余 蘊(yùn)，趙 博，喻新利，孫金龍，種毅敏

(1.中國核電工程有限公司，北京100840；2. 環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京100082)

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核電廠大范圍損傷管理導(dǎo)則研究現(xiàn)狀

余 蘊(yùn)1，趙 博1，喻新利1，孫金龍1，種毅敏2

(1.中國核電工程有限公司，北京100840；2. 環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京100082)

火災(zāi)、地震、水淹、極端天氣條件等超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件可能造成核電廠大范圍損傷，不僅使得電廠的系統(tǒng)與設(shè)備大面積失效，還導(dǎo)致正常的應(yīng)急體系無法運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，國內(nèi)外都在開展應(yīng)對(duì)核電廠大范圍損傷的研究，以完善核電廠的縱深防御體系，降低大范圍損傷事故產(chǎn)生的后果。本文調(diào)研了國內(nèi)外核電廠大范圍損傷的研究現(xiàn)狀，分析了美國核電廠的大范圍損傷管理導(dǎo)則、靈活多樣的處理策略及臺(tái)灣地區(qū)核電廠的斷然處置措施，并對(duì)國內(nèi)大范圍損傷管理導(dǎo)則的研究與開發(fā)提出了一些思路與建議。

核電廠；大范圍損傷；EDMG；FLEX；外部災(zāi)害

根據(jù)核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定，核電廠的狀態(tài)分為正常運(yùn)行、預(yù)計(jì)運(yùn)行事件與事故工況[1]，核電廠針對(duì)各種狀態(tài)開發(fā)相應(yīng)規(guī)程，提高核電廠的縱深防御能力。對(duì)應(yīng)形成的運(yùn)行規(guī)程與導(dǎo)則有：正常運(yùn)行規(guī)程(NOP)、異常運(yùn)行規(guī)程(AOP)、應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程(EOP)和嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則(SAMG)[2]。其中，EOP與SAMG都是根據(jù)核電廠的狀態(tài)或事故進(jìn)展來確定應(yīng)對(duì)手段或緩解策略的，而這些多是針對(duì)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的內(nèi)部事件和外部事件的，以及選定的嚴(yán)重事故序列，對(duì)于超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的外部事件來說有一定的局限性。超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的外部事件盡管其發(fā)生的概率極低，但可能引發(fā)大范圍損傷，不僅僅大范圍面積影響核電廠緩解系統(tǒng)和設(shè)備，還會(huì)影響電廠的控制與監(jiān)測(cè)功能(如：主控室喪失)，從而使得現(xiàn)有的EOP與SAMG難以執(zhí)行。

福島核電站核事故中，地震及其誘發(fā)的超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的海嘯導(dǎo)致主控室的控制和監(jiān)測(cè)能力喪失，嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則未能全面發(fā)揮作用，已經(jīng)制定的SAMG未能覆蓋核電廠大范圍損傷的情況，而導(dǎo)致了事故的進(jìn)一步惡化，最終造成了大量放射性物質(zhì)外泄的嚴(yán)重后果，這說明了制定大范圍損傷管理導(dǎo)則的必要性。

針對(duì)極端外部事件造成核電廠大范圍損傷的事故管理，國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)在核安全導(dǎo)則NS-G-2.15中已有明確要求。美國、中國臺(tái)灣、西班牙、南非等國家或地區(qū)，均提出了需要開發(fā)大范圍損傷管理導(dǎo)則的要求，或業(yè)已制定相關(guān)管理導(dǎo)則，國內(nèi)監(jiān)管部門也提出相關(guān)管理要求，各研究機(jī)構(gòu)也相繼開始了大范圍損傷事故應(yīng)對(duì)策略的研究。在此背景下，本文調(diào)研了國內(nèi)外大范圍損傷管理導(dǎo)則的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析美國核電廠的大范圍損傷管理導(dǎo)則(EDMG)、靈活多樣的處理策略(FLEX策略)、中國臺(tái)灣核電廠的斷然處置措施等，對(duì)國內(nèi)核電廠大范圍損傷管理導(dǎo)則的研究與開發(fā)提出了一些思路與建議。

