排查、設(shè)備點檢、安全大檢查等[9,10],具體內(nèi)容見表3。但是,從國內(nèi)、外燃料循環(huán)中發(fā)生的事件、事故來看,這些方法和途徑都有一定的滯后性,不能預(yù)見性的發(fā)現(xiàn)事故隱患,即事件、事故的經(jīng)驗反饋得到的根本或直接原因可以被邏輯地解釋,但事先沒有將此項列為事故隱患。如大小修中的隱患排查,需管理人員和技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗以及相關(guān)記錄進(jìn)行隱患的逐一排查,這個過程可能會忽略未有先例的事故隱患。

        表3 隱患排查方法和途徑Table 3 Methods and ways of hidden danger investigation

        因此,本文嘗試把核電站PSA 方法的一些思想理念引入核燃料循環(huán)的隱患排查中。與傳統(tǒng)的隱患排查方法相比,PSA 對事故的研究更加全面細(xì)致。PSA工作主要包括事故序列分析和系統(tǒng)可靠性分析(含人因可靠性分析),事故序列分析的起點是始發(fā)事件分析,始發(fā)事件分析旨在確定潛在的、會導(dǎo)致不期望后果的那些事件,通常包括工程評估法和演繹法,本文主要采用工程評估法,即梳理核燃料循環(huán)領(lǐng)域(除核電外)的歷史運(yùn)行記錄、維修記錄、操作規(guī)程等資料;系統(tǒng)可靠性分析中失效模式和影響分析(Failure Modes and Effects Analysis,簡稱FMEA)是常用的標(biāo)準(zhǔn)方法,可以系統(tǒng)地鑒別在設(shè)備設(shè)計中的潛在失效,并分析該失效對設(shè)備/系統(tǒng)可能造成的影響[11]。人因分析主要包括始發(fā)事件發(fā)生前的人員動作、造成始發(fā)事件的人員動作和事件進(jìn)行中的人員動作,本文主要考慮前兩種人因失效。始發(fā)事件分析結(jié)合FMEA方法,并考慮人為因素,可較為全面地研究系統(tǒng)潛在的失效,從而全面地進(jìn)行事故隱患排查。

        3 除核電外核燃料循環(huán)物料泄漏隱患排查

        通過梳理近十年除核電外核燃料循環(huán)事件的事故經(jīng)驗反饋,核燃料循環(huán)(除核電外)領(lǐng)域各單位的操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案,相關(guān)的FMEA 研究結(jié)果,以及維修人員、操作人員和研究人員的訪談,總結(jié)了核燃料循環(huán)幾個重要環(huán)節(jié)中物料泄漏的事故隱患排查結(jié)果。其中三類人員訪談是對表3 列舉隱患排查方法的重要補(bǔ)充,亦是PSA 中人因失效分析的重要步驟。例如,對國內(nèi)某鈾濃縮廠進(jìn)行隱患排查時,與維修人員訪談后發(fā)現(xiàn),數(shù)個主要管道(布置復(fù)雜)上某類型魚雷閥體朝向內(nèi)側(cè),在不進(jìn)行管道拆除的前提下,檢、維修時工作人員較難使用維修工具進(jìn)行操作,導(dǎo)致維修人員會數(shù)次漏過內(nèi)側(cè)朝向的閥門,而事件/事故記錄顯示歷史上數(shù)次物料泄漏事件/事故均與此類魚雷閥有關(guān),因此將內(nèi)側(cè)朝向的魚雷閥列入物料泄漏隱患清單。

        3.1 鈾濃縮環(huán)節(jié)

        鈾濃縮環(huán)節(jié)涉及到的鈾物料會以氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)三種形式存在,臨界事故通常不作考慮[12],因此事故隱患排查要考慮物料三種形態(tài)可能的泄漏途徑[13]。除了鈾濃縮環(huán)節(jié)常規(guī)的廠內(nèi)隱患排查外,鈾濃縮環(huán)節(jié)的的事故隱患排查結(jié)果見表4。根據(jù)設(shè)備類型,把鈾濃縮廠的事故隱患排查集中在容器、管線和閥門、監(jiān)測裝置和輔助系統(tǒng)四個方面。

