核電廠(chǎng)概率安全分析

核電廠(chǎng)概率安全分析1975年美國(guó)拉斯莫森教授發(fā)表的研究報(bào)告01概率安全分析的發(fā)展基本思想的程序我國(guó)的概率安全分析政策、法規(guī)和規(guī)范概率安全分析的三個(gè)等級(jí)PSA應(yīng)用展望目錄0305020406基本信息核電廠(chǎng)概率安全分析（Probabilisticsafetyassessmentfornuclearpowerplants）:概率安全分析方法起源于20世紀(jì)70年代。1975年美國(guó)拉斯莫森教授發(fā)表的研究報(bào)告《反應(yīng)堆安全研究》（WASH-1400）是全世界公認(rèn)的第一份完整的核電廠(chǎng)概率安全分析報(bào)告。該報(bào)告選取了薩利壓水堆和桃花谷沸水堆核電廠(chǎng)作為典型研究對(duì)象，利用事件樹(shù)和故障樹(shù)相結(jié)合的方法系統(tǒng)地研究了可能導(dǎo)致堆芯熔化的事故序列，完成了定量化計(jì)算并得到最終堆芯損壞頻率（CFD）風(fēng)險(xiǎn)值，由此形成了一套相對(duì)完整的核電廠(chǎng)概率安全分析技術(shù)。概率安全分析（ProbabilisticSafetyAssessment，PSA）是一種系統(tǒng)工程方法。它采用系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)（即故障樹(shù)和事件樹(shù)分析）和概率風(fēng)險(xiǎn)分析方法對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的各種可能事故的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程進(jìn)行全面分析。從它們的發(fā)生概率以及造成的后果綜合進(jìn)行考慮。概率安全分析的發(fā)展概率安全分析的發(fā)展美國(guó)在1975年發(fā)表了《反應(yīng)堆安全研究》（WASH-1400）。自從這次具有里程碑意義的研究以來(lái)，在概率安全分析方法上已經(jīng)有了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展，概率安全分析已經(jīng)成為核電廠(chǎng)安全分析的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化工具。1979年美國(guó)三里島核事故發(fā)生后，人們發(fā)現(xiàn)這種事故的整個(gè)發(fā)生發(fā)展過(guò)程在WASH-1400中已有明確預(yù)測(cè)。從此以后，概率安全分析得到廣泛承認(rèn)，許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和一些發(fā)展中國(guó)家先后組織了專(zhuān)門(mén)小組來(lái)研究這一方法，并在各方面得到廣泛應(yīng)用，以此分析設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)、改進(jìn)設(shè)計(jì)、診斷故障、指導(dǎo)運(yùn)行、制定維修策略等，并逐步發(fā)展為進(jìn)行安全評(píng)價(jià)和安全決策的重要工具

。我國(guó)的概率安全分析政策、法規(guī)和規(guī)范我國(guó)的概率安全分析政策、法規(guī)和規(guī)范國(guó)家核安全局作為我國(guó)的核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)一直致力于推動(dòng)我國(guó)概率安全評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，從20世紀(jì)80年代中期就組織國(guó)內(nèi)相關(guān)單位開(kāi)展概率安全評(píng)價(jià)研究工作。我國(guó)政府在中華人民共和國(guó)《核安全公約》國(guó)家報(bào)告中明確表示“中國(guó)核行業(yè)主管部門(mén)、核安全監(jiān)督部門(mén)都非常重視并努力推廣概率安全評(píng)價(jià)技術(shù)在核安全領(lǐng)域中的應(yīng)用”。