海洋小型核電站安全標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)初步研究

李海 袁安民 廖毅 王琮

摘 ? 要：目前我國(guó)缺乏專(zhuān)門(mén)針對(duì)海洋小型核電站的安全標(biāo)準(zhǔn)體系，這極大的制約了海洋小型核電站的規(guī)范設(shè)計(jì)與技術(shù)審評(píng)。本文以現(xiàn)有核安全標(biāo)準(zhǔn)體系為依據(jù)，通過(guò)對(duì)比分析與總結(jié)，指出海洋小型核電站設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)體系可以從縱深防御概念的細(xì)化、始發(fā)事件的選取等方面入手。上述工作對(duì)下一步海洋小型核電站安全體系的建立與完善有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：海洋小型核電站 ?安全標(biāo)準(zhǔn)體系

中圖分類(lèi)號(hào)：TL364 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（b）-0067-04

Abstract： The shortage of safety standard system for oceanic floating nuclear power plant in our country makes the normative design and technical evaluation of it become difficult. Based on the existing nuclear safety standard system， this paper pointed out that the design criteria for floating nuclear power plant could be started with the refining concept of defense in depth， the identification of initial events and other aspects through contrastive analysis and summary. The research was guiding significant for the foundation and reformation of safety standard system for offshore floating nuclear power plant.

Key Words： Small Oceanic Nuclear Power Plant; Safety standard system

海洋小型核電站是利用核能進(jìn)行發(fā)電的海上移動(dòng)能源供給平臺(tái)，是核能技術(shù)與船舶工程技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。其具有機(jī)動(dòng)性好、滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展要求等特點(diǎn)，能夠?yàn)槲覈?guó)遠(yuǎn)海資源開(kāi)發(fā)提供清潔可靠的能源，符合我國(guó)發(fā)展海洋戰(zhàn)略的要求，對(duì)我國(guó)和平利用核能也有著重要意義。同時(shí)，核能系統(tǒng)具有高溫、高壓和高放射性的特點(diǎn)，為了確保海洋小型核電站安全可靠地運(yùn)行，有必要建立一套完整的可用于指導(dǎo)、評(píng)價(jià)海洋小型核電站及其它民用海上移動(dòng)核設(shè)施的安全標(biāo)準(zhǔn)體系。

1 ?國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外民用核動(dòng)力船舶及其相應(yīng)安全標(biāo)準(zhǔn)

從20世紀(jì)50年代起，美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本、德國(guó)等國(guó)就開(kāi)展了民用核動(dòng)力船舶研究，建造了多艘核動(dòng)力商船和核動(dòng)力破冰船，主要包括美國(guó)“薩瓦娜”號(hào)、前蘇聯(lián)的“列寧”號(hào)、日本“陸奧”號(hào)、德國(guó)“奧托漢”號(hào)等，而俄羅斯更是始終維持著一支核動(dòng)力破冰船隊(duì)用于北冰洋航線。各國(guó)主要民用核動(dòng)力船舶建造、航行、退役情況如圖1所示。

隨著核能技術(shù)在民用船舶上實(shí)用化之際，各國(guó)也同步地開(kāi)展了核安全標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作。1960年6月，國(guó)際海上人命安全條約（SOLAS）中增加了有關(guān)原子能船的相關(guān)條款。2009年，最新版的國(guó)際海上人命安全條約中對(duì)核能船舶的輻射安全、安全鑒定、操作和事故等做了原則性要求[1]。1961年，日本運(yùn)輸省也開(kāi)展了原子能船安全標(biāo)準(zhǔn)的建立工作[2]。1968年，IAEA發(fā)布了安全系列第27號(hào)報(bào)告《核商船在停泊和航行過(guò)程中的安全考慮》[3]。1979年，政府間海事協(xié)商組織船舶設(shè)計(jì)和裝備分會(huì)第20次會(huì)議將核商船安全規(guī)范作為專(zhuān)項(xiàng)議程進(jìn)行討論，最終形成具有指導(dǎo)意義的《核商船安全規(guī)范》[4]。之后，前蘇聯(lián)根據(jù)《核商船安全規(guī)范》的要求，并結(jié)合本國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定完成了《北方航線號(hào)原子破冰船安全分析報(bào)告》的編寫(xiě)工作[5]。

1.2 我國(guó)民用核動(dòng)力船舶及其相應(yīng)安全標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)海上核動(dòng)力技術(shù)主要應(yīng)用軍事領(lǐng)域，民用核動(dòng)力船舶技術(shù)尚處于科研研究階段。民用核動(dòng)力船舶相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)也處于研究初步階段。經(jīng)過(guò)相關(guān)單位的努力，現(xiàn)已初步完成《海洋小型核電站安全審評(píng)原則》這一原則指導(dǎo)性文件的編制工作[6]。

