CN110598158A - 地下核电站密封隔离***可靠性评估方法 - Google Patents

地下核电站密封隔离***可靠性评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，包括：1)利用计算机建立密封隔离***失效故障树框架模型，包括最顶层的地下核电站密封隔离***失效事件，中间层的设备、部件、功能的失效事件和最底层的始发事件；2)确定所有始发事件的失效概率、相依故障的失效概率、人因失误概率；3)通过逻辑门将模型中相邻层级的事件连接；4)利用概率安全分析软件，计算地下核电站密封隔离***的失效概率以及每一项始发事件的概率重要度，概率重要度中最大值对应的始发事件即为整个地下核电站密封隔离***的薄弱环节。本发明通过定量分析地下核电站密封隔离***可靠性，为大规模放射性物质释放概率评估提供有效数据。

Description

地下核电站密封隔离***可靠性评估方法
技术领域
本发明涉及地下核电站工程技术领域，具体地指一种地下核电站密封隔离***可靠性评估方法。
背景技术
核电清洁、高效、绿色、经济，是我国低碳能源体系的重要组成。福岛核泄漏事故后，如何保证极端事故工况下核电站的安全成为了新的核电发展理念。因此，如何防止严重事故甚至极端事故下放射性物质的大规模释放成为核电安全发展的关键技术问题。
地下核电站将反应堆厂房等涉核部分置于地下，可利用洞室围岩建立密封隔离***，在反应堆四道放射性屏障的基础上，增加了又一道实体屏障。在严重事故工况下，利用密封隔离***的包容性，利于放射性物质扩散的防控，易于从设计上实现实际消除大量放射性物质释放的可能性，并可以有效抵御极端外部人为事件。因此，地下核电站密封隔离***的可靠性对改进地下核电站的安全功能和评估从设计上消除大量放射性物质释放的可能性有极其重要的意义。
目前，地下核电站密封隔离***的可靠性评估方面还未有相关评估方法出现，也未有对可能引起密封隔离***失效的事故序列分析的先例可循，因此如何***地分析地下核电站密封隔离***失效的事故序列，定量地评估密封隔离***的可靠性是需要迫切解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，通过计算机技术手段实现客观评估地下核电站密封隔离***可靠性的方法，为改进地下核电站的安全功能和评估从设计上消除大量放射性物质释放的可能性提供研究基础。
为达到上述目的，本发明提及的一种地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
1)根据地下核电站密封隔离***在事故工况下出现事故序列的可能性，利用计算机建立密封隔离***失效故障树框架模型，所述密封隔离***失效故障树框架模型包括设置于最顶层的地下核电站密封隔离***失效事件，设置于中间层的设备、部件、功能的失效事件和设置于最底层的直接导致密封隔离***失效的始发事件；
2)确定所有始发事件的失效概率、相依故障的失效概率、人因失误概率；
3)按照***-设备-部件-功能的顺序逐级分析确定导致上级事件发生的直接因素，并通过逻辑门将密封隔离***失效故障树框架模型中相邻层级的事件连接；
4)利用概率安全分析软件，计算地下核电站密封隔离***的失效概率以及每一项始发事件的概率重要度，所述始发事件的概率重要度中最大值对应的始发事件即为整个地下核电站密封隔离***的薄弱环节。
优选地，所述密封隔离***失效故障树框架模型的第二级事件包括主蒸汽管道通道密封失效、泄压通道密封失效、人行通道密封失效、轨道运输通道密封失效、山体岩体失效，第二级事件使用逻辑或门与第一级地下核电站密封隔离***失效事件连接。
优选地，所述密封隔离***失效故障树框架模型的第三级事件中与第二级事件中主蒸汽管道通道密封失效关联的事件包括双层气密门故障、入口气密门故障，两者使用逻辑与门与主蒸汽管道通道密封失效连接。
优选地，所述密封隔离***失效故障树框架模型的第三级事件中与第二级事件中泄压通道密封失效关联的事件包括双层气密门故障、山体岩体失效，两者使用逻辑与门与泄压通道密封失效连接。
