福島核事故后美國應(yīng)對超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件的FLEX策略研究

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（環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京 100082）

福島核事故后美國應(yīng)對超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件的FLEX策略研究

鄭麗馨，周紅，王婭琦，吳彥農(nóng)，焦峰?

（環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京 100082）

本文介紹了美國提出FLEX策略的背景，總結(jié)了FLEX策略的內(nèi)容和特點(diǎn)，并結(jié)合國家核安全局發(fā)布的 《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動通用技術(shù)要求》提出了幾點(diǎn)建議。

福島核事故；核電廠；FLEX策略；超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件

2011年3月11日，日本福島第一核電廠發(fā)生了嚴(yán)重的核事故，這是一起由極端外部自然事件及其次生災(zāi)害疊加導(dǎo)致的全廠斷電，繼而引發(fā)嚴(yán)重的共因群堆事故。事故發(fā)生后，國際原子能機(jī)構(gòu) （IAEA）及主要核電國家積極總結(jié)事故的主要原因和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并隨之采取了相應(yīng)的響應(yīng)行動。

l FLEX策略的背景

福島核事故發(fā)生后，美國核管會 （NRC）迅速發(fā)布了一份信息通報，告知311大地震對核電廠的影響，同時要求核電廠執(zhí)照持有者在其核電廠采取措施，以避免類似問題的發(fā)生［1］。隨后，NRC開展了一系列的響應(yīng)行動，主要行動見表1。

NRC成立了福島核事故短期專項(xiàng)工作組（NTTF），通過對監(jiān)管體系進(jìn)行檢查提出了 “21世紀(jì)提高反應(yīng)堆安全的建議”。該報告以縱深防御理念為基礎(chǔ)判斷理論，對縱深防御每一層執(zhí)行安全功能的完整性和有效性進(jìn)行判斷，最終提出了12項(xiàng)建議行動［2］。而后，NRC工作人員通過對建議的行動實(shí)施緊迫性的判斷，提出了需要立即實(shí)施的近期行動，并對推薦的行動進(jìn)行了優(yōu)先級劃分，分為三個層次［3-4］。針對層次一的推薦行動，NRC于2012年3月12日發(fā)布了3個命令和一項(xiàng)信息需求，即《關(guān)于超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件緩解策略要求進(jìn)行許可證修改的命令》（EA-12 -049）、《關(guān)于可靠的增強(qiáng)安全殼通風(fēng)許可證修改的命令》（EA-12-050）、《關(guān)于可靠的乏燃料池儀表進(jìn)行許可證修改的命令》（EA-12-051）和《10CFR50．54（f）信息要求》［5～8］，這在NRC對福島核事故的響應(yīng)行動中尤為重要。針對命令EA-12-049，美國核能研究所（NEI）開發(fā)并向NRC遞交了報告NEI 12-06“靈活多樣性應(yīng)對策略（FLEX）實(shí)施指南”，此報告中提出了FLEX策略的理念。在NRC發(fā)布的“NRC臨時指導(dǎo)”（JLD -ISG-2012-01）中指出，F(xiàn)LEX策略可作為滿足命令EA-12-049的一種手段［9］。FLEX策略不但提供了NRC要求的場內(nèi)設(shè)備，而且還可在應(yīng)急的最初24h內(nèi)跨地區(qū)提供設(shè)備，這實(shí)際上已經(jīng)超出了NRC的要求。

2 FLEX策略實(shí)施指南概述

2.l FLEX策略的目的

經(jīng)過對福島核事故進(jìn)行分析，NEI認(rèn)為在假設(shè)的超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件導(dǎo)致的后果中，對反應(yīng)堆安全影響最顯著的是喪失供電和喪失最終熱阱（LUHS）。FLEX策略實(shí)施指南簡要描述了執(zhí)照持有者增加FLEX策略的方法，這些策略將增加超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)場景下應(yīng)對廠址內(nèi)全部機(jī)組同時發(fā)生長期喪失交流電源 （ELAP）和LUHS時的縱深防御能力，如圖1所示。

