浅谈除核电外核燃料循环中物料泄漏事故的隐患排查

赵国志，郝 悦，曲 鹏，张 琦

（核工业理化工程研究院，天津 300300）

闭式核燃料循环主要包括核燃料加工、核电站、乏燃料后处理、燃料的运输、废物处置和退役等环节，目前，中国、俄罗斯、英国、法国和日本等国都采用了闭式核燃料循环策略。在核燃料循环领域中，物料泄漏主要包括UF6、含铀固体粉末等。国内外物料泄漏事故的研究基本上遵循单一故障准则［1-5］。单一故障准则是确定论安全分析的基本假设，在设计阶段以及安全分析时，保证设计基准事件情况下的系统安全。但是，国内近10年来，核燃料循环领域中（除核电外）较为频繁地发生物料泄漏事故，究其原因，几乎都是设备双重失效或叠加人因失效［6］。因此，目前对于核燃料循环领域（除核电外）的隐患排查工作，可能会遗漏或忽视可能造成泄漏事故的隐患。概率安全分析（Probabilistic safety assessment，简称PSA）则可对复杂系统的各种可能发生的事件、事故进行全面分析，有助于排查出未引起注意的事故隐患。

在国内系统地进行核燃料循环领域（除核电外）的隐患排查研究尚属首次，本研究首先总结归纳了国内外典型的物料泄漏事故，综合应用较为先进的隐患排查方法，对国内核燃料循环领域中（除核电外）的物料泄漏事故隐患进行讨论，为中国闭式核燃料循环的建设和运行的核安全管理和策略提供参考，亦为后续进行的核燃料循环（除核电外）概率安全分析打下基础。

1 物料泄漏事故

1970年至2014年，国外核燃料循环领域发生了上千起物料泄漏事件、事故，其中典型的物料泄漏事件／事故见表1［6-7］。国内核燃料循环领域中典型的物料泄漏事故见表2。

表1 国外典型的物料泄漏事件/事故Table 1 Typical material leakage accidents abroad

表2 国内典型的UF6泄漏事件/事故Table 2 Typical UF6leakage accident in China

国内、国外发生的物料泄漏事故中，相同原因的事故（如同类型阀门损坏）会多次发生；在设备发生故障时，往往会叠加操作人员失误，致使事件进一步发展。此外，在事故后的调查和访谈当中发现，很多事故原因最初都没有引起注意，没有列入事故隐患，致使事故发生后，工作人员和应急人员会做出不恰当的处置。虽然物料泄漏事故不如临界事故、核电厂严重事故的后果严重，但是，各种物料仍然会对工作人员、厂房及周边环境造成严重影响，相关的清理活动会耗费相当的人力物力，容易造成不良的社会影响和恐慌。因此，中国原子能工业有限公司相关领导做出了“全面深入、细致彻底、不留死角、不留盲区”的物料泄漏事故隐患排查指示，这对核燃料循环安全稳定的运行具有很大的战略指导意义，也对核燃料循环领域提出了更高的要求和挑战。

2 隐患排查方法和途径

一般情况下，隐患排查方法和途径主要包括按设备周期排查、缺陷统计分析法、设备设计安装中排查、运行巡视中排查、设备维护中排查、大小修中排查、设备点检、安全大检查等［9，10］，具体内容见表3。但是，从国内、外燃料循环中发生的事件、事故来看，这些方法和途径都有一定的滞后性，不能预见性的发现事故隐患，即事件、事故的经验反馈得到的根本或直接原因可以被逻辑地解释，但事先没有将此项列为事故隐患。如大小修中的隐患排查，需管理人员和技术人员根据经验以及相关记录进行隐患的逐一排查，这个过程可能会忽略未有先例的事故隐患。

表3 隐患排查方法和途径Table 3 Methods and ways of hidden danger investigation

因此，本文尝试把核电站PSA 方法的一些思想理念引入核燃料循环的隐患排查中。与传统的隐患排查方法相比，PSA 对事故的研究更加全面细致。PSA工作主要包括事故序列分析和系统可靠性分析（含人因可靠性分析），事故序列分析的起点是始发事件分析，始发事件分析旨在确定潜在的、会导致不期望后果的那些事件，通常包括工程评估法和演绎法，本文主要采用工程评估法，即梳理核燃料循环领域（除核电外）的历史运行记录、维修记录、操作规程等资料；系统可靠性分析中失效模式和影响分析（Failure Modes and Effects Analysis，简称FMEA）是常用的标准方法，可以系统地鉴别在设备设计中的潜在失效，并分析该失效对设备/系统可能造成的影响［11］。人因分析主要包括始发事件发生前的人员动作、造成始发事件的人员动作和事件进行中的人员动作，本文主要考虑前两种人因失效。始发事件分析结合FMEA方法，并考虑人为因素，可较为全面地研究系统潜在的失效，从而全面地进行事故隐患排查。

