核安全基礎(chǔ)A核動(dòng)力裝置

船舶核動(dòng)力裝置

MarineNuclearPowerPlantsMNPP-C09-L202/2/202329核安全基礎(chǔ)9.1核安全的安全特征及安全要求9.2核動(dòng)力裝置的安全設(shè)計(jì)9.3核安全分析9.4概率安全分析方法9.5船舶核動(dòng)力裝置嚴(yán)重事故及其教訓(xùn)9.6核電站嚴(yán)重事故實(shí)例2/2/202339.1核動(dòng)力裝置的安全特征及安全要求核動(dòng)力裝置的危險(xiǎn)性主要來(lái)自于反應(yīng)堆內(nèi)的大量放射性物質(zhì)，一旦發(fā)生事故，這些放射性物質(zhì)就可能擴(kuò)散到環(huán)境中，直接(通過(guò)輻射和隨空氣吸入)或間接(通過(guò)食物鏈)地對(duì)周?chē)藛T的生命安全構(gòu)成威脅。反應(yīng)堆安全性的含義對(duì)工作人員和周?chē)用竦慕】蹬c安全有切實(shí)可靠的保障。正常運(yùn)行情況下，不論事故是由內(nèi)部原因(如系統(tǒng)和設(shè)備的故障)還是由外部原因(如飛機(jī)墜落、地震等)引起，反應(yīng)堆的保護(hù)系統(tǒng)和專(zhuān)門(mén)的安全設(shè)施都能及時(shí)地投入工作，確保堆芯安全，限制事故發(fā)展，減少設(shè)備損壞，防止放射性物質(zhì)泄漏到環(huán)境中。2/2/202349.1核動(dòng)力裝置的安全特征及安全要求核動(dòng)力裝置的潛在危險(xiǎn)性反應(yīng)堆內(nèi)的核裂變過(guò)程中除了釋放出巨大的能量外，還伴隨著大量放射性物質(zhì)的生成。反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)及其主要輔助系統(tǒng)在運(yùn)行中包容的冷卻劑處于高溫和高壓狀態(tài)。反應(yīng)堆在運(yùn)行一段時(shí)間后停閉時(shí)，堆芯功率不會(huì)馬上降到零。核動(dòng)力艦船在海洋中航行，會(huì)受到復(fù)雜海洋條件的影響。2/2/202359.1核動(dòng)力裝置的安全特征及安全要求核動(dòng)力裝置的安全要求反應(yīng)性控制采用控制棒、可燃毒物以及可溶毒物等多種方式，根據(jù)反應(yīng)堆運(yùn)行工況不同，分別實(shí)現(xiàn)功率控制、補(bǔ)償控制和緊急停堆控制，確保對(duì)反應(yīng)堆功率的有效控制。反應(yīng)堆堆芯冷卻在任何工況下都必須導(dǎo)出核燃料的釋熱，確保對(duì)堆芯的有效冷卻，防止由于過(guò)熱而引起燃料元件損壞。放射性產(chǎn)物包容在核燃料與環(huán)境之間設(shè)置多道屏障，防止放射性產(chǎn)物泄漏和擴(kuò)散到環(huán)境中。2/2/202369.2核動(dòng)力裝置的安全設(shè)計(jì)核安全是核設(shè)施在其設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、維修和退役期間，為保護(hù)工作人員、公眾和環(huán)境受可能的放射性危害所采取的所有措施的總和。確保核設(shè)施正常運(yùn)行，預(yù)防事故的發(fā)生，限制可能的事故后果。核安全在核動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、維修和退役等各個(gè)階段都會(huì)有不同的內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)階段主要是從核安全目標(biāo)出發(fā)，將核安全的基本原則體現(xiàn)在核動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)方案中，是保證其它階段核安全的前提條件。2/2/20237核安全的總目標(biāo)建立并維持一套有效的防護(hù)措施，以保證工作人員、公眾和環(huán)境免遭放射性危害，包括輻射防護(hù)目標(biāo)和技術(shù)安全目標(biāo)兩個(gè)輔助目標(biāo)。輻射防護(hù)目標(biāo)確保在正常狀態(tài)時(shí)放射性輻照和由放射性物質(zhì)引起的輻射照射低于規(guī)定的限值，并保持在可合理達(dá)到的盡量低的水平；確保減輕事故情況下的放射性后果。技術(shù)安全目標(biāo)防止發(fā)生事故，并在發(fā)生事故時(shí)減輕其后果；確保有嚴(yán)重放射性后果的事故發(fā)生的概率極低。2/2/20238基本原則涉及管理責(zé)任的原則涉及核安全文化、運(yùn)營(yíng)單位的責(zé)任和監(jiān)管當(dāng)局的控制等?；炯夹g(shù)原則涉及安全分級(jí)、設(shè)備鑒定、系統(tǒng)和部件的可靠性設(shè)計(jì)、火災(zāi)和爆炸、其他內(nèi)部危害、外部事件、運(yùn)行限值和條件、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故、嚴(yán)重事故、采用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證的工程實(shí)踐、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)反饋和安全研究成果、安全評(píng)價(jià)及其獨(dú)立驗(yàn)證、老化、人因考慮和人機(jī)接口、輻射防護(hù)。縱深防御原則在工程實(shí)踐中，縱深防御原則的貫徹主要體現(xiàn)在兩個(gè)重要的思想。