1 國際研究現(xiàn)狀

目前，美國核電廠針對(duì)火災(zāi)或爆炸造成的大范圍損傷均已制定EDMG，針對(duì)極端自然災(zāi)害可能導(dǎo)致的大范圍損傷開發(fā)了FLEX策略(靈活多樣的處理策略)，這兩種應(yīng)對(duì)核電廠大范圍損傷的策略是國際上大范圍損傷管理導(dǎo)則的主流導(dǎo)向與重要參考。

在美國核電廠制定EDMG之后，臺(tái)灣地區(qū)核電廠也開發(fā)了類似的初始響應(yīng)EDMG。福島核事故后，針對(duì)重大地震與海嘯，臺(tái)灣電力公司提出了斷然處置的概念(URG)，臺(tái)灣地區(qū)核電廠也積極建立了斷然處置措施的規(guī)程[3]。

國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)發(fā)布的核電廠安全標(biāo)準(zhǔn)中提出，事故管理需要考慮外部事件引起的大范圍損傷風(fēng)險(xiǎn)，如喪失主控室與遠(yuǎn)程停堆站、喪失對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的控制[4]；南非、西班牙等核電廠也已經(jīng)制定了EDMG；法國建立了核快速響應(yīng)體系FARN(Nuclear Rapid Response Force)[5]；韓國也提出了制定EDMG以應(yīng)對(duì)極端外部災(zāi)害造成的大范圍損傷，并且正在進(jìn)行EDMG的開發(fā)工作[6]。

我國國家核安全局在《核動(dòng)力廠嚴(yán)重事故管理(報(bào)批稿)》[7]中指出，事故管理的范圍應(yīng)該考慮由火災(zāi)、水淹、地震和極端氣象條件造成的大范圍破壞。國內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)也都在進(jìn)行大范圍損傷管理導(dǎo)則的研究與開發(fā)。

2 相關(guān)導(dǎo)則介紹與分析

2.1 美國EDMG導(dǎo)則

2001年，美國發(fā)生“9·11”恐怖襲擊爆炸事件，在恐怖襲擊造成的大火和爆炸等極端事件條件下，核電廠可能發(fā)生大范圍損傷，常規(guī)的事故管理程序失效，核電廠沒有適用的應(yīng)急響應(yīng)指南。因此，事故后，針對(duì)由重大火災(zāi)和爆炸導(dǎo)致的核電廠大范圍損傷，美國核管會(huì)(NRC)要求核電廠開發(fā)導(dǎo)則和策略，以維持和恢復(fù)堆芯冷卻，安全殼完整性和乏池冷卻[8]。這一要求促使美國核能所(NEI)等機(jī)構(gòu)開始研究大范圍損傷的事故管理，提出了EDMG方法和框架，所有核電廠均據(jù)此開展EDMG，并且接受NRC審查[9]。

EDMG的邊界條件為主控室無法進(jìn)入，且主控室與遠(yuǎn)程停堆站喪失對(duì)核電廠狀態(tài)的控制能力，導(dǎo)致EOP與SAMG無法使用，需要采用EDMG作為響應(yīng)導(dǎo)則。根據(jù)NEI的研究，將EDMG分為兩部分：初始響應(yīng)EDMG和技術(shù)支持中心(TSC)EDMG。初始響應(yīng)EDMG旨在正常運(yùn)行和應(yīng)急響應(yīng)的指揮與控制之間提供一個(gè)橋梁，如圖1[10]所示。通過建立場(chǎng)內(nèi)外的應(yīng)急通訊和初始緩解策略，以增強(qiáng)電廠的指揮和控制能力，并對(duì)核電廠的主要建筑物及設(shè)備進(jìn)行初始損傷評(píng)價(jià)，為TSC EDMG提供良好的使用條件。

圖1 初始響應(yīng)EDMG流程圖Fig.1 Initial Response EDMG Flowchart

TSC EDMG關(guān)注火災(zāi)和爆炸事故下電廠所需的緩解策略，用于增強(qiáng)電廠的綜合響應(yīng)能力。策略分為三階段實(shí)行，階段1用于增強(qiáng)消防響應(yīng)能力，階段2是乏池冷卻策略，階段3為反應(yīng)堆和安全殼的應(yīng)對(duì)措施，具體如表1[10]所示。