1.3 我國(guó)海洋小型核電站方案簡(jiǎn)介

我國(guó)海洋小型核電站正處于方案設(shè)計(jì)階段，其主要目的是為海上鉆井平臺(tái)提供電力、熱能和淡水。海洋小型核電站擬配備兩套并聯(lián)的核動(dòng)力裝置，采用100MW級(jí)反應(yīng)堆，U形管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器。海洋小型核電站核動(dòng)力裝置主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示[7]。

海洋小型核電站的船體主要有浮動(dòng)式和可潛式兩種技術(shù)方案。其外觀如圖2和圖3所示。

2 ?海洋小型核電站安全體系標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

2.1 海洋小型核電站安全標(biāo)準(zhǔn)體系的梳理

目前，美國(guó)、俄羅斯和日本等國(guó)家已經(jīng)編寫(xiě)有專(zhuān)門(mén)指導(dǎo)和評(píng)價(jià)民用核動(dòng)力船舶設(shè)計(jì)的安全標(biāo)準(zhǔn)。但是，標(biāo)準(zhǔn)中一般只是對(duì)原則問(wèn)題進(jìn)行規(guī)定，在具體的設(shè)計(jì)和評(píng)審過(guò)程中主要是以國(guó)際條約為指導(dǎo)，結(jié)合本國(guó)的核動(dòng)力船舶安全標(biāo)準(zhǔn)，具體問(wèn)題根據(jù)實(shí)際情況采用相應(yīng)的民用核電標(biāo)準(zhǔn)、船舶標(biāo)準(zhǔn)、軍用標(biāo)準(zhǔn)等。表2列舉了前蘇聯(lián)破冰船設(shè)計(jì)中所參考的部分規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)[5]。

我國(guó)軍用與民用核動(dòng)力裝置經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)各自形成了一套完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋核動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、維修、退役和管理等各個(gè)方面的內(nèi)容，并形成了法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的體系層次結(jié)構(gòu)。我國(guó)民用和軍用核動(dòng)力裝置安全標(biāo)準(zhǔn)體系如表3所示。

除了核安全法規(guī)外，工藝、化學(xué)、電氣、電力、自動(dòng)化、設(shè)備等其它方面也有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

而海洋小型核電站從其用途來(lái)看，屬于海上民用核設(shè)施，應(yīng)該參照現(xiàn)行民用核設(shè)施的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并充分考慮其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。但是，從其使用環(huán)境上來(lái)看，與目前軍用核動(dòng)力裝置的情況更為相似。但是，現(xiàn)有的民用和軍用兩套核安全標(biāo)準(zhǔn)體系都無(wú)法完全適用于海洋小型核電站的設(shè)計(jì)與評(píng)審工作，民用核安全標(biāo)準(zhǔn)體系沒(méi)有考慮海洋條件的內(nèi)容，軍用核安全標(biāo)準(zhǔn)的安全裕量過(guò)大，經(jīng)濟(jì)性不高。因此，有必要組織有經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)設(shè)計(jì)單位綜合現(xiàn)有的兩套核安全標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，梳理、整合并建立適用于海洋小型核電站的核安全標(biāo)準(zhǔn)體系。

對(duì)于其它專(zhuān)業(yè)技術(shù)方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，也應(yīng)該針對(duì)海洋小型核電站的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行研究和梳理。

2.2 海洋小型核電站安全特性研究工作

海洋小型核電站設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)的制定工作可以充分借鑒現(xiàn)有其他反應(yīng)堆設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)體系，但考慮到其本身的技術(shù)特點(diǎn)，仍需開(kāi)展以下研究工作。

（1）縱深防御概念應(yīng)用的研究。

軍核與民核總的核安全目標(biāo)是一致的，輻射安全目標(biāo)與技術(shù)安全目標(biāo)也相同，但是在縱深防御概念的實(shí)現(xiàn)途徑方面有較大區(qū)別。目前核動(dòng)力裝置普遍使用五層縱深防御的設(shè)計(jì)理念。我國(guó)民用核動(dòng)力裝置全部為陸上核設(shè)施，沒(méi)有空間和重量的限值，多層防御、單一故障、冗余設(shè)置和多樣性等設(shè)計(jì)原則已經(jīng)落實(shí)在核動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。而軍用核動(dòng)力裝置由其空間和重量等方面的限制，落實(shí)縱深防御原則的方法與陸上核設(shè)施有很大區(qū)別，減少了設(shè)備的多樣性和冗余水平，通過(guò)簡(jiǎn)化系統(tǒng)、提高設(shè)備可靠性等方面來(lái)保證核動(dòng)力裝置在事故工況下安全。