2/2/20239安全設(shè)計(jì)的基本原則核動(dòng)力裝置安全設(shè)計(jì)的一般原則采用行之有效的工藝和通用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)管理，在整個(gè)設(shè)計(jì)階段和任何設(shè)計(jì)變更中必須明確安全職責(zé)。安全設(shè)計(jì)的對(duì)象主要是安全系統(tǒng)、安全有關(guān)物項(xiàng)或系統(tǒng)兩大部分。其中，安全系統(tǒng)是核動(dòng)力裝置在預(yù)計(jì)運(yùn)行事件及事故工況下發(fā)揮安全功能，保證反應(yīng)堆安全停堆、從堆芯排出余熱或限制放射性后果的系統(tǒng)，包括保護(hù)系統(tǒng)、安全執(zhí)行系統(tǒng)和安全系統(tǒng)輔助設(shè)施。安全有關(guān)物項(xiàng)或系統(tǒng)是除安全系統(tǒng)以外與反應(yīng)堆安全有關(guān)的其它系統(tǒng)或部件，如一回路壓力邊界、安全殼等。2/2/202310安全設(shè)計(jì)的基本原則單一故障準(zhǔn)則多樣性原則獨(dú)立性原則故障安全原則定期試驗(yàn)、維護(hù)、檢查的措施充分采用固有安全性的設(shè)計(jì)原則運(yùn)行人員操作優(yōu)化的設(shè)計(jì)2/2/202311安全設(shè)計(jì)的基本原則單一故障準(zhǔn)則多樣性原則獨(dú)立性原則故障安全原則定期試驗(yàn)、維護(hù)、檢查的措施充分采用固有安全性的設(shè)計(jì)原則運(yùn)行人員操作優(yōu)化的設(shè)計(jì)2/2/202312核安全分析概率安全分析方法2/2/202313核潛艇事故的教訓(xùn)核潛艇沉沒(méi)事故原因分析1963年4月，美國(guó)“長(zhǎng)尾鯊”號(hào)核潛艇在美國(guó)科德角附近海域沉沒(méi)，129人遇難，這是世界上第一艘失事的核潛艇。至今全世界共沉沒(méi)核潛艇20艘。原因占前三位火災(zāi)6起（占38%）、進(jìn)水3起（占19%），爆炸、碰撞、誤操等原因各2起（各占12.5%）。2/2/202314核潛艇事故原因初期核潛艇易出事故初期建造的核潛艇在裝備質(zhì)量上不夠精良，在艇員操縱管理方面不夠成熟，各種應(yīng)急措施也不夠完善，容易發(fā)生故障甚至重大事故。在17艘已知沉沒(méi)的核潛艇中，有近10艘屬第一代核潛艇；雖然美海軍沉沒(méi)的3艘不是第一代艇，但全部發(fā)生在60年代，均屬初期建造的核潛艇。60年代是沉沒(méi)核潛艇最多的年代，達(dá)7艘。70年代后，美英法總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，大力提高核潛艇裝備的安全可靠性，同時(shí)加強(qiáng)了訓(xùn)練管理，近30年來(lái)未再發(fā)生沉艇事故。2/2/202315核潛艇事故原因核安全意識(shí)薄弱是重要原因90年代前，由于核安全機(jī)構(gòu)不健全，核安全法規(guī)不完善，對(duì)核潛艇的研制、運(yùn)行、修理、退役等缺乏嚴(yán)格的核安全監(jiān)督管理，所以難免出現(xiàn)疏漏和隱患，核事故的時(shí)有發(fā)生，逐步引起世人的關(guān)注1986年震驚世界的切爾諾貝利核電站核事故，是人們對(duì)核安全認(rèn)識(shí)根本轉(zhuǎn)變的分水嶺。1990年后，核安全引起了國(guó)際社會(huì)的高度重視，國(guó)際社會(huì)開(kāi)始進(jìn)行全面合作，制定了一系列核安全措施，核安全意識(shí)的提高和核安全保證措施的落實(shí)，使得各國(guó)核設(shè)施（包括核潛艇）的事故率明顯下降90年代只有一艘報(bào)廢待拆的核潛艇沉沒(méi)。