圖l FLEX策略增強(qiáng)縱深防御能力Fig.l FLEX Enhances Defensein-Depth

2.2 FLEX策略的指導(dǎo)原則

FLEX策略的目標(biāo)是利用固定設(shè)備、場內(nèi)移動設(shè)備和預(yù)先存放的場外資源，建立一個長期的防止堆芯和乏池燃料損壞、維持安全殼功能的能力。該能力能夠應(yīng)對ELAP和LUHS事故，這些事故可由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件疊加額外失效造成，也可由超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件導(dǎo)致。

需要指出的是，F(xiàn)LEX策略關(guān)注的是維持或恢復(fù)核電廠關(guān)鍵安全功能，而不受特定的外部事件損壞狀態(tài)或機(jī)理評價的限制。在某些情況下，為了使實(shí)施策略針對的是災(zāi)害最可能導(dǎo)致的威脅本身，會附加特定災(zāi)害邊界條件?；诎踩δ艿姆椒ㄅc核電廠應(yīng)急操作規(guī)程 （EOP）中采用的狀態(tài)導(dǎo)向方法相一致，這樣便于利用FLEX策略?對運(yùn)行和應(yīng)急響應(yīng)體系中的規(guī)程和指導(dǎo)手冊提供支持。在FLEX策略中，應(yīng)對這些情況的基本策略涉及3個階段：

（1）利用核電廠固定設(shè)備進(jìn)行初始應(yīng)對；

（2）從核電廠固定設(shè)備切換到場內(nèi)FLEX設(shè)備的過渡階段；

（3）在供電、供水和冷卻劑注入系統(tǒng)恢復(fù)或投用前，從場外設(shè)備獲取額外的能力和冗余。

核電廠特定分析將確定每個階段的持續(xù)時間。受損核電廠的恢復(fù)不在FLEX能力范圍內(nèi)，因?yàn)樘囟ㄐ袆雍湍芰εc核電廠的具體狀況密切相關(guān)，而這些狀況是不可預(yù)知的。

2.3 FLEX策略的主要內(nèi)容

FLEX策略由兩部分組成，一部分是利用場內(nèi)存儲設(shè)備的場內(nèi)部分，另一部分是為長期響應(yīng)提供額外物資和設(shè)備的場外部分。FLEX策略包含的要素見表2。

FLEX策略通過提供多重獲取供電和供水的手段來支持關(guān)鍵安全功能，以緩解超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件產(chǎn)生的后果。圖2為FLEX策略的理念，它描述了FLEX策略是如何通過一個普遍適用的方法，以相互協(xié)調(diào)的方式來緩解多重風(fēng)險，同時也說明了FLEX策略是如何涵蓋對NRC推薦行動第一層次中多個建議的響應(yīng)的。此外，由圖2可以看出，F(xiàn)LEX策略與其他第一層次建議間也存有一定的關(guān)聯(lián)，如地震、洪水現(xiàn)場查勘為核電廠成功響應(yīng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震、洪水事件應(yīng)具有的能力提供依據(jù)，他們是FLEX策略的一個基礎(chǔ)。

表l NRC針對福島核事故的主要響應(yīng)行動Table l Major Response Actions of NRC to Fukushima Accident