海上浮動(dòng)電站與軍用艦艇相比，空間較為充足，對(duì)設(shè)備重量要求也并不嚴(yán)格，但依然無(wú)法與陸上核設(shè)施相比。因此，在縱深防御原則的應(yīng)該過(guò)程中，應(yīng)充分借鑒軍用與民用核動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，兼顧冗余和簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)理念，得到縱深防御原則在海洋小型核電站設(shè)計(jì)中可能實(shí)現(xiàn)的途徑。

（2）始發(fā)事件的選取工作。

IAEA對(duì)始發(fā)事件的定義是那些假想的可能導(dǎo)致堆芯損毀的運(yùn)行擾動(dòng)事件，一般由內(nèi)部始發(fā)事件和危害（內(nèi)部和外部）組成。目前電廠的始發(fā)事情的篩選側(cè)重于考慮內(nèi)部始發(fā)事件，軍用核動(dòng)力裝置的始發(fā)事件確定借鑒了電廠的做法，其結(jié)果也是側(cè)重于內(nèi)部始發(fā)事件的研究。但是，由表4數(shù)據(jù)表面，核動(dòng)力船舶外因事故概率往往大于內(nèi)因事故的概率。因此，必須使用確定論和PSA相結(jié)合的方法，綜合考慮船舶安全與核動(dòng)力裝置安全，開(kāi)展始發(fā)事件的選取工作。

（3）事故疊加效應(yīng)分析。

對(duì)于海洋小型核電站，由于外因造成核事故的概率較大，且在外因作用下往往會(huì)造成多個(gè)運(yùn)行或安全系統(tǒng)的失效，因此必須考慮事故疊加后的影響，特別是外因事故疊加內(nèi)因事故的影響。

（4）放射性產(chǎn)物擴(kuò)散影響分析。

目前，海洋小型核電站的功能主要定位于為沿海海洋鉆井平臺(tái)供電，而這些鉆井平臺(tái)又緊鄰我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的省份。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須結(jié)合工作海域內(nèi)的海文和氣相條件，開(kāi)展正常運(yùn)行和嚴(yán)重事故工況下的源項(xiàng)分析和放射性物質(zhì)擴(kuò)散情況（海洋擴(kuò)散和大氣擴(kuò)散）分析工作，研究這些工況對(duì)海洋生物可能產(chǎn)生的影響。上述分析結(jié)果可用于指導(dǎo)海洋小型核電站的事故應(yīng)急策劃和事故后果的控制。

2.3 海洋小型核電站應(yīng)急策略

《國(guó)際海上人命安全公約》2009版中規(guī)定“當(dāng)核能船舶發(fā)生任何可能導(dǎo)致危害周?chē)h(huán)境的事故時(shí)，該船船長(zhǎng)應(yīng)立即報(bào)告主管機(jī)關(guān)。船長(zhǎng)還應(yīng)立即報(bào)告該船在損壞情況下可能處于的水域或駛往的水域所屬?lài)?guó)家政府的主管當(dāng)局。[1]”因此，有核動(dòng)力船舶長(zhǎng)期駐扎的國(guó)家都制定了入港條件、港內(nèi)應(yīng)急規(guī)程和港區(qū)附近環(huán)境監(jiān)測(cè)等特殊控制機(jī)制。

但是，海洋小型核電站在正常運(yùn)行條件下長(zhǎng)期處于我國(guó)近海海域，一旦發(fā)生放射性物質(zhì)泄漏事件，其放射性物質(zhì)的控制、應(yīng)急和援救難度較高。且國(guó)際組織也沒(méi)有關(guān)于近海核動(dòng)力裝置應(yīng)急、施救的相關(guān)準(zhǔn)則。所以，有必要對(duì)嚴(yán)重事故下海洋小型核電站的應(yīng)急和救援開(kāi)展研究和驗(yàn)證工作。

3 ?結(jié)語(yǔ)

本文以民用核安全標(biāo)準(zhǔn)和軍用核安全標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，初步歸納并提出部分海洋小型核電站安全標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)中亟待研究和解決的問(wèn)題。這些問(wèn)題與海洋小型核電站的設(shè)計(jì)工作息息相關(guān)。

但是，上述討論的問(wèn)題只是海洋小型核電站安全標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)中的一部分，當(dāng)前考慮不周全的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也將隨著設(shè)計(jì)工作的深入不斷補(bǔ)充更新，后續(xù)建造和運(yùn)行安全的標(biāo)準(zhǔn)的研究工作也將逐步展開(kāi)。

致謝

本工作受?chē)?guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（海洋核動(dòng)力平臺(tái)核動(dòng)力裝置技術(shù)研究：2017YFC0307800-06）資助。

參考文獻(xiàn)

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