核电厂安全设计教材.pptx
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1、核反响堆安全学核反响堆安全学第二章核电厂安全设计2009年8月第二章核电厂安全设计v2.1核电厂基本设计原则v2.2核电厂安全设计要求的改进v2.3核电厂安全系统2.1核电厂安全设计原则核电厂安全设计原则v安全设计总原则v辐射安全准则v基本设计原则v基本设计准则v质量保证核电厂安全设计总原则v纵深防御基本安全原则多级防御多道屏障v单一故障准则v设计基准事故准则安全原理安全原理系统设备的可靠性系统设备的可靠性设计准则设计准则v第一道防线第一道防线预防事故预防设计偏安全质量保证系统安全标准v第二道防线第二道防线监测事故监测检测和纠正偏离正常运行状态保护装置、系统安全裕量多重、设备分级v第三道防线第
2、三道防线防止事故扩大保护多道屏障专设安全措施停堆系统v第四道防线第四道防线缓解事故缓解严重事故管理v第五道防线第五道防线应急方案应急居民屏蔽、撤退、供给药物安全设计中的多级防御第一道防线第一道防线预防事故预防v目的对事故的预防v设计要求精心设计、建造和运行核电厂,防止发生故障使放射性物质始终处于设计许可的位置并受到监控核电厂的设计必须是稳妥的和偏于安全的电厂各系统、各设备不能出现不允许的过失或故障v管理要求建立周密的程序,严格的制度和必要的监督建立一整套质量保证和安全标准按严格的质量标准、工程实践经验以及质量保证程序进行设计、制造、安装、调试、运行和维修v工作人员的要求加强对核电站工作人员的教
3、育和培养保守的设计可靠的设备第二道防线第二道防线监测事故监测v目的防止运行中出现的偏差开展成为事故这是考虑到即使在核电厂的设计、建造和运行中采取了各种措施,电厂仍然可能会发生故障。提供工程系统,防止事件演变成事故v设计要求设置可靠保护装置和工程系统它们的功能是探测阻碍安全的瞬变,完成适当的保护动作这些系统必须按保守的设计实践设计必须留有足够的安全裕量并应配有重复探测、检查和控制手段各种测试仪表必须具备较高的可靠性。v运行管理要求必要时启用由设计提供的安全系统和保护系统防止设备故障和人为过失酿成事故第三道防线第三道防线防止事故扩大保护v目的限制事故引起的放射性后果通过提供工程系统缓解事故,是对于
4、前两道防御的补充它专门用于对付那些几乎不可能发生但从安全角度又必须加以考虑的各种事故。限制和尽量减少放射性释放量v设计要求配置必需的专设安全设施,以便对付预期假想事故保证多道屏障的完整性确保停堆系统的可靠性v运行管理要求启用核电站安全系统加强事故中的电站管理防止事故扩大,保护安全壳厂房第四道防线第四道防线缓解事故缓解v目的针对设计基准可能已被超过的严重事故保证放射性释放在尽可能低的程度保护包容功能v设计要求制定事故管理规程SAM制定防止事故进展的补充措施和规程制定减轻严重事故后果的措施v运行管理要求第五道防线第五道防线应急方案应急v目的万一发生极不可能发生的事故,并且有放射性外泄,启用厂内外应
5、急响应方案在严重事故工况下保护厂外公众免受过量的辐射努力减轻事故对居民的影响v运行管理要求每个核电厂均应制订应急方案能对附近居民实行屏蔽、疏散、供给药物并对食物进行封锁,使损害降到最小限度多道屏障v燃料芯块v元件包壳v一回路压力边界v安全壳v放射性保护区1km安全壳单一故障准则v定义某部件出现故障时,它的功能能保证v安全系统的冗余原则v多样性原则v失效安全原则v独立性原则单一故障准则v满足单一故障准则的设备组合在其任何部位发生单一随机故障时,仍能保持所赋于的功能。由单一随机事件引起的各种继发故障,均视作单一随机故障的组成局部v采用多样性原则能减少某些共因故障或共模故障,从而提高某些系统的可靠性
