核電廠安全第三章核電廠的安全設(shè)計(jì)課件

第三章核電廠的安全設(shè)計(jì)

-第二節(jié)核電廠安全設(shè)計(jì)原則

內(nèi)容提要：三里島、切爾諾貝利、福島事故簡要回顧三道屏障和五個(gè)層次的縱深防御單一故障原則三里島事故1979年3月28日，美國三哩島核電站2號(hào)機(jī)組滿功率運(yùn)行。凌晨4點(diǎn)，二回路的水泵發(fā)生故障后，二回路的事故冷卻系統(tǒng)自動(dòng)投入，但因前些天工人檢修后未將事故冷卻系統(tǒng)的閥門打開，致使這一系統(tǒng)自動(dòng)投入后，二回路的水仍斷流。導(dǎo)致一回路升溫升，進(jìn)而觸發(fā)反應(yīng)堆自動(dòng)停堆，卸壓閥也自動(dòng)打開。三里島事故同時(shí)，當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)壓力下降至正常時(shí)，卸壓閥由于故障未能自動(dòng)回座，使堆芯冷卻劑繼續(xù)外流，壓力降至正常值以下，于是應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)自動(dòng)投入，但操作人員未判明卸壓閥沒有回座，反而關(guān)閉了應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)，停止了向堆芯內(nèi)注水。這一系列的管理和操作上的失誤與設(shè)備上的故障交織在一起，使一次小的故障急劇擴(kuò)大，造成堆芯熔化的嚴(yán)重事故。三里島事故在這次事故中，主要的工程安全設(shè)施都自動(dòng)投入，同時(shí)由于反應(yīng)堆有幾道安全屏障（燃料包殼，一回路壓力邊界和安全殼等），因而無一傷亡，在事故現(xiàn)場(chǎng)，只有3人受到了略高于半年的容許劑量的照射。核電廠附近80千米以內(nèi)的公眾，由于事故，平均每人受到的劑量不到一年內(nèi)天然本底的百分之一，因此，三里島事故對(duì)環(huán)境的影響極小。切爾諾貝利事故1986年4月26日當(dāng)?shù)貢r(shí)間1點(diǎn)24分，前蘇聯(lián)的烏克蘭共和國切爾諾貝利（Чорнобиль，Chernobyl）（原本以列寧的名字來命名）4號(hào)反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重泄漏及爆炸事故。切爾諾貝利事故在23點(diǎn)10分又開始降功率。試驗(yàn)大綱中，發(fā)電機(jī)惰走的同時(shí)供給機(jī)組需要的電源應(yīng)在堆功率為700～1000兆瓦（熱）下完成?？墒牵?dāng)局部的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)切除時(shí)（這是按低功率下運(yùn)行規(guī)程應(yīng)該做的），操作人員未能足夠迅速地消除因自動(dòng)調(diào)節(jié)棒的測(cè)量部件所引起的不平衡。結(jié)果，功率降到30兆瓦（熱）以下。

切爾諾貝利事故

4月26日1點(diǎn)，操作人員才成功地使功率穩(wěn)定在200兆瓦（熱）。同時(shí)，因?yàn)榉磻?yīng)堆“中毒”仍在繼續(xù)，進(jìn)一步提高功率受到了小的可利用的過剩反應(yīng)性的限制。所以，當(dāng)時(shí)的功率實(shí)際上低于規(guī)定要求的水平。

實(shí)驗(yàn)開始之后不久反應(yīng)堆功率開始緩慢上升。在1點(diǎn)23分40秒，機(jī)組值班長發(fā)出命令按動(dòng)AZ－5按鈕。這將把所有的控制棒和快速停堆棒插入堆芯。這些棒下落幾秒鐘后，感到有一些振動(dòng)，而且，操作人員看到吸收棒沒有完全插到堆芯底部停止位置。（正反應(yīng)性引入過大，功率劇增，反應(yīng)堆不可控的）接著他切斷了棒控制系統(tǒng)的伺服機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電源，以便使吸收棒靠本身自重墜入堆芯。

