浮動式核電站RCV系統凈化支路故障樹分析

宋波+謝楊+王亮+李毅

【摘 要】利用Risk-Spectrum軟件對浮動式核電站RCV系統凈化支路進行故障樹分析，發現潛在的系統故障模式和危險因素，找出系統可靠性和安全性的薄弱環節，確定影響可靠性和維修性的因素，以提高RCV系統凈化支路的固有可靠性。

【關鍵詞】RCV系統凈化支路；故障樹分析；浮動式核電站

0 概述

化學和容積控制系統（RCV）凈化支路是浮動式核電站一回路系統重要的輔助系統之一，主要功能是去除反應堆冷卻劑中的部分可溶性雜質和部分懸浮物，使冷卻劑中的雜質濃度低于允許值，以降低安全殼內的放射性劑量水平。RCV系統凈化支路的性能和可靠性對浮動式核電站運行的安全性和可靠性有重要影響。

本文利用Risk-Spectrum軟件對RCV系統凈化支路進行了故障樹分析。根據分析結果確定了影響可靠性和安全性的因素，并針對性地提出了相應的改進措施，以提高RCV系統凈化支路的固有可靠性和安全性。

1 系統簡介

RCV系統凈化支路，包括兩臺除鹽泵、一臺再生式熱交換器、一臺下泄熱交換器、一臺混床除鹽器、一臺過濾器及相應的管道、閥門和儀表等。

反應堆冷卻劑系統正常運行期間，除鹽泵驅動流經RCV系統凈化支路的冷卻劑以實現凈化功能，串聯設置的再生式熱交換器和下泄熱交換器將高溫冷卻劑降低到離子交換樹脂允許的工作溫度。混床除鹽器是一個內部裝有以一定比例混合的核級陰陽樹脂的立式圓柱形壓力容器，低溫冷卻劑在其中通過離子交換完成水質凈化，并通過過濾方式除掉部分懸浮雜質，凈化后的冷卻劑經再生式熱交換器升溫后返回反應堆冷卻劑系統。

RCV系統凈化支路與設備冷卻水系統和可靠供電系統存在相關性。設備冷卻水系統為除鹽泵提供冷卻水，并為下泄熱交換器提供冷源；可靠供電系統為兩臺除鹽泵及相關電動閥門提供電力支持。

2 故障樹分析

2.1 頂事件

根據RCV系統凈化支路的功能和運行工況，并結合事件序列分析中的邊界條件和成功準則，確定RCV系統凈化支路需要分析的故障樹頂事件：正常運行期間，凈化功能失效。

成功準則：正常運行期間，RCV凈化支路無法連續凈化冷卻劑。

2.2 建模假設及簡化

為了簡化和壓縮故障樹規模，本文故障樹分析過程中，對系統按如下原則進行簡化和建模假設。

2.2.1 簡化原則

a.對失效不會直接或間接導致頂事件發生的設備，不予考慮，明確建樹的邊界條件；

b.與安全無關的測量儀表被簡化掉，在建模中不予考慮；

c.明確定義前沿系統與支持系統之間的接口，相應的水源、電源、氣源和信號等支持系統均以轉移門的形式轉到相應的支持系統故障樹中。

2.2.2 建模假設

a.認為系統是不可修復的；

b.部件僅有兩種狀態：成功或失效；

c.在始發事件范圍之外，不考慮系統管道的失效；

d.正常運行期間，RCV凈化支路連續運行，系統運行中需要進行動作的能動設備均為自動控制，故不考慮人因誤操作。

2.2.3 系統狀態約定

RCV凈化支路投入運行前，除鹽泵RCV001PO和RCV002PO均停運，電動閘閥RCV001VP、RCV013VP、電磁閥RCV007VP、止回閥RCV002VP、RCV003VP，RCV025VP、截止止回閥RCV009VP的止回功能均處于關閉狀態，凈化支路中其他閥門均處于開啟狀態。

RCV凈化支路正常運行期間，除鹽泵RCV001PO和RCV002PO中的一臺處于運轉狀態。電動閘閥RCV001VP、RCV013VP、電磁閥RCV007VP、凈化支路中其他閥門均處于開啟狀態

2.3 故障樹構造

基于上述基本假設和對系統的分析，建立了RCV凈化支路故障樹，并用Risk-Spectrum 1.1.3.0程序進行了分析。

2.4 故障樹分析結果

采用Risk-Spectrum 1.1.3.0程序對RCV凈化支路故障樹模型進行分析，頂事件發生概率為2.39E-03。

3 結論

通過故障樹模型的定量計算得到故障樹頂事件發生概率及支配性最小割集，從中可以看出：凈化功能失效的概率為2.39E-03。其中混床除鹽器出口管線上過濾器RCV001FI堵塞、混床除鹽器RCV001DE堵塞的影響最大，兩事件的失效概率占頂事件發生概率的30.1%。其次，除鹽泵RCV001PO、RCV002PO共因啟動失效、截止止回閥RCV009VP止回功能不能開啟、止回閥RCV025VP不能開啟的失效概率占頂事件發生概率的百分比相同，均為8.36%。因此，要保證凈化功能有效，保證過濾器和混床除鹽器不堵塞是關鍵，還要提高除鹽泵、截止止回閥RCV009VP以及止回閥RCV025VP的可靠性。

針對以上分析得出的影響RCV凈化支路凈化功能成功實現的重要影響因素，應從以下方面采取措施提高其可靠性：

（1）對于過濾器和混床除鹽器，設計中應采用經試驗和在役核電站運行考核驗證的技術方案和成熟工藝，充分分析和總結同類型產品在研制、生產、出廠試驗、調試試驗以及在役核電站運行中發生故障的原因及改進經驗。同時在運行過程中連續監測凈化支路流量，可提高過濾器和混床除鹽器的可靠性，預防過濾器和混床除鹽器發生堵塞。

（2）對于除鹽泵、截止止回閥、止回閥，設計中應采用經試驗和在役核電站運行考核驗證的技術方案和成熟工藝，充分分析和總結同類型產品在研制、生產、出廠試驗、調試試驗以及在役核電站運行中發生故障的原因及改進經驗，同時通過采取健壯設計、環境防護設計等方法，可進一步提高除鹽泵、截止止回閥、止回閥的可靠性。

（3）對于支持RCV凈化支路運行的設備冷卻水系統和電源系統，按照可靠性設計要求，通過采用成熟設計、簡化設計、冗余設計、健壯設計、環境防護設計等設計方法，來保證設備冷卻水系統和電源系統的可靠性。

[責任編輯：朱麗娜]