核電汽輪機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)故障樹(shù)分析

核電汽輪機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)故障樹(shù)分析第1頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五摘要本文對(duì)核電汽輪機(jī)飛射物的安全性設(shè)計(jì)方法和考核準(zhǔn)則進(jìn)行論述。以200MW石島灣核電汽輪機(jī)為例建立汽輪機(jī)因超速保護(hù)系統(tǒng)失效產(chǎn)生飛射物的風(fēng)險(xiǎn)概率故障樹(shù)模型，分析影響汽輪機(jī)超速產(chǎn)生飛射物的主要因素，對(duì)影響汽輪機(jī)超速系統(tǒng)安全性的要素進(jìn)行評(píng)估。關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；飛射物；故障樹(shù)；超速；概率第2頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五背景介紹

回顧核電發(fā)展歷史，1967年英國(guó)溫德斯凱爾核電站事故，導(dǎo)致英國(guó)幾十年核電發(fā)展停滯不前；1979年美國(guó)賓夕法尼亞州的三哩島核電站發(fā)生核泄漏事故；1986年烏克蘭境內(nèi)切爾諾貝利核電站發(fā)生了世界上最嚴(yán)重的核島爆炸事故，大量放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境；1987年阿根廷阿圖查1號(hào)核電375MW機(jī)組，核堆一次回路泄露有放射性重水近50噸；1998年到2002年，四年間核電站共發(fā)生了6次核泄漏事故；1999年，日本茨城縣東海村一家核燃料制造廠發(fā)生核物質(zhì)泄漏事故，造成兩名工人死亡，數(shù)十人遭到不同程度輻射，30萬(wàn)人在屋內(nèi)避難；2011年3月11日，日本發(fā)生9.0級(jí)地震，引發(fā)了震驚世界的福島核電站事故，核電站1至6號(hào)機(jī)組全部永久廢棄，方圓20公里內(nèi)所有居民被迫撤離。福島核電站事故為核能源的安全利用敲響了警鐘。截止2011年3月底，中國(guó)已有6座核電站13臺(tái)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，裝機(jī)容量為1080.8萬(wàn)千瓦；正在建造的共28臺(tái)機(jī)組，裝機(jī)容量為3087萬(wàn)千萬(wàn)。中國(guó)已成為世界在建核電機(jī)組規(guī)模最大的國(guó)家。我們要充分認(rèn)識(shí)核安全的重要性和緊迫性，核電發(fā)展要把安全放在第一位。第3頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2．核電汽輪機(jī)飛射物安全性評(píng)估的基本原理汽輪機(jī)飛射物事故概率的基本定義如下：P1

╳P2

╳P3=P4

（1）其中：P1------汽輪機(jī)飛射物產(chǎn)生的概率

P2------飛射物撞擊核反應(yīng)堆的概率P3------飛射物造成核安全設(shè)施發(fā)生損壞的概率P4------汽輪機(jī)飛射物事故概率第4頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五對(duì)于不利方向布置的機(jī)組，P2

╳P3估計(jì)值為10-2，對(duì)于有利方向布置的機(jī)組，P2╳P3估計(jì)值為10-3。根據(jù)美國(guó)核管理委員會(huì)審核大綱NRC－0800導(dǎo)則RegulatoryGuide1.115飛射物造成核安全設(shè)施發(fā)生損壞的概率P4要求保持在每年10-7以下。2．核電汽輪機(jī)飛射物安全性評(píng)估的基本原理第5頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五汽輪機(jī)飛射物發(fā)生概率P1主要由以下因素產(chǎn)生：1）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)和制造，2）汽輪機(jī)操作因素，3）影響汽輪機(jī)超速的設(shè)備維護(hù)工作。汽輪機(jī)飛射物的概率P1由兩種不同的低壓輪盤(pán)斷裂形式來(lái)考慮，也就是：(1)由正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速升至120%額定轉(zhuǎn)速之間發(fā)生斷裂的飛射物概率Pr(2)由大于120%額定轉(zhuǎn)速的飛車(chē)超速引起所有低壓輪盤(pán)斷裂的飛射物概率Po2．核電汽輪機(jī)飛射物安全性評(píng)估的基本原理第6頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示，其中SV代表主汽閥、CV代表調(diào)節(jié)閥。當(dāng)汽輪機(jī)卸載或是準(zhǔn)備脫網(wǎng)時(shí)主汽閥和調(diào)節(jié)閥就應(yīng)動(dòng)作隔斷高壓蒸汽以讓汽輪機(jī)減速；當(dāng)調(diào)節(jié)閥和主汽閥動(dòng)作失效時(shí)，汽輪機(jī)的應(yīng)急遮斷機(jī)構(gòu)就應(yīng)當(dāng)立即動(dòng)作。3．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖第7頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.2故障樹(shù)建立第8頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五蒙特卡羅方法蒙特卡羅方法的基本思想是當(dāng)所求解問(wèn)題是某種隨機(jī)事件出現(xiàn)的概率，或者是某個(gè)隨機(jī)變量的期望值時(shí)，通過(guò)某種“實(shí)驗(yàn)”的方法，以這種事件出現(xiàn)的頻率估計(jì)這一隨機(jī)事件的概率，或者得到這個(gè)隨機(jī)變量的某些數(shù)字特征，并將其作為問(wèn)題的解。對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行1E9次蒙特卡羅計(jì)算，得到頂事件發(fā)生概率為5.572781E-007次/年。第9頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五結(jié)果分析計(jì)算結(jié)果表明:對(duì)左側(cè)高壓汽腔的安全運(yùn)行影響最大的是基本事件A12B（主調(diào)節(jié)閥或主汽閥的危急遮斷油路堵管）和A19CV3（調(diào)節(jié)閥卡?。┙M成的割集[A12B，A19CV3]以及A12B（主調(diào)節(jié)閥或主汽閥的危急遮斷油路堵管）與A19CV3（調(diào)節(jié)閥卡?。┙M成的割集[A12B，A19CV1]。這兩個(gè)最大割集發(fā)生的概率分別占總發(fā)生概率的30.87%和29.67%。第10頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五結(jié)果分析最小割集失效概率圖最小割集重要度底事件重要度第11頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期五結(jié)論本文針對(duì)200MW石島灣核電汽輪機(jī)超速系統(tǒng)故障引起汽輪機(jī)飛射物事故進(jìn)行了系統(tǒng)的故障樹(shù)分析，主要工作及其結(jié)論如下所述：確定了核電汽輪機(jī)飛射物事故的故障樹(shù)分析方法，建立了各基本事件、中間事件以及頂事件之間的故障邏輯關(guān)系。在故障樹(shù)分析計(jì)算平臺(tái)上完成了200MW核電汽輪機(jī)飛射物事故的故障樹(shù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，并分別對(duì)各故障樹(shù)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算分析和討論。故障樹(shù)分析計(jì)算表明，200MW核電汽