2/2/202316前蘇聯(lián)/俄羅斯核潛艇事故原因前蘇聯(lián)核潛艇沉沒(méi)數(shù)量居世界首位，引發(fā)事故的原因令人深思。從沉沒(méi)數(shù)量上看，世界上總共沉沒(méi)的20艘核潛艇中，前蘇聯(lián)就有16艘，占80%；從年代看，1970年至1999年的30年中，世界沉沒(méi)的10艘核潛艇全部來(lái)自前蘇聯(lián)（其中前20年沉沒(méi)達(dá)9艘，后10年沉沒(méi)1艘）。前蘇聯(lián)核潛艇海難事故如此之多，不僅僅因?yàn)楹藵撏?shù)量占世界首位（共建造約250艘，占世界總數(shù)的二分之一），使沉沒(méi)的絕對(duì)數(shù)量增加，更主要的是以下因素所致。

2/2/202317前蘇聯(lián)/俄羅斯核潛艇事故原因級(jí)別和艇型過(guò)于龐雜裝備設(shè)計(jì)質(zhì)量不過(guò)關(guān)人員素質(zhì)較差缺乏嚴(yán)格管理事故應(yīng)急準(zhǔn)備不落實(shí)2/2/202318級(jí)別和艇型過(guò)于龐雜在近40年里，前蘇聯(lián)共發(fā)展了三個(gè)艇種、15個(gè)級(jí)別、25個(gè)型號(hào)的核潛艇。在維修保養(yǎng)、后方支援和教育訓(xùn)練等方面都必須同時(shí)保持若干聯(lián)系，勢(shì)必造成機(jī)構(gòu)龐大、標(biāo)準(zhǔn)化程度低、管理困難，難以確保質(zhì)量和安全，增加了誘發(fā)事故的因素。俄海軍已決定加快老舊雜牌核潛艇的退役步伐，今后建造核潛艇，在充分論證定型后，一律只建造一種型號(hào)。2/2/202319裝備設(shè)計(jì)質(zhì)量不過(guò)關(guān)前蘇聯(lián)在60年代前后建造的核潛艇裝備存在重大缺陷，安全標(biāo)準(zhǔn)低，安全性差，據(jù)悉有些連常規(guī)指標(biāo)也未能達(dá)到。在沉沒(méi)核潛艇中，由于電器老化、采用高電壓制、電路配置不當(dāng)以及誤操等原因造成的電器故障、短路以致爆炸火災(zāi)事故占相當(dāng)大的比例。由于艇內(nèi)各艙室密封差，加上艇內(nèi)不少電纜材料等物質(zhì)含有易燃有毒成份，一旦著火，迅速蔓延，不但直接危及人員，而且很快威脅到反應(yīng)堆艙和反應(yīng)堆控制艙的設(shè)備、儀表安全2/2/202320人員素質(zhì)較差士氣低落，責(zé)任心不強(qiáng)。如北方艦隊(duì)潛艇基地位于高寒地區(qū)，生活及工作環(huán)境十分艱苦，不少官兵不安心服役，造成思想松懈、麻痹；業(yè)務(wù)水平不高。