表2 FLEX策略包含的要素Table 2 Containing elements in FLEX Strategies

圖2 FLEX策略的理念Fig.2 Overview of FLEX Strategies Concept

2.4 FLEX策略的實(shí)施過程

FLEX策略的實(shí)施過程主要基于3個步驟。首先，每個核電廠都應(yīng)建立應(yīng)對ELAP和LUHS同時發(fā)生的基本能力，壓水堆機(jī)組的這些基本能力應(yīng)滿足表3～表5的要求。通常，這些基本能力是基于一系列針對超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件的假設(shè)邊界條件建立的，為了實(shí)現(xiàn)基本能力，核電廠可綜合利用已安裝設(shè)備、臨時設(shè)備以及場外設(shè)備。其次，核電廠應(yīng)考慮廠址特定外部災(zāi)害對廠址的威脅，對FLEX的保護(hù)和部署策略進(jìn)行評估。廠址特定外部災(zāi)害的識別是基于ASME/ANS PRA標(biāo)準(zhǔn) ［Ref．B-1］中考慮的超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部災(zāi)害清單，通過對清單進(jìn)行審查，提出了每個外部災(zāi)害的適用條件及應(yīng)對概要。由于每個廠址遭受的外部災(zāi)害威脅不同，其采取的手段和具體執(zhí)行策略可能會有所不同。最后，基于上述分析論證對所有廠址特定災(zāi)害的場內(nèi)外資源進(jìn)行整合，需統(tǒng)籌考慮FLEX設(shè)備的保護(hù)、FLEX設(shè)備的部署、程序接口和場外資源的利用［10］。FLEX策略實(shí)施過程如圖3所示。

圖3 廠址評估流程Fig.3 Site assessment process

表3 堆芯冷卻FLEX基本能力概要Table 3 FLEX basic capability summary for core cooling

3 我國應(yīng)對超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件的啟示

雖然福島核事故對核能的發(fā)展造成了極大的沖擊，但核能作為一種低碳能源，代表著能源優(yōu)質(zhì)化的方向，是目前唯一可大規(guī)模發(fā)展的替代能源，因而對能源的需求還是會使人類理性地回到核能的開發(fā)利用上［11］。與其他行業(yè)相比，核行業(yè)有鮮明的特點(diǎn)，即技術(shù)的復(fù)雜性、事故的突發(fā)性、處理的艱難性、后果的嚴(yán)重性、影響的深遠(yuǎn)性以及高度的社會敏感性［12］。針對核事故的原因進(jìn)行分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，有利于防止事故發(fā)生或減輕事故后果，提高核電廠的安全水平，繼而推動核能的安全利用。

表4 安全殼FLEX基本能力概要Table 4 FLEX basic capability summary for containment

表5 乏池冷卻FLEX基本能力概要Table 5 FLEX basic capability summary for SFP cooling

福島核事故后，國家核安全局組織對全國的核電廠安全狀況進(jìn)行了全面的核安全綜合檢查，針對核電廠抵御極端外部事件的安全裕度進(jìn)行了定量評估，提出了進(jìn)一步提高核電廠安全水平的要求［13］。為了規(guī)范和指導(dǎo)各核電廠安全改進(jìn)行動的落實(shí)，國家核安全局發(fā)布了 《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動通用技術(shù)要求》，從核電廠防洪能力、移動電源及設(shè)置等8個方面對核電廠提出了技術(shù)要求，目的是解決我國核電廠在實(shí)施福島后改進(jìn)措施過程中所采用技術(shù)的統(tǒng)一性問題，盡可能統(tǒng)一和協(xié)調(diào)各核電廠所采取的安全改進(jìn)策略深度和廣度［14］。通過對FLEX策略進(jìn)行研究，結(jié)合我國 《通用技術(shù)要求》和核電廠改進(jìn)措施，本文提出如下建議：

（1）“FLEX策略”用于指導(dǎo)核電廠制定滿足NRC要求的應(yīng)對超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件的緩解策略，其范圍不涉及嚴(yán)重事故前端的預(yù)防措施，僅就嚴(yán)重事故發(fā)生后的緩解措施提出指導(dǎo)。