表1 技術(shù)支持EDMG的三階段策略|Table1 Three-Phases Strategies in TSC EDMG

由于主控室與遠(yuǎn)程停堆站控制能力的損傷，已安裝設(shè)備難以準(zhǔn)確而有效的投入運(yùn)行，從而EDMG的策略執(zhí)行主要依賴于移動(dòng)設(shè)施。EDMG與常規(guī)事故管理規(guī)程不同之一是對(duì)核電廠指揮與控制結(jié)構(gòu)的重建，旨在當(dāng)正常的指揮和控制結(jié)構(gòu)癱瘓使得EOP與SAMG無法使用時(shí)，作為響應(yīng)導(dǎo)則被使用。

2.2 FLEX策略

福島核事故的起因就是超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的海嘯，淹沒了核電廠的應(yīng)急電源和電力分配系統(tǒng)。交流電源的電源故障嚴(yán)重?fù)p害了保障堆芯冷卻和安全殼完整性的重要安全功能，最終導(dǎo)致堆芯熔化的嚴(yán)重事故的發(fā)生。福島核事故表明，外部事件可能影響多個(gè)電廠或同時(shí)影響一個(gè)電廠的多臺(tái)機(jī)組，需要有充足的資源及可靠的系統(tǒng)、通訊和檢測(cè)設(shè)備，以及有效組織資源的配給和事故的應(yīng)對(duì)。福島核事故后，美國核管會(huì)提出了加強(qiáng)極端外部事件應(yīng)對(duì)能力的要求，在此背景下，針對(duì)超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的外部災(zāi)害，NEI提出了FLEX策略，以提高電廠的綜合應(yīng)對(duì)能力，其開發(fā)流程和框架如圖2[11]所示。

圖2 FLEX策略開發(fā)流程圖Fig.2 Flex Strategy Develop Flowchart

根據(jù)核電廠概率安全分析結(jié)果，長時(shí)間的喪失交流電源(ELAP, extended loss of ac power)和喪失最終熱阱(LUSH, loss of ultimate heat sink)是核電廠面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)。因此，根據(jù)對(duì)超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的外部事件可能對(duì)核電廠造成的影響的分析，在FLEX中，假設(shè)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件對(duì)反應(yīng)堆最顯著的影響是ELAP和LUSH。FLEX策略的目標(biāo)是利用已安裝設(shè)備、場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)設(shè)備和預(yù)先存放的場(chǎng)外資源，建立可處理同時(shí)發(fā)生的ELAP與LUSH事故的能力，以防止堆芯和乏池燃料損壞，維持安全殼屏障的完整性。

FLEX策略包括四方面內(nèi)容：(1) 用于恢復(fù)電廠重要安全功能的移動(dòng)設(shè)備；(2) 根據(jù)電廠可能發(fā)生的外部災(zāi)害，對(duì)移動(dòng)設(shè)備的存儲(chǔ)和保護(hù)；(3) FLEX策略(已安裝設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備的緩解策略)的實(shí)施規(guī)程；(4) 程序控制，即：移動(dòng)設(shè)備的試驗(yàn)與維修，定期人員培訓(xùn)等。

2.3 臺(tái)灣地區(qū)斷然處置措施(URG)

針對(duì)類似福島的地震和海嘯復(fù)合式災(zāi)難，臺(tái)灣地區(qū)核電廠開發(fā)了斷然處置措施，以及時(shí)有效地進(jìn)行極端災(zāi)害的緊急救援，其簡(jiǎn)要流程圖如圖3[12]。

圖3 斷然處置措施流程圖Fig.3 Flowchart of URG

在發(fā)生由復(fù)合型災(zāi)難導(dǎo)致的喪失電源與最終熱阱時(shí)，應(yīng)急組織應(yīng)當(dāng)及時(shí)啟動(dòng)斷然處置措施，并且進(jìn)行策略的就地準(zhǔn)備操作。在確認(rèn)短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)應(yīng)急冷卻時(shí)，將場(chǎng)內(nèi)外消防水與各類水源注入反應(yīng)堆，可能由于不純凈水的注入導(dǎo)致事故后反應(yīng)堆無法使用，而斷然處置的最終策略為寧可廢棄核電廠，也要防止放射性物質(zhì)的大量釋放[13]。斷然處置措施的主要特點(diǎn)如下：

