摘 要:方家山核电工程事故规程依照参考电站采用事件导向法。对于消防事故规程,结合目前国内外同类核电站的运行经验和方家山核电工程的实际情况,提出三个解决方案。针对每个方案,从安全性、技术可行性及工程进度等方面展开论证,最终对本工程消防事故规程给出合理建议。
关键词:消防事故规程;消防行动卡;FAIOp;I4D
中图分类号:TL82 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0120-03
一、引言
根据秦山核电联营公司的要求,方家山核电工程事故规程依照参考电站(岭澳核电站一期工程)采用事件导向法(EOP)。
岭澳一期工程参照大亚湾核电站针对每个防火分区为值长、副值长、主控制室操纵员、现场操纵员建立了4个层次的消防行动卡。但其在火灾事故处理中存在程序缺陷,即没有指导主控制室操纵员在火灾情况下控制机组的事故响应规程,具体表现为:消防行动卡针对操纵员的指令中不涉及机组的运行控制;事故规程体系中没有包含火灾的事故情况。
在十年安全审查中,大亚湾核电站针对上述问题进行了相关研究,并参考法国电力公司(EDF)早期对CPY机组消防改进的经验,提出引入一份专门的火灾事故规程I4D,用于处理电气厂房内一场假想的最恶劣的火灾事故—火灾导致全部失去A列。但由于各种原因,这项改进并未最终实施。
岭澳二期工程事故处理采用了国际上先进的状态导向法(SOP),并同时引入了消防事故规程(FAIOp)。FAIOp是SOP框架下的消防规程,作为SOP的一部分,它与SOP相关规程互相支持,并以SOP83作为接口文件。同SOP文件组织模式一样,FAIOp包括FAIOp rule和FAIOp instruction,其中FAIOp rule主要描述火灾情况下的机组操作要求,并对这些操作要求给予解释和论证;FAIOp instruction则是详细的由操纵员直接使用的操作规程。
据悉,法国已于2006年完成了对其所有CPY机组事故规程的改进,即全部采用了SOP,并相应采用了FAIOp作为消防事故规程。
二、问题及对策
本工程消防事故处理采用哪种方式?
根据目前国内外同类核电站的消防事故规程的应用情况和方家山核电工程的实际情况,我们设想了三个方案:(1)与参考电站一致,在每个防火分区为值长、副值长、主控制室操纵员、现场操纵员建立4个层次的普通意义上的消防行动卡;(2)参考EDF早期对CPY机组消防改进的经验,在电气厂房相关A列防火分区建立I4D规程,用于处理导致全部失去A列的火灾事故;(3)在岭澳二期基础上将FAIOp根据EOP的要求进行适当调整,应用于本工程。
三、论述
方案(一)
由于同参考电站一致,方法论上不会有太多问题。考虑方家山工程对核岛厂房进行了全面的防火分区,消防行动卡数量将大量增加。
如前文所述,由于没有指导主控制室操纵员在火灾情况下控制机组的事故响应规程,本方案在火灾情况下存在运行安全隐患,主要表现为:如果在机组正常情况下发生火灾时,操纵员不能根据火灾所造成的具体情况(如哪些设备或信息不可用,及在这些设备或信息不可用的情况下是否存在可靠的替代措施等)设定机组的后撤模式,且不能准确地根据火灾后可用的设备或信息引导机组到安全状态;
如果事故后长期阶段发生火灾(根据CPY机组防火指南中的设计原则,需考虑事故发生6~12小时之后的火灾),操纵员无从掌握哪些设备或信息不可用,如果此时仍盲目地根据EOP处理已发生的事故,势必会造成运行偏差并带来安全问题。
目前,火灾对核安全的影响分析在国际上日益受到重视,防火设计的要求也越来越高。概率风险评价的结论表明火灾是核电厂运行安全风险的重要贡献之一。在过去的二十年里,应用于火灾安全、防火技术和相关的分析技术方面的设计与管理要求已取得长足的进展,同时,在世界范围内,正在进行实质性的努力实施这些进展,以提高新建和运行核电站的防火安全水平。在国际原子能机构对我国压水堆核电站进行例行检查时,曾明确提出我国运行核电站在消防规程方面的不足之处。
鉴于目前方家山核电工程处理事故规程的原则及现状,采取此方案会存在消防行动卡数量增加和可能产生运行偏差的现象。
方案(二)