优选地，所述密封隔离***失效故障树框架模型的第三级事件中与第二级事件中人行通道密封失效关联的事件包括人行通道密封失效、主通道密封门故障，两者使用逻辑与门与人行通道密封失效连接。
优选地，所述密封隔离***失效故障树框架模型的第三级事件中与第二级事件中轨道运输通道密封失效关联的事件包括双层气密门故障、入口密封门故障，两者使用逻辑与门与轨道运输通道密封失效连接。
优选地，所述密封隔离***失效故障树框架模型的第四级事件中与第三级事件中人行通道密封失效关联的事件包括第一安全厂房人行通道双层密封门故障、燃料厂房人行通道双层密封门故障、第二安全厂房人行通道双层密封门故障，三者使用逻辑或门与人行通道密封失效连接。
优选地，所述始发事件中与双层密封门故障相关的事件包括密封门无法关闭、密封门错误打开、人因失误，与普通密封门故障相关的事件包括密封门无法关闭、密封门错误打开、密封门密封破损、人因失误，与山体岩体失效相关的事件包括山体防护失效、山体岩体裂开，所有始发事件通过逻辑或门与上一级事件连接。
优选地，地下核电站密封隔离***失效的失效概率Q计算公式为：
其中，P(…)代表事件发生的概率，M1,M2…Mn表示故障树的最小割集，n为自然数；
第i个始发事件的概率重要度I(i)的计算方法为：
其中，E表示数学期望，i为自然数，表示结构函数，表示所有始发事件。
本发明为了有效评估地下核电站密封隔离***的可靠性，分析事故工况下密封隔离***可能出现的事故序列，定量给出密封隔离***总的失效概率，通过计算机技术手段建立密封隔离***失效故障树框架模型，运用概率论方法通过事故序列分析并建立故障树，通过逻辑推理的手段，分析得到顶事件发生的概率，从逻辑上推测出最可能出现漏洞的环节和设备。
本发明的有益效果如下：
1)本发明首次基于概率安全分析技术(PSA)，***地建立了地下核电站密封隔离***的可靠性评估方法。本方法综合考虑了人因失误、相依故障等因素对密封隔离***可靠性的影响，可定量分析地下核电站密封隔离***的可靠性，为大规模放射性物质释放概率的评估提供有效数据，并可计算各底事件的概率重要度，分析找出地下核电站密封隔离***的薄弱部件，改进地下核电站密封隔离***的可靠性。本发明所述方法为改进地下核电站的安全功能和评估从设计上消除大量放射性物质释放的可能性提供了理论指导。
2)本发明在故障树建立过程中，按照地下核电站放射性物质扩散的路径选取直接导致顶事件失效的二级事件。由于这些路径处于并联关系，可减少故障树种二级事件间的关联度，有效降低了故障树各路径间出现相依故障的可能性，降低了故障树的分析复杂度。
3)本发明定量地评估所有基本事件对发生顶事件的贡献，从而找出核电厂设计、建造和运行中的薄弱环节，为核电厂安全运行提出改进建议。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2是常规地下核电站的密封隔离***的***平面图。
图3是本发明中密封隔离***失效故障树。
图4是本发明中相依失效故障树。
图中：反应堆厂房1，反应堆厂房洞室2，主蒸汽管道通道3，轨道运输通道4，泄压洞5，人行通道6～8，外部通道9，路径a：主蒸汽管道通道，路径b：泄压通道，路径c：轨道运输通道，路径d：人行通道，连接至一号安全厂房，路径e：人行通道，连接至二号安全厂房，路径f：人行通道，连接至燃料厂房，路径g：通过山体岩体扩散至大气环境。
具体实施方式
为简洁明了地揭示本发明所阐述的内容，本实施例以一种简化的地下核电站密封隔离***为例，结合附图详细描述了该发明所涉及方法的使用步骤，以便于本行业的技术人员理解本发明，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
如图1～图4所示，本发明地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，具体步骤如下：