根據(jù)4號(hào)機(jī)組外側(cè)的目擊者們提供的情況，在1點(diǎn)24分接連發(fā)生兩次爆炸。燃著物的團(tuán)塊和火星沖入反應(yīng)堆上空，其中有些落到汽輪機(jī)廠房屋頂并開始著火。切爾諾貝利事故切爾諾貝利事故大約有1650平方千米的土地被輻射。后續(xù)的爆炸引發(fā)了大火并散發(fā)出大量高輻射物質(zhì)到大氣層中，涵蓋了大面積區(qū)域。這次災(zāi)難所釋放出的輻射線劑量是廣島原子彈的幾百倍。事故導(dǎo)致30人當(dāng)場(chǎng)死亡，上萬人由于放射性物質(zhì)的長期影響而致命或患的重病。福島事故2011年3月11日下午，日本東部海域發(fā)生里氏9.0級(jí)大地震，并引發(fā)海嘯。位于日本本州島東部沿海的福島第一核電站停堆，且若干機(jī)組發(fā)生失去冷卻事故，運(yùn)營福島第一核電站的東京電力公司在13日上午11時(shí)，向政府作出緊急通報(bào)，宣布福島第一核電站進(jìn)入“緊急狀態(tài)”;3月12日下午，一號(hào)機(jī)組發(fā)生爆炸;3月14日，三號(hào)機(jī)組發(fā)生兩次爆炸；日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省原子能安全保安院承認(rèn)有放射性物質(zhì)泄漏到大氣中，方圓若干公里內(nèi)的居民被緊急疏散（疏散范圍一直在擴(kuò)大）。福島事故直接原因：強(qiáng)地震海嘯間接原因：設(shè)計(jì)的缺陷和建設(shè)時(shí)對(duì)自然災(zāi)難引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不足核島設(shè)備存在安全隱患（老化）運(yùn)營和審查機(jī)構(gòu)失職緊急情況下應(yīng)急管理經(jīng)驗(yàn)缺失從以上事故分析看來都有設(shè)計(jì)上的原因三里島是常規(guī)設(shè)備的可靠性不夠；切爾諾貝利是低功率下設(shè)計(jì)成正具有正反應(yīng)性效應(yīng)，且慢化劑為高溫下可燃燒的石墨；福島是嚴(yán)重事故的防御能力設(shè)計(jì)不足。核電廠基本設(shè)計(jì)原則大部分體現(xiàn)在：法規(guī)《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》，HAF102--5.8系統(tǒng)和部件的可靠性設(shè)計(jì)單一故障準(zhǔn)則冗余性原則（多樣性原則）多樣性原則獨(dú)立性原則故障安全原則（失效安全原則）定期試驗(yàn)、維護(hù)、檢查的措施固有安全性的設(shè)計(jì)原則運(yùn)行人員操作優(yōu)化的設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)反饋多道屏障燃料芯塊元件包殼一回路壓力邊界安全殼防止放射性物質(zhì)外泄的四道屏障