I4D规程是大亚湾核电站在十年安全审查中针对消防事故处理缺陷计划引入的一个消防事故规程,与EOP其它规程一样,它是一个自支持文件,不需要与其它规程交叉使用。
I4D事故规程适用条件:机组处于正常运行工况(RRA未连接),在A列电气厂房某些特定房间发生严重火灾,而没有得到有效控制。
I4D覆盖的区域:火灾可能造成较大危害的所有A列房间,如电缆层、配电盘及蓄电池间、继电器间、反应堆保护系统机柜间和应急停堆工作站控制室等,主要集中在电气厂房和连接厂房(非控制区)。
I4D基本运行策略:
切断所有A列设备供电
使用“最小运行方式”设备将机组带到安全停堆状态:
-一回路压力0.45Mpa,
-一回路温度180℃,
-具有冷停堆硼溶浓度的中间停堆状态。
“最小运行方式”设备:
所谓最小运行方式设备是指,执行与I4D规程有关的运行操作时,操纵机组达到预期的安全停堆状态所必须的设备,包括必要的B列执行机构、测量仪表、配电盘,以及个别属于A列的控制阀,如RCV 061VP和ASG136VV。
对于“最小运行方式”设备,包括其电缆,必须保证其在火灾情况下可用。
I4D规程存在如下缺点:I4D仅仅是电气厂房火灾事故规程,它仅适用于电气厂房某些特定的房间;与EOP规程一样,I4D规程也是基于既定的操作策略,而火灾情况下实际需要处理的工况与预定工况相比往往有所偏差。
综上所述,运用I4D规程会与事故或火灾情况下的电厂运行状况存在一定的差距,目前缺少I4D规程的相关技术资料和有效的技术支持。 方案(三)
FAIOp编制主要基于火灾薄弱环节分析后果,当某些防火分区的火灾可能导致重要功能失效并且给机组操作带来困难时,则需要编制FAIOp以帮助操纵员完成相关操作。简单的判定标准是,如果火灾情况下需要执行SOP,则同时有必要完成FAIOp中的操作要求。
FAIOp主要操作策略如下:执行预备行动和断电程序(为了减少设备不可预见性动作的风险),列出失效的NSSS功能和支持功能清单。
除此之外:根据火灾后可用的设备和信息,设定了机组可到达的后撤状态,列出了确保SOP正确导向必需的且可能受火灾影响的信息,列出了由OTS监测的失效设备,列出了可能产生的SOP伪报警。
需要指出,当火灾情况下不需要执行SOP规程时,则无需编制FAIOp。
FAIOp根据下列不同的机组初始状态而采取不同程度的操作策略:
FAIOp要全部执行,对应机组初始状态如下:
火灾在机组正常情况下发生且机组在正常的操作程序下;火灾在机组正常情况下发生,当火灾确认时,DOS已经在运行;火灾在机组正常情况下发生,当火灾确认时,ECP1(或ECPR1,ECPRO)已经在运行;火灾在机组正常情况下发生,当火灾确认时,ECP1(或ECPR1,ECPRO)已经在运行,且安注已经投入(由火灾引起的误安注)。
FAIOp仅部分执行,即执行FAIOp中“SOP必要的且可能受到火灾影响的信息清单,对应机组初始状态如下:
火灾在事故后长期阶段发生,且ECP/R>1正在执行。
FAIOp与SOP的接口关系如图1、图2。
通过上述可以看出,FAIOp并不是一个独立的自我支持文件,在处理火灾事故时,它需要与其它SOP交互使用。另外,无论是建立原则,还是章节结构设计和具体运用中的导入导出原则均与SOP密切相关。
所以,将FAIOp进行改进应用在EOP体系中将有诸多因难,主要体现在以下几个方面:
1.设置原则
SOP体系中,在判定一个防火分区是否需要编制FAIOp时,最根本的原则是火灾是否会导致SOP的运用,EDF在运用中已总结出三个简单易行的判定原则,即当火灾引起的可能危害会导致下述情况时,则建立FAIOp:失去一个支持功能;可预见的或已经发生反应堆跳闸,同时伴随NSSS正常运行功能失效;某个NSSS正常运行功能失效能够导致事件瞬态或事故瞬态(例如,一回路单相状态下失去RCV下泄功能)。
如果将FAIOp应用到EOP中,必须建立一套相应的FAIOp编制原则,即给出一个可靠且易于操作的方法以确定在什么情况下需要编制FAIOp。
2.规程内容
FAIOp主要包括以下章节:预备行动,断电程序,失效功能记忆(包括NSSS功能和支持功能),后撤模式,OP所必须的且在火灾情况下可能破坏的信息,其它可能的失效信息(包括OTS监测设备信息,其它SOP测量信息,SOP误报警等)。