6、v共因故障共因故障由特定的单一事件或起因导致假设干装置或部件功能失效的故障设计基准事故准则v最大可信事故v以设计基准事故为基础的安全评价确定论评价法v以概率风险理论为核电站安全评价概率安全评价基于纵深防御的思想基于风险的思想设计基准事故v阻止事故的开展设置专设安全设施v专设安全设施的设计基准最大假想事故最大可信事故具有最大可信的,在特定范围内可能发生严重后果的事故认为假设能防范最大假想事故,其他事故必能防范v设计基准事故DesignBasedAccident设计基准以内的事故v事故的发生可能性根据社会可接受的程度将事故分成了可信与不可信EngineeringSafetyFeature,ESF主
7、冷却剂管道双端断裂事故预防事故的基本措施设计上对放射性泄出物的纵深防御原则设计上对放射性泄出物的纵深防御原则固有安全性和故障安全原则固有安全性和故障安全原则安全组合的单一故障准则安全组合的单一故障准则安全系统的多重性和多样性原则安全系统的多重性和多样性原则保守的设计保守的设计严格的厂址要求严格的厂址要求严格的质量保证严格的质量保证 保守的设计可靠的设备辐射安全准则v剂量表述准则v风险相关准则v源项相关准则核电厂基本设计原则大局部表达在:法法规规核核动动力力厂厂设设计计安安全全规规定定,HAF102-5.8HAF102-5.8系统和部件的可靠性设计系统和部件的可靠性设计v单一故障准则冗余性原则多
8、样性原则多样性原则独立性原则故障安全原则失效安全原则v定期试验、维护、检查的措施v固有安全性的设计原则v运行人员操作优化的设计v运行经验的系统反响冗余性原则v又称多重性原则v适用于安全系统v内容设计中留有冗余度,即系统是双重或多重配置的,单一部件的失效不会使整个系统失去功能v作用一套设备出现故障或失效是可承受的,不致于导致功能的丧失v例在某一特定功能可由任意两台泵完成之处,设置三台或四台泵。为满足多重性要求,可采用相同的或不同的部件。多样性原则v多样性多样性为执行某一确定功能设置多重部件或系统这些部件或系统具有不同属性v获得不同属性的方式采用不同的工作原理不同的物理变量不同的运行条件使用不同制
9、造厂的产品独立性原则v独立性为了提高系统的可靠性,防止发生共因故障或共模故障,系统安全系统各个冗余支之间,通过功能隔离或实体分隔,实现系统布置和设计的独立性。1保持多重系统部件之间的独立性;2保持系统中各部件与假设始发事件效应之间的独立性例如,假设始发事件不得引起安全系统或安全功能的失效或丧失3保持不同安全等级的系统或部件之间适当的独立性;4保持安全重要物项与非安全重要物项之间的独立性。v功能隔离功能隔离 为防止线路或系统的功能受到相邻线路或系统的运行方式或故障的影响所采取的措施。独立性可在系统设计中通过功能隔离或实体分隔实现。故障安全原则v又称失效安全原则v内容核电厂安全极为重要的系统和部件
10、的设计,应尽可能贯彻故障安全原则易于损坏的安全相关电气或机械部件,设计必须遵循失效安全的原则寿命短的设备,设计必须是失效安全原则控制系统失效应能引起停堆核系统或部件发生故障时,电厂应能在毋需任何触发动作的情况下进入安全状态v作用任何失效或故障应使电厂的状态趋于安全v例控制系统的故障应自动地引起停堆重要的阀门在断电时自动关/开,处于安全状态定期试验、维护、检查的措施v为使核电厂安全有关的重要构筑物、系统和部件保持其执行功能的能力,应在核电厂的寿期内对它们进行标定、试验、维护、修理、检查或监测。固有安全性设计原则v设计上要充分采用固有安全性v固有安全性能在异常工况下使堆内链式反响自动趋于中止或有效
11、地带走堆芯热量v比方,在压水堆设计中负反响性温度系数和多普勒系数的自然安全性靠重力、蓄压势和承压构件等非能动安全性运行经验的系统反响v人因的影响在异常工况下,操纵员假设能采用正确的行动,对未明情况下反响堆安全可作出重要的奉献操纵员假设未能作出正确的判断即动用安全设施或采用了错误的应对措施,对核安全是很大的威胁。v人为过失导致的后果核电运行史上发生的异常事件从较小事件直至严重事故的最重要教训之一,它们经常是人的错误操作或干预的结果。统计说明,人为过失是系统失效的主导因素。v运行经验的系统反响吸取教训总结经验,运行经验的系统反响有利于改进系统设计和运行规程运行人员操作优化的设计v从安全观点出发,厂