(1) 在極端災(zāi)害條件下，電廠狀態(tài)參數(shù)的有效性無法保證，斷然處置措施由于其策略的果斷性，能夠及時(shí)有效地控制放射性的泄漏；

(2) 斷然處置措施的實(shí)行也主要依賴于福島后增設(shè)的移動(dòng)設(shè)備；由于移動(dòng)設(shè)備相關(guān)策略需要進(jìn)行管線布置、閥門動(dòng)作，耗時(shí)較長，所以斷然處置措施中提前準(zhǔn)備可能執(zhí)行的策略，以實(shí)現(xiàn)快速救援。

2.4 幾種緩解策略的比較分析

目前國際上并沒有統(tǒng)一大范圍損傷的定義，上述EDMG、FLEX策略及URG從不同角度定位了大范圍損傷。

美國EDMG從規(guī)程體系的完整性出發(fā)，當(dāng)控制室喪失使得EOP與SAMG無法運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，EDMG可作為補(bǔ)充手段，并且強(qiáng)調(diào)指揮與控制功能的重建；FLEX策略與URG都是考慮極端外部事件造成的ELAP和LUSH，F(xiàn)LEX策略著重于針對(duì)各類災(zāi)害來提高電廠的設(shè)備可靠性、合理化移動(dòng)設(shè)備的部署與管理，URG的宗旨則是斷然注水、降壓，不惜一切來防止堆芯損傷與放射性物質(zhì)大量釋放。

雖然三個(gè)導(dǎo)則的定位不一，但是導(dǎo)則中對(duì)于事故的緩解都沒有局限于策略本身，對(duì)策略執(zhí)行的指揮控制、策略相關(guān)設(shè)備的管理、策略的準(zhǔn)備工作等給予了高度的關(guān)注。在處理極端外部事件造成的大范圍損傷時(shí)，需要比內(nèi)部事件應(yīng)對(duì)考慮更多的因素。另外，三個(gè)導(dǎo)則中都重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了移動(dòng)設(shè)備的使用，是由極端外部事件的大范圍損傷特點(diǎn)決定的。

在福島核事故后，國內(nèi)核電廠也均進(jìn)行了大量的設(shè)計(jì)改進(jìn)，增加了移動(dòng)注水泵、移動(dòng)電源等移動(dòng)設(shè)施，并且在事故規(guī)程中完善了移動(dòng)設(shè)備相關(guān)的策略、規(guī)程及設(shè)備存儲(chǔ)方案等。這些福島核事故后改進(jìn)項(xiàng)與FLEX策略的應(yīng)對(duì)思路相似，針對(duì)極端外部事件導(dǎo)致的大范圍損傷，應(yīng)充分利用福島核事故后改進(jìn)項(xiàng)中的策略。

3 國內(nèi)EDMG開發(fā)思路

國內(nèi)EDMG的開發(fā)也還尚未有確定的適用范圍與功能定位，目前主要有兩種方向。其一，將EDMG定位為SAMG的支持性導(dǎo)則，從指揮與控制恢復(fù)、場(chǎng)內(nèi)外通訊恢復(fù)、場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)設(shè)備調(diào)用與場(chǎng)外支援等四方面協(xié)助SAMG對(duì)嚴(yán)重事故進(jìn)行有效的緩解。其二是開發(fā)相對(duì)獨(dú)立的EDMG，與美國提出的大范圍損傷管理理念相一致，在EOP與SAMG無法使用時(shí)協(xié)助應(yīng)急響應(yīng)。第一種思路通過快速救援機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)SAMG對(duì)于嚴(yán)重事故的快速有效的緩解；第二種EDMG從大范圍損傷的特性、應(yīng)急響應(yīng)體系完善性的角度來增強(qiáng)核電廠的縱深防御體系?？偟膩碚f，兩種理念都更注重現(xiàn)有資源的整合與優(yōu)化利用，針對(duì)現(xiàn)有核電廠的改動(dòng)較少，考慮了大范圍損傷情況下指揮與控制受損的特點(diǎn)，分析電廠多樣化的通訊與控制手段、新增的移動(dòng)設(shè)施及其策略、場(chǎng)外應(yīng)急救援組織等。但不論哪一種方式都將彌補(bǔ)和覆蓋由于EOP和SAMG考慮不足的地方。