有效地執(zhí)行嚴(yán)重事故管理是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，因此，對我國核電廠而言，需要在嚴(yán)重事故方案和規(guī)程的編制、設(shè)備、人力資源以及培訓(xùn)等方面進(jìn)行大量的工作，以便制定出周密的計(jì)劃?！癋LEX策略”將嚴(yán)重事故的應(yīng)對時機(jī)分為已安裝設(shè)備、場內(nèi)移動設(shè)備和場外資源3個階段，這不但統(tǒng)籌安排了嚴(yán)重事故的管理，同時還有助于協(xié)調(diào)核電廠的應(yīng)急管理工作。

（2）在 《通用技術(shù)要求》中要求，“存儲移動泵、移動電源等相關(guān)設(shè)備的構(gòu)筑物按廠址所在地區(qū)地震基本烈度提高一度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，并按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震動SL-2（相當(dāng)?shù)牡孛婕铀俣龋┻M(jìn)行校核”；而在 “FLEX策略”中要求，F(xiàn)LEX設(shè)備應(yīng)存儲在 “滿足電廠SSE設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的構(gòu)筑物”或 “按照ASCE7-10《廠房及其他構(gòu)筑物的最小設(shè)計(jì)載荷》設(shè)計(jì)或經(jīng)評估與之具有同等水平要求的構(gòu)筑物”中。

由于SL-2與美國法規(guī)中的SSE相當(dāng)，所以我國核電廠應(yīng)進(jìn)一步對移動設(shè)備存儲地點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行充分研究，以論證是否滿足應(yīng)對超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件的要求。

（3）“FLEX策略”將通過評估認(rèn)為可能與ELAP和LUHS同時發(fā)生相關(guān)的災(zāi)害分成5類，即地震事件；外部洪水；風(fēng)暴 （如颶風(fēng)、大風(fēng)、龍卷風(fēng)）；極端雪；冰和低溫以及極端高溫，要求核電廠在廠址評估中對這些災(zāi)害加以考慮，關(guān)注這些災(zāi)害在FLEX設(shè)備的保護(hù)、FLEX設(shè)備的部署、程序接口和場外資源利用方面的影響。

因而，我國核電廠在制定改進(jìn)措施時，不僅應(yīng)關(guān)注核電廠的防洪、抗震能力等預(yù)防措施，還應(yīng)高度重視廠址特定外部災(zāi)害對事故后緩解措施的影響，確保緩解策略的可實(shí)施性和緩解設(shè)備的可用性。這也是符合我國 《核安全與輻射污染防治 “十二五”規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》中的“采取所有合理可行的技術(shù)和管理手段，確保核設(shè)施各種防御措施的有效性和多道屏障的完整性，防止發(fā)生核事故，并在一旦發(fā)生事故時減輕其后果”的要求［15］。

（4）在 “FLEX策略”中提出，為保證FLEX設(shè)備的可靠性和可用性，每項(xiàng)策略都應(yīng)提供 “N+1”套設(shè)備，其中N代表廠址內(nèi)的機(jī)組數(shù)量，如雙堆廠址應(yīng)至少配備3臺移動泵、3套移動交流電源/直流電源、3套電纜等。然而，如果可利用多重策略來完成一項(xiàng)功能，則每項(xiàng)策略相關(guān)的設(shè)備不需要采用 “N+1”原則。另外“FLEX策略”中還指出，如果核電廠現(xiàn)有的符合10CFR50．54（hh）（2）要求的泵或儲備能滿足指南中規(guī)定的功能和存儲要求，那么也可以將其列入 “N+1”中。

參考此原則，我國核電廠可梳理其制定的廠址嚴(yán)重事故緩解策略，確保在滿足 “在多堆廠址內(nèi)應(yīng)配備至少兩套設(shè)備”的前提下配備更加充足的設(shè)備，以更好地實(shí)現(xiàn)縱深防御中的冗余性，提高核電廠應(yīng)對超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)外部事件的能力。

［1］NRC．The United States of America National Report for the 2012 Convention on Nuclear Safety Extraordinary Meeting［R］．Washington DC：NRC，2012．