3 除核电外核燃料循环物料泄漏隐患排查

通过梳理近十年除核电外核燃料循环事件的事故经验反馈，核燃料循环（除核电外）领域各单位的操作规程和应急预案，相关的FMEA 研究结果，以及维修人员、操作人员和研究人员的访谈，总结了核燃料循环几个重要环节中物料泄漏的事故隐患排查结果。其中三类人员访谈是对表3 列举隐患排查方法的重要补充，亦是PSA 中人因失效分析的重要步骤。例如，对国内某铀浓缩厂进行隐患排查时，与维修人员访谈后发现，数个主要管道（布置复杂）上某类型鱼雷阀体朝向内侧，在不进行管道拆除的前提下，检、维修时工作人员较难使用维修工具进行操作，导致维修人员会数次漏过内侧朝向的阀门，而事件/事故记录显示历史上数次物料泄漏事件/事故均与此类鱼雷阀有关，因此将内侧朝向的鱼雷阀列入物料泄漏隐患清单。

3.1 铀浓缩环节

铀浓缩环节涉及到的铀物料会以气态、固态、液态三种形式存在，临界事故通常不作考虑［12］，因此事故隐患排查要考虑物料三种形态可能的泄漏途径［13］。除了铀浓缩环节常规的厂内隐患排查外，铀浓缩环节的的事故隐患排查结果见表4。根据设备类型，把铀浓缩厂的事故隐患排查集中在容器、管线和阀门、监测装置和辅助系统四个方面。

表4 铀浓缩环节的事故隐患排查结果Table 4 Investigation results of potential accidents in uranium enrichment

3.2 燃料制造和加工环节

燃料制造和加工环节在设计建造时遵循了必须防止临界事故和危险物质事故性释放原则［1,3］。虽然临界安全不属于物料泄漏范畴，但是临界事故会造成放射性危害以及可能造成物料的扩散。因此，对于此环节的隐患排查包括了临界问题，着重考虑双（多）重失效和人因失效的事故隐患。除了燃料制造和加工环节常规的厂内隐患排查外，事故隐患排查结果见表5。

表5 燃料制造环节物料泄漏隐患排查结果Table 5 Investigation results of hidden dangers of material leakage in fuel manufacturing

3.3 乏燃料后处理环节

乏燃料后处理环节是核燃料循环中除核电外最重要的一环［14,15］，也是国内外有记录的发生事件/事故最多的一个环节。后处理环节通常包括冷却与首端处理、化学分离、转化、净化4 个环节［14］。由于乏燃料处理环节基本都是在高放射性条件下开放式进行操作的，因此物料泄漏隐患排查除了热室和手套箱等重要部位以外，放射性废液和废气处理系统成为重点排查对象，4 个环节中所有涉及到的管道（软管和硬管）、阀门、法兰、容器、槽罐等处的密封和人员操作均应受到重视，控制系统、冷却系统、泵、通风/抽气系统、装运系统等辅助系统及其人员操作在隐患排查时应逐一评估。表6 列出乏燃料后处理环节中几个典型的，容易被忽视的物料泄漏事故隐患。

表6 乏燃料后处理环节几个容易被忽视的物料泄漏事故隐患Table 6 Hidden dangers of material leakage in the post-treatment of spent fuel

3.4 燃料运输和废物处理

燃料的运输是由专业部门或机构进行，隐患排查涉及容器和转运过程，本文不做讨论。废物处理环节往往会涉及高放射性废物，包括收集、分类、浓缩、压缩、去污、固化、包装，贮存等工艺环节，根据其工艺过程，事故隐患排查结果见表7。

表7 废物处理环节物料泄漏隐患排查结果Table 7 Investigation results of hidden dangers of material leakage in waste treatment

4 结论与展望

目前已初步完成核燃料循环（除核电外）中各个环节的隐患排查，在国内首次得到了核燃料循环（除核电外）的较为详细的隐患排查清单，较为全面地展示了核燃料循环（除核电外）各环节的事故隐患，其中部分事故隐患未曾列入国内相关单位的事故隐患排查目录，为核燃料循环（除核电外）各环节“全面深入、细致彻底、不留死角、不留盲区”的物料泄漏事故隐患排查奠定了基础，给相关单位提供了隐患排查依据，同时各相关单位可根据实际系统和设备的差异进行删减和增加事故隐患

在今后的工作中，核燃料循环（除核电外）各单位可根据需求，对事故隐患清单进行重要度分级，并进行概率安全计算，做到重点防范高概率事故隐患，不漏过低概率事故隐患，预防和减少物料泄漏事件、事故的发生。