國(guó)內(nèi)一些核電廠(chǎng)已開(kāi)始嘗試概率安全評(píng)價(jià)技術(shù)在電廠(chǎng)運(yùn)行管理中的應(yīng)用，比如在維修中采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)來(lái)優(yōu)化大修策略、在運(yùn)行中采用風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)核電廠(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)等，同時(shí)國(guó)內(nèi)的有關(guān)設(shè)計(jì)院也初步應(yīng)用了概率安全評(píng)價(jià)技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)核電廠(chǎng)的設(shè)計(jì)方案。這些工作為概率安全分析在核領(lǐng)域中的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2004年4月國(guó)家核安全局頒布HAF102《核動(dòng)力廠(chǎng)設(shè)計(jì)安全規(guī)定》和HAF103《核動(dòng)力廠(chǎng)運(yùn)行安全規(guī)定》。《核動(dòng)力廠(chǎng)設(shè)計(jì)安全規(guī)定》提出了必須在安全評(píng)價(jià)中采用確定論和概率論分析方法的要求；針對(duì)嚴(yán)重事故，結(jié)合概率論、確定論和工程判斷，確定嚴(yán)重事故重要事故序列的要求?！逗藙?dòng)力廠(chǎng)運(yùn)行安全規(guī)定》規(guī)定核動(dòng)力廠(chǎng)營(yíng)運(yùn)單位必須收集和保存運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，以用作核動(dòng)力廠(chǎng)老化管理、核動(dòng)力廠(chǎng)剩余壽期評(píng)價(jià)、概率安全評(píng)價(jià)和定期安全審查的輸入數(shù)據(jù)，必須考慮使用概率安全評(píng)價(jià)作為定期安全審查的輸入等要求。2006年6月國(guó)家核安全局批準(zhǔn)發(fā)布核安全導(dǎo)則HAD102/17《核動(dòng)力廠(chǎng)安全評(píng)價(jià)與驗(yàn)證》，對(duì)概率安全評(píng)價(jià)的方法、范圍以及需要滿(mǎn)足的目標(biāo)給出了明確的指導(dǎo)

?；舅枷牖舅枷敫怕拾踩治龇椒☉?yīng)用概率風(fēng)險(xiǎn)理論對(duì)核電廠(chǎng)安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，認(rèn)為核電廠(chǎng)事故是個(gè)隨機(jī)事件，引起核電廠(chǎng)事故的潛在因素很多，核電廠(chǎng)的安全性應(yīng)由全部潛在事故的數(shù)學(xué)期望值表示。對(duì)核電廠(chǎng)這樣復(fù)雜的系統(tǒng)作系統(tǒng)的分析思考，以嚴(yán)格的數(shù)理邏輯推理和概率論為理論基礎(chǔ)，提供一種綜合的結(jié)構(gòu)化的處理方法，找出可信的事故序列，評(píng)價(jià)相應(yīng)的發(fā)生概率和描繪造成的后果

。概率安全分析的三個(gè)等級(jí)概率安全分析的三個(gè)等級(jí)概率安全分析包括的內(nèi)容很廣，它可以是單個(gè)部件或系統(tǒng)的可靠性分析，也可以是對(duì)整個(gè)核電廠(chǎng)進(jìn)行總的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。但是，用概率論的方法對(duì)一座核電廠(chǎng)的安全性進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，這是個(gè)既復(fù)雜又龐大的計(jì)劃，需要相當(dāng)多的人力和物力。為此，核電廠(chǎng)的PSA可劃分成幾種不同的范圍，人們可以根據(jù)對(duì)核電廠(chǎng)進(jìn)行概率安全評(píng)價(jià)的目的，以及具備的人力和物力，選擇其中一部分內(nèi)容進(jìn)行分析，在國(guó)際的實(shí)踐中已經(jīng)形成了三個(gè)級(jí)別的PSA：一級(jí)PSA：系統(tǒng)分析。