［2］NSC．Recommendations for Enhancing Reactor Safety in the 21stCentury［EB/OL］．（2011-7-12）［2014-3-21］．http：// www．nrc．gov/reactors/operating/ops-experience/japan-dashboard/ref-library．html．

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［4］NRC．Prioritization of Recommended Actions to be Taken in Response to Fukushima Lessons Learned（SECY-11-0137）［EB/ OL］．（2011-10-3）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/ reactors/operating/ops - experience/japan - dashboard/ priorities．html．

［5］NRC．Issuance of Order to Modify Licenses with Regard to Requirements for Mitigation Strategies for Beyond-Design-Basis External Events（EA-12-049）［EB/OL］．（2012-3-12）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/operating/ops -experience/japan-dashboard/mitigation-strategies．html．

［6］NRC．Issuance of Order to Modify Licenses with Regard to Reliable Hardened Containment Vents（EA-12-050）［EB/OL］．（2012-3-12）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/operating/ops-experience/japan-dashboard/hardenedvents．html．

［7］NRC．Issuance of Order to Modify Licenses with Regard to Reliable Spent Fuel Pool Instrumentation（EA-12-051）［EB/ OL］．（2012-3-12）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/ reactors/operating/ops-experience/japan-dashboard/spentfuel．html．

［8］NRC．Request for Information Pursuant to Title 10 of Federal Regulations 50．54（f）Regarding Recommendations 2．1，2．3，and 9．3，of the Near-Term Task Force Review of Insights from the Fukushima Daiichi Accident［EB/OL］．（2012-3-12）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/operating/ops -experience/japan-dashboard．html．

［9］NRC．Compliance with Order EA-12-049，Order Modifying Licenses with Regard to Requirements for Mitigation Strategies for Beyond-Design-Basis External Events（JLD-ISG-2012-01（Rev．0））［EB/OL］．（2012-8-29）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/operating/ops-experience/japandashboard/mitigation-strategies．html．

［10］NEI．Diverse and Flexible Coping Strategies（FLEX）Implementation Guide（NEI 12-06，Rev．0）［EB/OL］．（2012-8）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/operating/ ops-experience/japan-dashboard/mitigation-strategies．html．

［11］李宗明．從日本福島核事故審視核安全的政府、法律和監(jiān)管框架［J］．核安全，2012（2）：1-8．

［12］李干杰．堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展確保核與輻射安全［J］．核安全，2012（4）：4-9．

［13］王中堂．加強(qiáng)嚴(yán)重事故研究，提高核電廠安全水平［J］．核安全，2014，13（44）：1-3．

［14］國家核安全局．福島核事故后核電廠改進(jìn)行動通用技術(shù)要求（試行）［S］．北京：國家核安全局，2012．

［15］國家核安全局．核安全與放射性污染防止“十二五”規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)［Z］．北京：國家核安全局，2012．

Study on U．S．NRC'S FLEX Strategies in Cope with Beyond-Design-Basis External Events after Fukushima Accident

ZHENG Lixin，ZHOU Hong，WANG Yaqi，WU Yannong，JIAO Feng*
（Nuclear and Radiation Safety Center，MEP，Beijing 100082，China）

The background of FLEX Strategies announced by NEI of U．S was introduced．The content and characteristics of FLEX Strategies were also summarized．Combining the improvement demands of China after Fukushima accident，some suggestions were provided．

Fukushima accident；nuclear power plant；FLEX Strategies；BDBEE

TL48

C

：1672-5360（2016）04-0034-06

2016-08-07

2016-09-20

環(huán)保公益項(xiàng)目 “福島事故后二代改進(jìn)型核電廠改進(jìn)措施技術(shù)要求研究”，項(xiàng)目編號201309054

鄭麗馨 （1980—），女，吉林大安人，工程師，現(xiàn)主要從事核電廠安全審評和運(yùn)行事件經(jīng)驗(yàn)反饋工作

?通訊作者：焦 峰，E-mail：jiaofeng＠chinansc．cn