CN105354767A - 核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法和系统,该方法包括:分别根据不同的核电厂主控室盘台火灾场景的场景参数模拟主控室盘台火灾动力学过程,获取火灾发展过程特征参数;根据火灾发展过程特征参数对比主控室弃置判定条件,确定在不同的场景参数下主控室被弃置的时间;计算火灾未被抑制的概率;根据与不同的火源热释放速率相对应的火灾场景严重系数、火灾未被抑制的概率、条件堆芯损坏概率以及核电厂主控室盘台着火频率,获得核电厂堆芯损坏频率。本发明基于场模型软件分析主控室盘台火灾动力学过程,采用性能化的方法,结合概率安全分析技术,定量评估核电厂主控室盘台火灾风险,有利于核电厂的防火安全设计。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂火灾概率安全评估技术领域,特别是涉及一种核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法和系统。
背景技术
核电厂主控室盘台火灾会导致核电厂堆芯损坏,威胁核安全。因此,核电厂主控室盘台火灾是必须进行风险分析的火灾场景。美国核管理委员会(NuclearRegulatoryCommission)和电力研究所(ElectricPowerResearchInstitute)联合颁布的《核电厂火灾概率安全评价方法》(NUREG/CR-6850)是目前较全面的核电厂火灾概率安全评价方法。但是,该方法针对核电厂主控室盘台火灾风险定量分析中,忽视了盘台燃烧热释放速率的变化、盘台本身的结构特征、火焰传播等诸多因素,该方法的主控室盘台火灾风险定量分析方法不全面。同时,在2001年,美国消防协会(NationalFireProtectionAssociation)颁布《FireProtectionforLightWaterReactorElectricGeneratingPlants》(NFPA-805),鼓励现有核电厂采用风险指引,基于火灾性能化进行火灾概率安全分析工作。
发明内容
基于此,为解决现有技术中的问题,本发明提供一种核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法和系统,在NUREG/CR-6850中提出的火灾概率安全评价方法的基础上,利用场模型软件分析主控室盘台火灾场景,实现对主控室盘台火灾风险的定量分析。
为实现上述目的,本发明实施例采用以下技术方案:
一种核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法,包括如下步骤:
分别根据不同的核电厂主控室盘台火灾场景的场景参数模拟主控室盘台火灾动力学过程,获取火灾发展过程特征参数;所述场景系数包括火源特征参数、火源热释放速率和核电厂主控室几何结构参数;
根据所述火灾发展过程特征参数对比主控室弃置判定条件,确定在不同的所述场景参数下主控室被弃置的时间;
根据所述主控室被弃置的时间计算在不同的所述场景参数下火灾未被抑制的概率;
分别获取与不同的所述火源热释放速率相对应的火灾场景严重系数,并根据所述火灾场景严重系数、所述火灾未被抑制的概率、不同的核电厂主控室盘台火灾场景的条件堆芯损坏概率以及所述核电厂主控室盘台着火频率,获得核电厂堆芯损坏频率。
以及一种核电厂主控室盘台火灾风险定量分析系统,包括:
模拟模块,分别根据不同的核电厂主控室盘台火灾场景的场景参数模拟主控室盘台火灾动力学过程,获取火灾发展过程特征参数;所述场景参数包括火源热释放速率和核电厂主控室几何结构参数;
主控室弃置判定模块,用于根据所述火灾发展过程特征参数对比主控室弃置判定条件,确定在不同的所述场景参数下主控室被弃置的时间;
火灾未被抑制概率求算模块,根据所述主控室被弃置的时间计算在不同的所述场景参数下火灾未被抑制的概率;
计算模块,用于分别获取与不同的所述火源热释放速率相对应的火灾场景严重系数,并根据所述火灾场景严重系数、所述火灾未被抑制的概率、不同的核电厂主控室盘台火灾场景的条件堆芯损坏概率以及所述核电厂主控室盘台着火频率,获得核电厂堆芯损坏频率。
本发明针对核电厂主控室盘台火灾,综合考虑火源热释放速率的变化、盘台本身的结构特征以及火焰传播等因素,基于场模型软件分析主控室盘台火灾动力学过程,采用性能化的方法,结合概率安全分析技术,定量评估核电厂主控室盘台火灾风险,有利于核电厂的防火设计。
附图说明
图1为本发明的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法在一个实施例中的流程示意图;
图2为本发明中根据核电厂主控室盘台火灾发展过程建立的火灾场景事件树;
图3为本发明实施例中利用场模型软件模拟主控室盘台火灾场景的流程示意图;
图4为本发明的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析系统在一个实施例中的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合较佳实施例及附图对本发明的内容作进一步详细描述。显然,下文所描述的实施例仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。应当说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