對(duì)核電廠(chǎng)運(yùn)行系統(tǒng)和安全系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，確定造成堆芯損壞的事故系列，并做出定量化分析，求出各事故序列的發(fā)生頻率，給出反應(yīng)堆每運(yùn)行年發(fā)生堆芯損壞的概率。該級(jí)分析可以幫助分析核電廠(chǎng)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，指出防止堆芯損壞的途徑。二級(jí)PSA：一級(jí)PSA結(jié)果加上安全殼響應(yīng)的評(píng)價(jià)。分析堆芯熔化物理過(guò)程和安全殼響應(yīng)特性，包括分析安全殼在堆芯損壞事故下所受的載荷，安全殼失效模式，熔融物質(zhì)與混凝土的相互作用，放射性物質(zhì)在安全殼內(nèi)釋放和遷移。結(jié)合一級(jí)PSA結(jié)果確定放射性從安全殼釋放的頻率。該級(jí)分析可以對(duì)各種堆芯損壞事故序列造成放射性釋放的嚴(yán)重性作出分析，找出設(shè)計(jì)上的弱點(diǎn)，并對(duì)減緩堆芯損壞后事故后果的途徑和事故處理提出具體意見(jiàn)。三級(jí)PSA：二級(jí)PSA結(jié)果加上廠(chǎng)外后果的評(píng)價(jià)。分析放射性物質(zhì)在環(huán)境中的遷移，求出核電廠(chǎng)廠(chǎng)外不同距離處放射性濃度隨時(shí)間的變化。結(jié)合第二級(jí)分析的結(jié)果按公眾風(fēng)險(xiǎn)的概念確定放射性事故造成的廠(chǎng)外后果。三級(jí)概率安全分析能夠?qū)蠊麥p緩措施的相對(duì)重要性作出分析，也能對(duì)應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃的制定提供支持

。的程序初始信息的收集系統(tǒng)分析安全殼分析放射性在環(huán)境中的遷移和后果評(píng)價(jià)外部事件的分析不確定性分析010302040506的程序初始信息的收集所需信息與分析的范圍有關(guān)，可以分為以下3類(lèi)：（1）電廠(chǎng)設(shè)計(jì)、廠(chǎng)址和運(yùn)行的信息；（2）一般性數(shù)據(jù)和電廠(chǎng)具體數(shù)據(jù)；（3）關(guān)于PSA方法的文件報(bào)告。系統(tǒng)分析（1）形成事件樹(shù)。該項(xiàng)任務(wù)就是要分析由始發(fā)事件與各系統(tǒng)成功或失效的組合而形成的各種事故序列，包括：確定所要分析的各類(lèi)始發(fā)事件，說(shuō)明響應(yīng)始發(fā)事件所涉及的系統(tǒng)或采取的行動(dòng)。最后，對(duì)每一始發(fā)事件或者具有同一事件樹(shù)結(jié)構(gòu)的一類(lèi)始發(fā)事件，形成各自的事件樹(shù)。（2）系統(tǒng)建模。這項(xiàng)任務(wù)是對(duì)PSA中所涉及的電廠(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析。（3）人因可靠性和規(guī)程的分析。（4）數(shù)據(jù)庫(kù)的形成。事故序列定量分析需要有部件的數(shù)據(jù)庫(kù)。PSA中所使用的數(shù)據(jù)可以有兩個(gè)來(lái)源：現(xiàn)有的通用的數(shù)據(jù)；電廠(chǎng)運(yùn)行所累積的特有數(shù)據(jù)。（5）事故序列定量分析。該項(xiàng)任務(wù)是根據(jù)始發(fā)事件的發(fā)生頻率和相應(yīng)各電廠(chǎng)系統(tǒng)失效概率或人因可靠性，利用計(jì)算機(jī)程序算出事件樹(shù)中各事故序列的發(fā)生頻率。安全殼分析安全殼分析由兩項(xiàng)分析任務(wù)組成。（1）物理過(guò)程分析。堆芯熔化事故將會(huì)引起堆芯、壓力容器、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和安全殼內(nèi)許多物理過(guò)程。已經(jīng)發(fā)展了一些計(jì)算機(jī)程序來(lái)分析這些物理過(guò)程。其計(jì)算結(jié)果可幫助人們了解與事故序列有關(guān)的各物理現(xiàn)象和預(yù)計(jì)安全殼是否失效。對(duì)每個(gè)所討論的事故序列建立安全殼事件樹(shù)，如果預(yù)計(jì)安全殼會(huì)失效，則要分析何時(shí)發(fā)生失效，何處發(fā)生失效以及釋放出的能量。