第一道防線預(yù)防事故（預(yù)防）設(shè)計(jì)偏安全質(zhì)量保證系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)第二道防線監(jiān)測(cè)事故（監(jiān)測(cè)）檢測(cè)和糾正偏離正常運(yùn)行狀態(tài)保護(hù)裝置、系統(tǒng)安全裕量（多重、設(shè)備分級(jí)）第三道防線防止事故擴(kuò)大（保護(hù)）多道屏障專設(shè)安全措施停堆系統(tǒng)第四道防線緩解事故（緩解）嚴(yán)重事故管理第五道防線應(yīng)急計(jì)劃（應(yīng)急）居民屏蔽、撤退、供給藥物安全設(shè)計(jì)中的多級(jí)防御第二道防線監(jiān)測(cè)事故(監(jiān)測(cè))目的防止運(yùn)行中出現(xiàn)的偏差發(fā)展成為事故這是考慮到即使在核電廠的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行中采取了各種措施，電廠仍然可能會(huì)發(fā)生故障。提供工程系統(tǒng)，防止事件演變成事故設(shè)計(jì)要求設(shè)置可靠保護(hù)裝置和工程系統(tǒng)它們的功能是探測(cè)妨礙安全的瞬變，完成適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)動(dòng)作這些系統(tǒng)必須按保守的設(shè)計(jì)實(shí)踐設(shè)計(jì)必須留有足夠的安全裕量并應(yīng)配有重復(fù)探測(cè)、檢查和控制手段各種測(cè)試儀表必須具備較高的可靠性。運(yùn)行管理要求必要時(shí)啟用由設(shè)計(jì)提供的安全系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)防止設(shè)備故障和人為差錯(cuò)釀成事故第三道防線防止事故擴(kuò)大（保護(hù)）目的限制事故引起的放射性后果通過提供工程系統(tǒng)緩解事故，是對(duì)于前兩道防御的補(bǔ)充它專門用于對(duì)付那些幾乎不可能發(fā)生但從安全角度又必須加以考慮的各種事故。限制和盡量減少放射性釋放量設(shè)計(jì)要求配置必需的專設(shè)安全設(shè)施，以便對(duì)付預(yù)期假想事故保證多道屏障的完整性確保停堆系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行管理要求啟用核電站安全系統(tǒng)加強(qiáng)事故中的電站管理防止事故擴(kuò)大，保護(hù)安全殼廠房第四道防線緩解事故（緩解）目的針對(duì)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)可能已被超過的嚴(yán)重事故保證放射性釋放在盡可能低的程度保護(hù)包容功能設(shè)計(jì)要求制定事故管理規(guī)程(SAM)制定防止事故進(jìn)展的補(bǔ)充措施和規(guī)程制定減輕嚴(yán)重事故后果的措施運(yùn)行管理要求第五道防線應(yīng)急計(jì)劃（應(yīng)急）目的萬一發(fā)生極不可能發(fā)生的事故，并且有放射性外泄，啟用廠內(nèi)外應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃在嚴(yán)重事故工況下保護(hù)廠外公眾免受過量的輻射努力減輕事故對(duì)居民的影響運(yùn)行管理要求每個(gè)核電廠均應(yīng)制訂應(yīng)急計(jì)劃能對(duì)附近居民實(shí)行屏蔽、疏散、供給藥物并對(duì)食物進(jìn)行封鎖，使損害降到最小限度單一故障準(zhǔn)則定義

某部件出現(xiàn)故障時(shí)，它的功能能保證安全系統(tǒng)的冗余原則多樣性原則失效安全原則獨(dú)立性原則單一故障準(zhǔn)則滿足單一故障準(zhǔn)則的設(shè)備組合在其任何部位發(fā)生單一隨機(jī)故障時(shí)，仍能保持所賦于的功能。由單一隨機(jī)事件引起的各種繼發(fā)故障，均視作單一隨機(jī)故障的組成部分采用多樣性原則能減少某些共因故障或共模故障，從而提高某些系統(tǒng)的可靠性共因故障

由特定的單一事件或起因?qū)е氯舾裳b置或部件功能失效的故障多樣性原則多樣性為執(zhí)行某一確定功能設(shè)置多重部件或系統(tǒng)這些部件或系統(tǒng)具有不同屬性獲得不同屬性的方式采用不同的工作原理不同的物理變量不同的運(yùn)行條件使用不同制造廠的產(chǎn)品獨(dú)立性原則獨(dú)立性為了提高系統(tǒng)的可靠性，防止發(fā)生共因故障或共模故障，系統(tǒng)安全系統(tǒng)各個(gè)冗余支之間，通過功能隔離或?qū)嶓w分隔，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)布置和設(shè)計(jì)的獨(dú)立性。（1）保持多重系統(tǒng)部件之間的獨(dú)立性；（2）保持系統(tǒng)中各部件與假設(shè)始發(fā)事件效應(yīng)之間的獨(dú)立性

例如，假設(shè)始發(fā)事件不得引起安全系統(tǒng)或安全功能的失效或喪失（3）保持不同安全等級(jí)的系統(tǒng)或部件之間適當(dāng)?shù)莫?dú)立性；（4）保持安全重要物