12、区人员的工作场所和工作环境必须按人机工效学原则进行设计剂量表述准则v根据联邦法规10CFRl00的定义,核电站分为三个区域隔离区EAB:厂区周围的管辖区域低人口密度区LPZ:隔离区的外围到居民中心的距离DPC:至少应等于从反响堆到低人口密度区外边界距离的1.3倍,假设涉及大城市,这个距离必须更大一些v我国隔离区:半径在500m左右低人口密度区:半径为510公里事故后两小时内,位于隔离区边界处的个人所受全身剂量不应超过0.25 SV,且甲状腺经受的碘照射剂量不超过3 Sv;事故后无限长时间内,位于低人口密度区外边界处的个人所受全身剂量不应超过0.25Sv,且甲状腺经受的碘照射剂量不超过3Sv风险
13、相关准则v提出:的安全目标核电厂周围由核事故造成急性死亡的人均风险,不应超过人值常可能遭受的各种其他事故下急性死亡总风险的0.1核电厂附近居民因核电厂运行而遭受癌症死亡的风险不应超过由其他原冈造成的癌症死亡总风险的0.1v应用局限风险相关准则涉及社会其他风险,需要有可靠而充分的统计数据计算方法本身的不定性也很大因而目前还未用作正式的管理准则源项相关准则v提出:意大利、瑞典的安全目标对核电厂事故设定一个放射性物质释放总量的限值,而不管这些事故的发生概率大小。在95置信度下严重事故工况下核电厂向环境释放的放射性物质总量,除惰性气体外,不应超过堆芯放射性总装量的0.1。满足这一准则的核电厂的严重事故
14、不会造成早期死亡,也不会有不能承受的土地污染后果v应用局限相当于假定释放量大于限值的那些事故,实际上是不可能发生的,或者说是不允许发生的基本设计准则v通用设计准则v核设备安全分级通用设计准则v与核电厂有关的设计建造还有专门的准则、标准和规则。v60年代按纵深防御原则提出的设计准则,是各国准则的基础。v相关核电的法规中包括有“通用设计准则GDC,定性地描述了基本安全要求。GDC共五十余条,按内容可以分成六大组。通用设计准则组 别准则数内 容I5质量保证和防御外部事件的总要求II10多道裂变产物屏障保护及固有安全、安全裕量、仪表与控制要求III10保护系统和反应性控制系统,其功能与容量要求,冗余、
15、多样、可靠性及可试验性要求IV17流体系统。反应堆冷却剂压力边界的质量、断裂预防和检查的要求。堆补水、余热排出、应急堆芯冷却、安全壳喷淋与冷却剂最终热阱系统的要求V8反应堆安全壳。密封性、贯穿、隔离与试验的设计基准与要求VI5燃料与放射性控制。换料与废物处置过程中辐射防护与放射性控制的要求,以及放射性释放检测的要求 相关核电的法规中包括有“通用设计准则GDC核设备安全分级v不同的具备因其对安全的重要程度和功能不同,质量要求也有所区别,所以核电厂的构筑物、设备、系统要作安全分级v分四个不同的安全级列v安全l,2,3级的系统和设备必须考虑防火和抗震核设备安全分级表安全级安全级说明与用途说明与用途1
16、安全壳内反应堆,直接承压的系统和系统部件2安全停堆、应急堆芯冷却、余热排出、安全壳功能和乏燃料贮存所要求的系统和系统部件3安全2级的支持系统,以及放射性废物处理及乏燃料冷却系统4不直接具备安全功能与安全l3级设备相连或受其印象的构筑物、系统和设备质量保证质量保证的任务是确保设计工作执行了指定的质量要求确保加工和和组装按设计规格进行确认进行了试验,验证有关的局部满足技术规格要求确认电厂是按预定规则运行和维护的2.2核电厂安全设计原则的改进l新建核电厂设计中几个重要安全问题的技术政策,2002l核动力厂设计安全规定HAF102,2004核电厂安全设计原则的改进v严重事故管理v概率安全分析方法的应用
17、v核电厂设计管理v经验证的工程实践v主控室人机接口v采用计算机的控制和保护系统新建核电厂设计中几个重要安全问题的技术政策,2002严重事故管理v国内现有法规2004年前对严重事故的对策没有提出很具体的要求2004年颁发的“核动力厂设计安全规定提出了法规要求v政策的改进随着国际上对核安全,尤其是严重事故对策要求的提高,我国在2003年国家核颁发的新建核电厂设计中几个重要安全问题的技术政策中首次特别强调了对严重事故的管理要求2004年颁发的“核动力厂设计安全规定以法规的形式作出了要求目前要求针对新建电厂新建核电厂严重事故管理要求v使用概率论方法、确定论方法并结合合理的工程判断来确定可能导致严重事故