由于裝備問(wèn)題和經(jīng)費(fèi)不足，核潛艇長(zhǎng)年停泊在基地，在航率只有20%左右，大大低于美國(guó)的70%，由此造成艇員訓(xùn)練不足，專(zhuān)業(yè)知識(shí)缺乏，業(yè)務(wù)素質(zhì)較低，應(yīng)急處置能力差；實(shí)行義務(wù)兵役制使人員輪換很快，一些技術(shù)部門(mén)的人員不符合要求。2/2/202321缺乏嚴(yán)格管理前蘇聯(lián)比較重視新型裝備的使用，而對(duì)裝備的日常管理缺乏嚴(yán)格制度，忽視安全措施，不重視維修保養(yǎng)，零部件嚴(yán)重缺乏，致使近一半的潛艇失修，不具備海上執(zhí)勤能力2/2/202322事故應(yīng)急準(zhǔn)備不落實(shí)救生設(shè)備失靈，“共青團(tuán)員”號(hào)核潛艇發(fā)生火災(zāi)時(shí)，投放的2艘救生筏或未自動(dòng)充氣、或筏倒扣離，飛機(jī)投放的3艘救生筏也未能自動(dòng)充氣；在高寒海區(qū)執(zhí)勤的潛艇均未配備特種防寒服，致使落水人員難以自救；潛艇內(nèi)部及潛艇對(duì)上級(jí)的請(qǐng)示報(bào)告制度繁瑣，甚至隱情不報(bào)，往往貽誤或喪失妥善處置情況的時(shí)機(jī)；現(xiàn)有滅火設(shè)備不完善，可靠性差，難以抑制一場(chǎng)大火前蘇聯(lián)于1990年裝備了新型脹氣救生筏，1991年開(kāi)始裝備呼吸混合氣凈化組件和灌裝系統(tǒng)，并批量生產(chǎn)新型水下救生衣，該救生衣可允許人體在冰塊中逗留6個(gè)小時(shí)。2/2/202323

核潛艇事故實(shí)例（1）1961年7月4日，原蘇聯(lián)H-1級(jí)K-19號(hào)核潛艇反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)某管道破損，發(fā)生了嚴(yán)重的一回路失水事故為防止堆芯失水熔化，艇長(zhǎng)組織了搶修小組。每個(gè)小組輪流進(jìn)入反應(yīng)堆艙焊接臨時(shí)安全注水管線，兩個(gè)小時(shí)后，將飲用淡水注入堆芯，使堆芯溫度下降，挽救了反應(yīng)堆和潛艇，也防止了放射性物質(zhì)的大量擴(kuò)散搶修過(guò)程中，許多艇員受到了強(qiáng)烈的放射性照射，十幾天內(nèi)有8名艇員相繼死亡，后來(lái)的兩年中又有十幾人死于放射病。139名官兵中有22名喪生，故該艇被稱(chēng)為“廣島”號(hào)研制建造中，為了趕工期和限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，竟然沒(méi)有為反應(yīng)堆安裝安全注入系統(tǒng)，另外管道焊接質(zhì)量差，驗(yàn)收又不嚴(yán)格，埋下了事故隱患2/2/202324