从上述内容可以看出,FAIOp大部分内容是为了辅助执行SOP,其规程本身不能独立地将机组带到一个既定的后撤模式。而EOP规程则是自我支持规程,因此将FAIOp应用到EOP体系中需根据EOP相关规程对其作大量补充,并将二者进行有机地结合。
另外,在很多情况下,为了保证SOP规程体系的一致性,FAIOp的预备行动中的操作模块直接引用了EFS或EFC规程的操作模块,如ASG泵的管理,全厂断电程序等。显然,这种操作本身是基于状态导向的原理。在EOP体系中使用时,类似操作必须根据EOP操作模式作相应修改。
3.规程接口
如上文所述,在处理火灾事故时,FAIOp需要与其它SOP文件交互使用,所以在SOP规程中有多处火灾监视模块和火灾初始导向模块(IO),举例如下:
通过上图可以看出,FAIOp穿插于SOP各个规程中。除此之外,FAIOp运用策略(全部运用或部分运用)与机组状态和SOP规程执行状态密切相关。如果将FAIOp运用于EOP体系中将有如下两种选择:
延用FAIOp原来的“非自支持”设计理念,FAIOp与EOP穿插使用,这种情况下,需重新设计FAIOp与EOP规程的接口,修改EOP规程,并需要重新研究在EOP体系中FAIOp的运用策略。
参考EOP规程设计理念,将FAIOp设计为自支持文件,即火灾事故情况下,独立运用FAIOp将机组带到后撤模式,这种情况下需大量根据EOP规程调整FAIOp规程。
4.设计验证、安全审评及进度
FAIOp和I4D规程均是EDF成熟的设计,它们分别应用于SOP体系和EOP体系,其设计均得到了法国核安全局(ASN)的认可,并经过了设计验证和工程实践。
通过以上论述可以看出,如果将FAIOp运用于EOP体系中,FAIOp内容需作大量的修改,同时要借助于大量的基于EOP的支持性研究。这项工作在国内外均无任何经验可谈,如果将其应用到具体工程中,必须经过设计验证和国家核安全局的认可,过程中存在许多不可预料的因素,由于FAIOp与SOP规程之间联系紧密,并不是一个独立的火灾情况下的处理规程,因此能否将FAIOp规程进行整改以符合EOP编制原则、满足进度要求并适用于工程实践,目前还是一个未知数。
四、结语
方家山核电工程是我国完全自主设计的第一个百万千瓦级压水堆核电工程,因此,方家山核电工程技术方案在满足“采用新技术,应用新标准”的同时,必须成熟可靠,以避免不必要的潜在风险。
本工程消防设计以岭澳核电站一期工程为参考电站,并参照岭澳核电站二期工程已经实施的消防改进,进行消防设计。但鉴于EOP规程在本工程中的使用,消防事故规程必须做出调整。如果采用方案一,即参考岭澳一期工程中消防事故处理的模式,会导致业主编制消防行动卡数量增加并存在运行偏差的可能性;如果采用方案三,即将FAIOp从SOP中剥离出来应用于本工程的EOP,首先要研究EOP设计原理,其次要对FAIOp与SOP的接口进行逐一核查,同时找出与EOP的合理接口,并调整FAIOp内容以适应EOP的编制原则,此项工作需消耗大量的人力、物力进行相关支持性研究,且其过程中存在过多未知因素,因此不能保证在缺乏相应技术支持的条件下此项工作能顺利完成。
综上所述,虽然I4D规程并不是一个完美的消防事故规程,但考虑其与EOP规程的兼容性,且在法国核电站有工程应用的实践,建议在本工程中采用方案(二),即引入I4D规程。但是,由于I4D规程在国内核电站没有应用的实例,具体实施中除了需要积极同相关行业进行技术交流外,还应针对本工程开展进一步的研究。
参考文献:
[1]Design and construction rules for fire protection in PWR nuclear power plants RCC-I,Revision 4,October 1997,EDF
[2]Referentiel des exigences de surete des tranches REP 900 CPY directives incendie,ENSIN/94082B,EDF SEPTEN