18、的重要事故序列v对照一套准则审查这些事件序列,以确定哪些严重事故应该给予考虑v对于所选定的事件序列,应该评价设计和规程能否修改来减少其发生的可能性和减轻其后果。如果这些修改合理可行,就应该付诸实施v应考虑核电厂的全部设计能力,包括可能在超出规定的功能和预期的运行工况下使用某些系统安全系统和非安全系统,和使用附加的临时系统,使严重事故返回到受控状态或减轻它们的后果。应证明这些系统在预期环境条件下可以起到这些作用v对于多堆厂址,可以考虑使用其它机组可用的手段和可能的支持,前提是不会危害其他机组的安全运行v对有代表性的和主导性的严重事故,应该制定相应的事故管理规程新建核电厂设计中几个重要安全问题的技
19、术政策,2002概率安全分析方法的应用v定位概率安全分析方法是确定论方法的辅助和补充,应该在核电厂设计中得到应用。v概率安全分析是目的确认核电厂有一个平衡的设计,以保证某个设施或始发事件对核电厂总的风险奉献不会过大,或有显著的不确定性;确认核电厂参数小的偏离不会导致核电厂性能严重异常提供严重堆芯损坏概率的评价和需要场外早期响应的大量放射性释放的风险评价,以确认与概率安全目标的一致性提供外部灾害事件发生概率及其后果的评价确认通过系统设计的改进或运行规程的修改能够降低严重事故发生频度和减轻其后果评价核电厂应急规程的充分性v要求在不同的设计阶段,和为了不同的目的,可以分步完成概率安全分析工作,如概念
20、设计阶段可以完成简化的概率安全分析工程设计阶段则完成完整的概率安全分析新建核电厂设计中几个重要安全问题的技术政策,2002核电厂设计管理v核电厂设计管理的目的保证安全重要构筑物、系统和部件具有适当的性能、技术规格和材料成分,以保证它们的安全功能和核电厂安全运行保证能够满足营运单位的要求,并切实考虑了运行核电厂人员的能力和限制v对设计单位内部管理的要求设计单位应保证各级人员受过适当的培训,具有合格的技术水平在设计的各个部门之间,及与用户、供货商、建造者和合同商之间,都建立了良好的接口制定并严格执行了有效的程序,来审查、校核和批准所有的安全相关设计建立了良好的安全文化v设计单位与核电厂之间的关系设
21、计单位应提供足够的设计信息,以保证核电厂的安全运行、维护,并允许以后可能的设计修改设计单位也应推荐将纳入核电厂管理和运行规程如运行限值和条件等的实践v对设计方法的要求设计管理应在确定论方法的基础上考虑概率安全分析的结果保证设计是经过反复迭代、不断完善的过程切实考虑了事故的预防和缓解v对设计可靠性的要求设计管理应该保证充分采用了合理的设计措施,充分吸取了运行、退役的实践经验,所产生的放射性物质的活度和体积都尽可能小v对设计审查的要求营运单位在将设计提交核安全当局审查前,应保证安全评价已经过独立于设计的人员或单位的验证新建核电厂设计中几个重要安全问题的技术政策,2002经验证的工程实践v设计应用的
22、标准与标准的要求安全重要构筑物、系统和设备的设计应该遵照经批准的最新的或当前应用的标准和标准要评价和确定标准和标准是否适用、恰当和充分,并进行必要的补充和修改,以保证它们的最终质量与所需的安全功能相适应v对使用未被批准过的设计或设施的要求或者与现有工程实践有差异需要用适当的研究结果来证明其足够安全在投入使用前应完成足够的试验在运行中还要适当监测,以证明到达预期的性能v运行经验的应用设计中应该充分考虑已有核电厂的运行经验和相关的研究成果新建核电厂设计中几个重要安全问题的技术政策,2002主控室人机接口v人因问题在整个设计过程中应充分考虑人因问题包括运行、试验和维修等人员v人机接口在可能发生人机关
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