核潛艇事故實(shí)例（2）1978年12月，原蘇聯(lián)D-1級(jí)K-171號(hào)彈道導(dǎo)彈核潛艇在以水面狀態(tài)返航途中，操縱員誤操，使處于停用狀態(tài)的一座反應(yīng)堆裝置的補(bǔ)水柜超壓，溢流出的水流到了反應(yīng)堆頂蓋上值班軍官未經(jīng)請(qǐng)示，決定啟動(dòng)這座反應(yīng)堆，以便將反應(yīng)堆頂蓋上的水迅速蒸發(fā)掉，同時(shí)對(duì)艙室進(jìn)行通風(fēng)反應(yīng)堆啟動(dòng)后，三名軍官進(jìn)入堆艙，以了解和評(píng)價(jià)事故的情況，但隨手關(guān)閉了艙門(mén)艙室內(nèi)的溫度很快升高，水開(kāi)始蒸發(fā)，堆艙中的壓力也迅速升高，三名軍官在堆艙內(nèi)檢查完畢打算離開(kāi)時(shí)，發(fā)現(xiàn)由于艙室壓力過(guò)高已經(jīng)，他們已經(jīng)無(wú)法依靠自己的力量將艙門(mén)打開(kāi)。船員打開(kāi)艙門(mén)后，3人已經(jīng)喪生誤操、擅自采取處理措施，是造成事故的主要原因2/2/202325

核潛艇事故實(shí)例（3）1986年10月3日，原蘇聯(lián)Y級(jí)K-219號(hào)核潛艇在潛航時(shí)，與另一艘潛艇相撞造成導(dǎo)彈艙進(jìn)水，高水壓引起導(dǎo)彈推進(jìn)劑容器破損，易燃物漏出并引起火災(zāi)和爆炸主電源和備用電源喪失，因失電使得反應(yīng)堆補(bǔ)償控制柵板不能插入堆芯，反應(yīng)堆有超臨界失控的危險(xiǎn)。為了阻止這種能使裂變產(chǎn)物向外大量釋放的放射性極限事故，艇員們被迫多次進(jìn)入堆艙，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)用專(zhuān)用扳手將多組補(bǔ)償控制柵板插入堆芯，確保反應(yīng)堆深度停堆。由于堆艙內(nèi)的80℃高溫及強(qiáng)放射性等惡劣環(huán)境，造成4人死亡此艇在被拉走的途中，由于艇內(nèi)不斷進(jìn)水，于10月6日6點(diǎn)3分，在百慕大群島東北約1100km處沉入5.5km的深海中2/2/202326

核電站事故自1954年第一座核電站誕生以來(lái)，商用核電站在32個(gè)國(guó)家中累計(jì)運(yùn)行12000堆·年期間，僅發(fā)生了兩起嚴(yán)重事故，即1979年美國(guó)三哩島（ThreeMileIsland，TMI）核事故以及1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利（Chernobyl）核事故，盡管對(duì)世界核電的發(fā)展進(jìn)程產(chǎn)生了重大影響，但核電從總體上來(lái)說(shuō)仍然是非常安全的。2/2/202327