（2）放射性核素釋放和輸運(yùn)的分析。對(duì)每一種可能造成安全殼破裂的堆芯熔化事故，必須估計(jì)釋放到環(huán)境中去的放射性核素總量。利用計(jì)算模型分析事故期間從反應(yīng)堆燃料釋放出的放射性核素總量，并估計(jì)安全殼失效之前放射性核素在安全殼內(nèi)的輸運(yùn)和沉積。該分析的結(jié)果是預(yù)計(jì)每個(gè)事故序列下安全殼失效時(shí)釋放到環(huán)境中去的放射性核素總量。放射性在環(huán)境中的遷移和后果評(píng)價(jià)根據(jù)安全殼分析提供的從安全殼釋放出來(lái)的源項(xiàng)，利用廠(chǎng)址處具體的氣象數(shù)據(jù)和局部地形信息，分析放射性核素在環(huán)境中的輸運(yùn)和彌散，計(jì)算核電廠(chǎng)周?chē)用袷艿降姆派湫詣┝亢驮斐傻慕】敌?yīng)。最后給出核電廠(chǎng)放射性釋放造成的各種后果：早期死亡、晚期癌癥死亡和財(cái)產(chǎn)損失。外部事件的分析在PSA分析中通常不包括外部事件。外部事件包括有火災(zāi)、地震和水淹。這項(xiàng)任務(wù)利用電廠(chǎng)系統(tǒng)分析中建立起的模式，可以從外部事件的觀(guān)點(diǎn)獨(dú)立地對(duì)模式進(jìn)行分析，或者是對(duì)模型加以修正，以明確反映外部事件的影響。為了描繪所分析的外部事件序列，要建立一些附加的事件樹(shù)。不確定性分析核電廠(chǎng)概率安全評(píng)價(jià)的內(nèi)容和程序不管分析的范圍如何，不確定性分析都是PSA中的一個(gè)必要的組成部分。在PSA分析的每一步都有不確定性問(wèn)題，有些不確定性可能還很大，不管是定性還是定量分析，都要考慮數(shù)據(jù)庫(kù)的不確定性、模型化時(shí)假設(shè)的不確定性以及分析的完整性

。PSA應(yīng)用展望PSA應(yīng)用展望現(xiàn)在，PSA作為一項(xiàng)重要的必不可少的安全分析與評(píng)價(jià)技術(shù)，其在核電廠(chǎng)安全管理與監(jiān)管中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，取得的成效越來(lái)越大，因此越來(lái)越受到各國(guó)核監(jiān)管當(dāng)局以及核電業(yè)界的重視，發(fā)展前景廣闊。自1995年NRC頒布PSA應(yīng)用的政策聲明以來(lái)，美國(guó)核安全監(jiān)督和核電廠(chǎng)安全決策更加有效、監(jiān)督部門(mén)和電廠(chǎng)的資源得到更合理的利用、不合理的負(fù)擔(dān)得到減輕。盡管PSA已經(jīng)為美國(guó)核電廠(chǎng)提升其安全水平和經(jīng)濟(jì)效益做出了顯著貢獻(xiàn)，但NRC和工業(yè)界并不因此而滿(mǎn)足，而是要進(jìn)一步推廣風(fēng)險(xiǎn)指引型理念，實(shí)施更多的PSA應(yīng)用?；谶@種共識(shí)，2000年10月，NRC攜手工業(yè)界共同制定了全面而且詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)指引型安全管理實(shí)施計(jì)劃（RIRIP）。這個(gè)計(jì)劃每半年更新一次，新的計(jì)劃中總結(jié)過(guò)去半年的研究成果和計(jì)劃的落實(shí)情況，同時(shí)明確未來(lái)半年的具體活動(dòng)。RIRIP幾乎囊括了所有正在進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)指引型研究以及相關(guān)的支持性研究，2005年10月更新版共有37項(xiàng)專(zhuān)題?？梢灶A(yù)見(jiàn)，風(fēng)險(xiǎn)指引型方法在美國(guó)核電廠(chǎng)將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。IAEA對(duì)PSA應(yīng)用也相當(dāng)重視，在2000年頒布的《核動(dòng)力廠(chǎng)安全：設(shè)計(jì)安全要求》中明確提出“安全評(píng)價(jià)過(guò)程包括確定論安全分析和概率安全評(píng)價(jià)這兩種互為補(bǔ)充的技術(shù)”。在2001年頒布的安全導(dǎo)則《核動(dòng)力廠(chǎng)安全評(píng)