        表4 鈾濃縮環(huán)節(jié)的事故隱患排查結(jié)果Table 4 Investigation results of potential accidents in uranium enrichment

        3.2 燃料制造和加工環(huán)節(jié)

        燃料制造和加工環(huán)節(jié)在設(shè)計建造時遵循了必須防止臨界事故和危險物質(zhì)事故性釋放原則[1,3]。雖然臨界安全不屬于物料泄漏范疇,但是臨界事故會造成放射性危害以及可能造成物料的擴(kuò)散。因此,對于此環(huán)節(jié)的隱患排查包括了臨界問題,著重考慮雙(多)重失效和人因失效的事故隱患。除了燃料制造和加工環(huán)節(jié)常規(guī)的廠內(nèi)隱患排查外,事故隱患排查結(jié)果見表5。

        表5 燃料制造環(huán)節(jié)物料泄漏隱患排查結(jié)果Table 5 Investigation results of hidden dangers of material leakage in fuel manufacturing

        3.3 乏燃料后處理環(huán)節(jié)

        乏燃料后處理環(huán)節(jié)是核燃料循環(huán)中除核電外最重要的一環(huán)[14,15],也是國內(nèi)外有記錄的發(fā)生事件/事故最多的一個環(huán)節(jié)。后處理環(huán)節(jié)通常包括冷卻與首端處理、化學(xué)分離、轉(zhuǎn)化、凈化4 個環(huán)節(jié)[14]。由于乏燃料處理環(huán)節(jié)基本都是在高放射性條件下開放式進(jìn)行操作的,因此物料泄漏隱患排查除了熱室和手套箱等重要部位以外,放射性廢液和廢氣處理系統(tǒng)成為重點排查對象,4 個環(huán)節(jié)中所有涉及到的管道(軟管和硬管)、閥門、法蘭、容器、槽罐等處的密封和人員操作均應(yīng)受到重視,控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、泵、通風(fēng)/抽氣系統(tǒng)、裝運(yùn)系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)及其人員操作在隱患排查時應(yīng)逐一評估。表6 列出乏燃料后處理環(huán)節(jié)中幾個典型的,容易被忽視的物料泄漏事故隱患。

        表6 乏燃料后處理環(huán)節(jié)幾個容易被忽視的物料泄漏事故隱患Table 6 Hidden dangers of material leakage in the post-treatment of spent fuel

        3.4 燃料運(yùn)輸和廢物處理

        燃料的運(yùn)輸是由專業(yè)部門或機(jī)構(gòu)進(jìn)行,隱患排查涉及容器和轉(zhuǎn)運(yùn)過程,本文不做討論。廢物處理環(huán)節(jié)往往會涉及高放射性廢物,包括收集、分類、濃縮、壓縮、去污、固化、包裝,貯存等工藝環(huán)節(jié),根據(jù)其工藝過程,事故隱患排查結(jié)果見表7。

        表7 廢物處理環(huán)節(jié)物料泄漏隱患排查結(jié)果Table 7 Investigation results of hidden dangers of material leakage in waste treatment

        4 結(jié)論與展望

        目前已初步完成核燃料循環(huán)(除核電外)中各個環(huán)節(jié)的隱患排查,在國內(nèi)首次得到了核燃料循環(huán)(除核電外)的較為詳細(xì)的隱患排查清單,較為全面地展示了核燃料循環(huán)(除核電外)各環(huán)節(jié)的事故隱患,其中部分事故隱患未曾列入國內(nèi)相關(guān)單位的事故隱患排查目錄,為核燃料循環(huán)(除核電外)各環(huán)節(jié)“全面深入、細(xì)致徹底、不留死角、不留盲區(qū)”的物料泄漏事故隱患排查奠定了基礎(chǔ),給相關(guān)單位提供了隱患排查依據(jù),同時各相關(guān)單位可根據(jù)實際系統(tǒng)和設(shè)備的差異進(jìn)行刪減和增加事故隱患

        在今后的工作中,核燃料循環(huán)(除核電外)各單位可根據(jù)需求,對事故隱患清單進(jìn)行重要度分級,并進(jìn)行概率安全計算,做到重點防范高概率事故隱患,不漏過低概率事故隱患,預(yù)防和減少物料泄漏事件、事故的發(fā)生。

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