三哩島核電站2/2/202328

切爾諾貝利核電站2/2/202329三哩島核事故1979年3月28日，三哩島核電站2號(hào)機(jī)組發(fā)生了美國(guó)商用核電站歷史上最嚴(yán)重的事故。事故由給水喪失引起的瞬變開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列事件造成了堆芯部分熔化，大量放射性物質(zhì)釋放到安全殼。盡管向環(huán)境的放射性釋放以及對(duì)運(yùn)行人員和公眾造成的輻射后果很微小，但這一事故對(duì)世界核工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響2/2/202330三哩島核事故事故后果在這次事故中，估計(jì)堆芯的鋯合金氧化了30%~40%堆芯上部三分之一嚴(yán)重?fù)p壞裂變產(chǎn)物從燃料向冷卻劑、安全殼、反應(yīng)堆輔助廠房和環(huán)境的釋放2/2/202331三哩島核事故原因設(shè)計(jì)缺陷機(jī)組采用直流蒸汽發(fā)生器，沒(méi)有設(shè)置除氧給水箱，二回路水容量較小，給水中斷很快就導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器二次側(cè)“干鍋”。安全殼地坑泵自動(dòng)將地坑中的積水排入輔助廠房的貯水箱，對(duì)于非放射性廢水可以這樣設(shè)計(jì)。但在一回路系統(tǒng)發(fā)生泄漏事故時(shí)，會(huì)將放射性廢水排到?jīng)]有屏蔽措施的輔助廠房，造成環(huán)境污染?？刂葡到y(tǒng)不夠完善。例如，輔助給水系統(tǒng)屬于安全系統(tǒng)，在其不能正常工作時(shí)反應(yīng)堆應(yīng)該停止運(yùn)行，發(fā)生事故的機(jī)組缺乏這樣的安全連鎖。設(shè)備失效主給水系統(tǒng)設(shè)備故障，穩(wěn)壓器卸壓閥復(fù)位故障，主控制室中穩(wěn)壓器水位指示器故障。2/2/202332三哩島核事故原因操作錯(cuò)誤操縱員在發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓器水位指示過(guò)高，又不知道卸壓閥未復(fù)位的情況下，關(guān)閉了安全注射系統(tǒng)，導(dǎo)致堆芯過(guò)熱，燃料元件損壞。堆芯冷卻劑劇烈汽化后，又擔(dān)心主泵發(fā)生汽蝕，從而關(guān)閉了主泵，致使堆芯進(jìn)一步過(guò)熱，燃料元件損壞加劇。管理不善輔助給水系統(tǒng)在檢修后，出口管路上的截止閥處于關(guān)閉狀態(tài)，維修人員失職，操縱員沒(méi)有察覺(jué)。而且自1978年10月以來(lái)，主給水系統(tǒng)曾因類(lèi)似故障而中斷過(guò)8次，均未采取有效措施。核電機(jī)組中多個(gè)設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)故障，表明設(shè)備檢修工作未得到足夠重視。2/2/202333切爾諾貝利核事故1986年4月25日，4號(hào)反應(yīng)堆預(yù)定關(guān)閉以作定期維修，同時(shí)安排測(cè)試反應(yīng)堆的汽輪發(fā)電機(jī)在斷電時(shí)為反應(yīng)堆安全系統(tǒng)供電的能力；核電站有兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，但并不能瞬間地起動(dòng)；斷電時(shí)反應(yīng)堆停堆，汽輪發(fā)電機(jī)組依靠慣性繼續(xù)發(fā)電，在柴油發(fā)電器機(jī)啟動(dòng)時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)組能夠充足地供給泵供電。測(cè)試早先在其它單位執(zhí)行成功（所有安全供應(yīng)起動(dòng)）而結(jié)果是失敗的（那是渦輪產(chǎn)生了不足的力量在減少階段供給泵浦動(dòng)力），但另外的改進(jìn)提示了對(duì)其它測(cè)試的需要。2/2/202334試驗(yàn)方案為了在更安全、更低功率地進(jìn)行測(cè)試，4號(hào)反應(yīng)堆輸出功率從正常功率的3200MW減少至700MW。但是，由于實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的延遲時(shí)，操縱員太快地減低能量水平，實(shí)際功率輸出降到30MW。結(jié)果，裂變產(chǎn)物氙-135增加了。力量下落的標(biāo)度雖是接近由安全章程允許的最大限制，但員工組的管理者選擇不關(guān)閉反應(yīng)堆并繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。后來(lái)，實(shí)驗(yàn)決定“抄捷徑”和只上升功率輸出到200MW。為了補(bǔ)償剩余氙-135的中子吸收，高于安全規(guī)定數(shù)量的控制棒由反應(yīng)堆拔出。在4月26