1)根据地下核电站密封隔离***在事故工况下出现事故序列的可能性，分析地下核电站密封隔离******在事故工况下可能出现的事故序列，根据逻辑推理原理，确定与密封隔离***失效相关的始发事件；利用计算机建立密封隔离***失效故障树框架模型。密封隔离***失效故障树框架模型包括设置于最顶层的地下核电站密封隔离***失效事件，设置于中间层的设备、部件、功能的失效事件和设置于最底层的直接导致密封隔离***失效的始发事件。
步骤1)的具体步骤包括：
11)将地下核电站密封隔离******失效作为故障树的第一级；
12)将导致密封隔离***失效的直接因素，作为故障树的第二级，密封隔离***失效故障树框架模型的第二级事件包括主蒸汽管道通道密封失效、泄压通道密封失效、人行通道密封失效、轨道运输通道密封失效、山体岩体失效。
13)将导致逻辑图第二级失效事件的直接因素，作为故障树的第三级。与第二级事件中主蒸汽管道通道密封失效关联的第三级事件包括双层气密门故障、入口气密门故障。第二级事件中泄压通道密封失效关联的第三级事件包括双层气密门故障、山体岩体失效。与第二级事件中人行通道密封失效关联的第三级事件包括人行通道密封失效、主通道密封门故障。与第二级事件中轨道运输通道密封失效关联的第三级事件包括双层气密门故障、入口密封门故障。
对于山体岩体本身失效事件，由于山体岩体内层布置着一层放射性防护层，因此山体岩体失效包括山体防护失效和山体岩体开裂等，这已经属于始发事件；对于其他隔离***，可考虑主要包括洞室出入通道隔离失效，包括人行通道隔离、设备通道隔离、泄压通道和管道通道隔离等***的失效；
14)将逻辑图第三级失效的直接因素，作为故障树的第四级。与第三级事件中人行通道密封失效关联的第四级事件包括第一安全厂房人行通道双层密封门故障、燃料厂房人行通道双层密封门故障、第二安全厂房人行通道双层密封门故障。
导致设备通道和管道通道隔离***失效的直接因素包括双层气密门、入口密封门等密封设备的失效；导致泄压通道隔离***失效的直接因素包括双层气密门、山体岩体等密封屏障的失效；地下核电站设置有多条人行通道并连接至主通道，因此导致人行通道隔离***失效的直接因素包括人行通道内的双层气密门、主通道内的入口密封门等密封设备的失效。
15)将导致逻辑图第四级失效的直接因素，作为故障树的第五级事件。第五级事件中与双层密封门故障相关的事件包括密封门无法关闭、密封门错误打开、人因失误，与普通密封门故障相关的事件包括密封门无法关闭、密封门错误打开、密封门密封破损、人因失误，与山体岩体失效相关的事件包括山体防护失效、山体岩体裂开。
16)故障树第五级中所述事件均为事故发生的可能起点，因此将第五级事件作为始发事件。
2)根据所确定的始发事件，收集与地下核电站密封隔离***可靠性相关的技术数据，确定所有始发事件的失效概率、相依故障的失效概率、人因失误概率；
步骤2)的具体步骤包括：
21)根据步骤1)中确定的始发事件，确定与地下核电站密封隔离***失效相关的设备、部件及其失效方式如下表1所示：
表1：失效设备及其失效方式
22)确定每个部件、设备的失效概率、相依故障的失效概率和人因失误概率；
3)如附图3所示，将地下核电站密封隔离***失效作为顶事件，按照***-设备-部件-功能的顺序逐级分析确定导致上级事件发生的直接因素，并用适宜的逻辑门与上级事件联结起来，直至确定底事件为止，建立密封隔离***失效的故障树；
步骤3)的具体步骤包括：
31)将第二级事件使用逻辑或门与第一级地下核电站密封隔离***失效事件连接。
导致地下核电站密封隔离***失效的直接因素是按照地下核电站放射性物质扩散的隔离***确定的。在常规的地下核电站布置结构中，放射性物质扩散的隔离***包括主蒸汽管道通道、泄压通道、人行通道、轨道运输通道和山体岩体等。这些路径隔离***的失效均会导致地下核电站密封隔离***失效，因此各***失效事件使用或门与顶事件连接，构成了故障树的第二层；
32)将第三级事件中的双层气密门故障、入口气密门故障使用逻辑与门与第二级事件在的主蒸汽管道通道密封失效连接；将第三级事件中的双层气密门故障、山体岩体失效使用逻辑与门与第二级事件中泄压通道密封失效连接；将第三级事件中人行通道密封失效、主通道密封门故障使用逻辑与门与第二级事件中人行通道密封失效连接；将第三级事件中双层气密门故障、入口密封门故障使用逻辑与门与第二级事件中轨道运输通道密封失效连接。