4 國內(nèi)EDMG開發(fā)的問題與建議

核電廠大范圍損傷的管理是目前國際核工業(yè)關(guān)注和研發(fā)的重點(diǎn)，國外很多運(yùn)行電廠已制定相關(guān)導(dǎo)則，對(duì)于核電廠應(yīng)急體系的完善、運(yùn)行安全性的提高起到積極作用。我國EDMG的開發(fā)應(yīng)當(dāng)基于國內(nèi)核電廠的實(shí)際情況，本文結(jié)合初步的工程實(shí)踐，從完善我國核電廠事故管理體系的角度提出以下問題和建議：

(1) 需要明確大范圍損傷的定義，建議從規(guī)程完整性來考慮，即不僅僅是電廠的系統(tǒng)設(shè)備大面積受影響，而且電廠的指揮與控制(主控室、遠(yuǎn)程停堆站)受損，造成現(xiàn)有事故管理程序不可用。

(2) EDMG的適用范圍不一定要局限于自然災(zāi)害，對(duì)于火災(zāi)、爆炸等造成的大范圍損傷，甚至是沒有發(fā)生外部災(zāi)害，但EOP與SAMG無法使用時(shí)也可選擇使用EDMG來進(jìn)行響應(yīng)。

(3) EDMG導(dǎo)則可以分為三個(gè)子導(dǎo)則：指揮與控制導(dǎo)則、控制室恢復(fù)導(dǎo)則與事故管理導(dǎo)則。指揮與控制導(dǎo)則用于對(duì)電廠應(yīng)急響應(yīng)組織與人員、通訊、場(chǎng)外資源等進(jìn)行總體控制與部署；控制室恢復(fù)導(dǎo)則用于指導(dǎo)大范圍損傷情況下控制室的評(píng)價(jià)與恢復(fù)；事故管理導(dǎo)則用于指導(dǎo)大范圍損傷情況下反應(yīng)堆狀態(tài)的緩解。當(dāng)控制室恢復(fù)后，則可以選擇退出EDMG。

(4) 國內(nèi)核電廠大多為多機(jī)組廠址，由于極端外部事件導(dǎo)致的大范圍損傷在空間上的廣延性，建議國內(nèi)核電廠基于多機(jī)組來開發(fā)EDMG；另外，外部災(zāi)害可能導(dǎo)致的各種大范圍損傷狀況，很難確定有包絡(luò)工況，制定EDMG時(shí)應(yīng)保持靈活性，適當(dāng)增加備用方案，從而以最佳的人員、設(shè)施和控制力來成功應(yīng)對(duì)事故。

(5) EDMG中的緩解策略應(yīng)當(dāng)主要為支持系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立、可靠性高的移動(dòng)設(shè)備相關(guān)的策略：一回路、二回路應(yīng)急注水，安全殼應(yīng)急噴淋，乏池應(yīng)急冷卻等。在技術(shù)支持中心決定實(shí)施策略之前，增加移動(dòng)設(shè)備相關(guān)策略的準(zhǔn)備事項(xiàng)，從而達(dá)到快速救援的目的。

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Research Status of Extensive Damage Management Guidelines in Support of Nuclear Power Plant

YU Yun1，ZHAO Bo1，YU Xin-li1，SUN Jin-long1，CHONG Yi-min2

(1.China Nuclear Power Engineering Co. Ltd. Beijing, 100840 China; 2.Nuclear and Radiation Safety Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100082 China)

Beyond design basis external events (e.g. fire, seismic, flood, and extreme weather) may lead to extensive damage in nuclear power plants, not only causing multi-failure of systems and equipment, but affecting the ability of normal command and control, which results in un-applicability of procedures and guidance. Currently, it’s an international trend to research the management of extensive damage to enhance defence-in-depth, as well as lessen the aftermath associated with extensive damage events. The research status of extensive damage in support of nuclear power plants both domestic and abroad is introduced, typical guidelines including Extensive Damage Management Guidelines, Diverse and Flexible Strategy and Ultimate Response Guidance are analyzed, ideas and advice for developing EDMG applicable to domestic nuclear power plants is proposed in this paper.

Nuclear Power Plant; Extensive Damage; Extensive Damage Management Guidelines; Diverse and Flexible Strategy; External Hazards

2016-03-14

余 蘊(yùn)(1993—)，女，江西南昌人，助理工程師，工學(xué)碩士，現(xiàn)從事嚴(yán)重事故管理研究

TL364+.4

A

0258-0918(2017)03-0422-05