导致故障树第二层各***失效的直接因素是组成各***的设备失效。主蒸汽管道通道隔离***失效因素包括双层气密门隔离失效和入口气密门隔离失效；泄压通道隔离***失效包括双层气密门失效和山体岩体防护失效；人行通道隔离***失效包括三条人行通道的双层密封门失效和主通道的主通道密封门失效；轨道运输通道隔离***失效包括双层气密门隔离失效和入口气密门隔离失效。通过组成***的每个设备间的串并联关系确定设备与***的连接方式，***的设备均属于串联关系，因此用与门将这些设备与第二层连接，构成了故障树的第三层；
33)将第四级事件中第一安全厂房人行通道双层密封门故障、燃料厂房人行通道双层密封门故障、第二安全厂房人行通道双层密封门故障使用逻辑或门与第三级事件中人行通道密封失效连接。
导致故障树第三层各设备失效的直接因素是组成各设备的部件失效。双层气密门的隔离失效因素包括双层气密门无法关闭、双层气密门错误打开；普通气密门的隔离失效因素包括普通气密门无法关闭、普通气密门错误打开和普通气密门密封破损。通过组成设备的每个部件间的串并联关系确定部件与设备的连接方式，设备的部件属于并联关系，因此用或门将这些部件与第三层连接，构成了故障树的第四层。
34)考虑相依故障对失效率的影响。由于不同的设备、部件可能会由于相同原因、相同的模型等相依故障因素而同时失效。对于地下核电站密封隔离***，考虑相依故障包括但不仅限于：a.当反应堆厂房洞室内发生火灾时，所有气密门都处于高温环境中，可能会造成气密门密封同时失效，属于共因失效；b.气密门密封橡胶圈属于同一厂商设计或制造，可能存在高温下硬化导致密封失效的共同缺陷，属于共模失效；c.安全壳厂房洞室超压情况下，同一***中的双层气密门密封失效会导致入口气密门承受比正常状况下更高的压力，可能导致入口气密门失效，属于因果故障。设备或部件的相依故障对密封隔离***失效的影响通过β因子模型进行分析，例如对于气密门破损的失效率P计算如下：
P＝λ1+λ2-λ1λ2
其中，λ1表示气密门破损的独立失效率，λ2表示气密门破损的相依故障失效率，其故障树如图4所示。
35)始发事件中与双层密封门故障相关的事件包括密封门无法关闭、密封门错误打开、人因失误，与普通密封门故障相关的事件包括密封门无法关闭、密封门错误打开、密封门密封破损、人因失误，与山体岩体失效相关的事件包括山体防护失效、山体岩体裂开，所有始发事件通过逻辑或门与上一级事件连接。
人员误操作可能导致设备和部件失效。对于地下核电站密封隔离***，考虑人因失误包括但不仅限于：a.操作员的误操作可能导致密封门错误打开；b.当密封门无法自动关闭时，需要操作员手动启动密封门关闭按钮，操作员在规定时间内对此事件无响应。
4)利用概率安全分析软件，输入以上步骤中建立的故障树及相关数据，计算地下核电站密封隔离***失效概率和各始发事件的概率重要度，选取结果最大的始发事件，即为整个地下核电站密封隔离***的薄弱环节，为密封隔离***的改进提供数据支撑。
步骤4)的具体步骤包括：
41)将通过步骤3)建立的故障树输入概率安全分析软件，录入相关每一个底事件(设备和部件的失效或者人因失误)的概率，软件将自动计算出顶事件的失效概率和底事件的概率重要度。
顶事件的失效概率Q计算公式为：
其中，P(…)代表某个事件(设备和部件或者人因)的失效率， M1,M2…Mn表示故障树的最小割集，n为自然数。第i个底事件的概率重要度I(i)的计算方法为：
其中，E表示数学期望，i为自然数，φ(…)表示结构函数，表示所有底事件。
42)将始发事件的概率重要度由大到小排序，选取结果最大的底事件，即为整个地下核电站密封隔离***的薄弱环节。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)根据地下核电站密封隔离***在事故工况下出现事故序列的可能性，利用计算机建立密封隔离***失效故障树框架模型，所述密封隔离***失效故障树框架模型包括设置于最顶层的地下核电站密封隔离***失效事件，设置于中间层的设备、部件、功能的失效事件和设置于最底层的直接导致密封隔离***失效的始发事件；
2)确定所有始发事件的失效概率、相依故障的失效概率、人因失误概率；
3)按照***-设备-部件-功能的顺序逐级分析确定导致上级事件发生的直接因素，并通过逻辑门将密封隔离***失效故障树框架模型中相邻层级的事件连接；
4)利用概率安全分析软件，计算地下核电站密封隔离***的失效概率以及每一项始发事件的概率重要度，所述始发事件的概率重要度中最大值对应的始发事件即为整个地下核电站密封隔离***的薄弱环节。
2.根据权利要求1所述的地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，其特征在于：所述密封隔离***失效故障树框架模型的第二级事件包括主蒸汽管道通道密封失效、泄压通道密封失效、人行通道密封失效、轨道运输通道密封失效、山体岩体失效，第二级事件使用逻辑或门与第一级地下核电站密封隔离***失效事件连接。
3.根据权利要求2所述的地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，其特征在于：所述密封隔离***失效故障树框架模型的第三级事件中与第二级事件中主蒸汽管道通道密封失效关联的事件包括双层气密门故障、入口气密门故障，两者使用逻辑与门与主蒸汽管道通道密封失效连接。
4.根据权利要求2所述的地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，其特征在于：所述密封隔离***失效故障树框架模型的第三级事件中与第二级事件中泄压通道密封失效关联的事件包括双层气密门故障、山体岩体失效，两者使用逻辑与门与泄压通道密封失效连接。
5.根据权利要求2所述的地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，其特征在于：所述密封隔离***失效故障树框架模型的第三级事件中与第二级事件中人行通道密封失效关联的事件包括人行通道密封失效、主通道密封门故障，两者使用逻辑与门与人行通道密封失效连接。
6.根据权利要求2所述的地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，其特征在于：所述密封隔离***失效故障树框架模型的第三级事件中与第二级事件中轨道运输通道密封失效关联的事件包括双层气密门故障、入口密封门故障，两者使用逻辑与门与轨道运输通道密封失效连接。
7.根据权利要求5所述的地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，其特征在于：所述密封隔离***失效故障树框架模型的第四级事件中与第三级事件中人行通道密封失效关联的事件包括第一安全厂房人行通道双层密封门故障、燃料厂房人行通道双层密封门故障、第二安全厂房人行通道双层密封门故障，三者使用逻辑或门与人行通道密封失效连接。
8.根据权利要求1所述的地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，其特征在于：所述始发事件中与双层密封门故障相关的事件包括密封门无法关闭、密封门错误打开、人因失误，与普通密封门故障相关的事件包括密封门无法关闭、密封门错误打开、密封门密封破损、人因失误，与山体岩体失效相关的事件包括山体防护失效、山体岩体裂开，所有始发事件通过逻辑或门与上一级事件连接。
9.根据权利要求1所述的地下核电站密封隔离***可靠性评估方法，其特征在于：地下核电站密封隔离***失效的失效概率Q计算公式为：
其中，P(…)代表事件发生的概率，M1,M2…Mn表示故障树的最小割集，n为自然数；
第i个始发事件的概率重要度I(i)的计算方法为：
其中，E表示数学期望，i为自然数，表示结构函数，表示所有始发事件。
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