图1是本发明的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法在一个实施例中的流程示意图,本实施例的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法可以由场模型软件来执行。如图1所示,本实施例中的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法包括以下步骤:
步骤S100,分别根据不同的核电厂主控室盘台火灾场景的场景参数模拟主控室盘台火灾动力学过程,获取火灾发展过程特征参数;所述场景系数包括火源特征参数、火源热释放速率和核电厂主控室几何结构参数;
步骤S200,根据所述火灾发展过程特征参数对比主控室弃置判定条件,确定在不同的所述场景参数下主控室被弃置的时间;
步骤S300,根据所述主控室被弃置的时间计算在不同的场景参数下火灾未被抑制的概率;
步骤S400,分别获取与不同的所述火源热释放速率相对应的火灾场景严重系数;
步骤S500,根据所述火灾场景严重系数、所述火灾未被抑制的概率、不同的核电厂主控室盘台火灾场景的条件堆芯损坏概率以及所述核电厂主控室盘台着火频率,获得核电厂堆芯损坏频率。
具体的,可根据核电厂主控室盘台火灾发展过程,建立火灾场景事件树,如图2所示,事件树中的事件包括:
初始事件:主控盘台发生火灾;
中间事件:是否发生火灾蔓延;
结束事件:是否弃置主控制室。
其中,火灾蔓延是指一个主控室盘台着火后,引起相邻(两边)的盘台发生火灾,若火灾发生后15min未被扑灭,则认为其发生了火灾蔓延,而火灾不蔓延是指火灾燃烧限制在一个主控盘台内。
根据上述核电厂主控室盘台火灾发展过程中的事件,可将核电厂主控室盘台火灾场景分成4类:
火灾场景1:核电厂主控室盘台发生火灾,发生火灾蔓延,导致主控制室被弃置;
火灾场景2:核电厂主控室盘台发生火灾,发生火灾蔓延,没有导致主控制室被弃置;
火灾场景3:核电厂主控室盘台发生火灾,未发生火灾蔓延,导致主控制室被弃置;
火灾场景4:核电厂主控室盘台发生火灾,未发生火灾蔓延,没有导致主控制室被弃置。
因此,如图3所示,根据上述核电厂主控室盘台火灾场景,可采用场模型软件,设置不同火灾场景的场景参数(即设置不同火灾场景的工况),模拟主控室盘台火灾动力学过程,获取火灾发展过程特征参数。其中场景参数主要包括火源特征参数、火源热释放速率和核电厂主控室几何结构参数。在一种可选的实施方式中,对场模型软件中核电厂的火源特征进行以下限定:非蔓延火灾发展阶段为12分钟,稳定阶段为8分钟,衰退阶段为19分钟;蔓延火灾前15分钟的火灾发展与非蔓延火灾相同,15分钟后由于蔓延,火灾继续发展。本实施例考虑火源热释放速率的变化,在NUREG/CR-6850中,将火灾发展过程中稳定阶段的火源热释放速率(HRR)概率密度曲线分成15个子区间,取每个区间的中间值(HRRi)表示火灾发展过程,即在NUREG/CR-6850中给出了15个具体的火源热释放速率,且每个火源热释放速率对应一个火灾场景严重系数(SF)。故在通过场模型软件模拟主控室盘台火灾动力学过程时,可分别就NUREG/CR-6850中给出的15个火源热释放速率进行模拟。较佳地,为了使模拟过程更贴近实际情况,场景参数还包括主控室的材料特征参数、主控室的机械通风参数以及主控室的构件特征参数(例如主控室门、窗户的特征参数)。
针对各火灾场景的不同场景参数,分别通过场模型软件模拟主控室盘台火灾动力学过程,获得火灾发展过程特征参数,例如火灾过程中上层热烟气层的温度或高度,或者火灾过程中的烟密度参数等。然后基于火灾发展过程特征参数,对比主控室弃置判定条件,判断主控室是否被弃置,并判定主控室被弃置的时间,即达到主控室环境已不适合操作员继续工作的条件的时间。在一种可选实施方式中,当火灾过程中上层热烟气层烟温度达到95℃,时判定主控室弃置,并获取火灾过程中上层热烟气层烟温度达到95℃所经历的时间,该时间即为主控室被弃置的时间。显然,在主控室弃置判定条件不满足时,主控室不会被弃置。在另一种可选实施方式中,当距离主控地板1.8m高处的热通量大于1kw/m2时,可判定主控室弃置。另外,还有诸多判定标准,例如烟气层下降到地板1.8m以下,且烟气层的光学密度小于3m-1时,可判定主控室弃置。针对于不同的判定标准,可获得相应的主控室被弃置的时间。
。关于核电厂主控室盘台着火频率,NUREG-6850对核电厂内典型火源的着火频率进行了统计,并在NUREG/CR-6850Supplement1中对相关的频率进行了修正,修正后的核电厂主控制室盘台的平均着火频率为8.24E-04,故本实施例中核电厂主控室盘台着火频率可选用该值。
在一种可选的实施方式,根据主控室被弃置的时间计算火灾未被抑制的概率时采用以下公式:
NS=e-αt
其中,NS为火灾未被抑制的概率,α为核电厂主控室盘台火灾抑制率常数,t为主控室被弃置的时间。
针对各火灾场景的不同场景参数(对应不同的火源热释放速率),通过NUREG-6850中的规定,可获得与不同火源热释放速率相对应的火灾场景严重系数,其中,火灾场景严重系数是指当火灾没有被扑灭,火灾特征量达到特定值的概率。
然后,根据火灾场景严重系数、火灾未被抑制的概率、不同的核电厂主控室盘台火灾场景的条件堆芯损坏概率以及核电厂主控室盘台着火频率即可获得核电厂堆芯损坏频率,以该核电厂堆芯损坏频率作为火灾风险定量分析的结果。其中,为了简化计算过程,条件堆芯损坏概率CCDP(ConditionalCoreDamageProbability)可以只考虑人因失误概率HEP(HumanErrorProbability),即CCDP=HEP。采用NUREG-1921中的Scoping方法,可以分析每个火灾场景下的人员行为,对于火灾引起主控室弃置的场景(即上述的火灾场景1和火灾场景3),选择ASD(AlternateShutdownAction)分析流程;火灾未引起主控室被弃置的火灾场景(即上述的火灾场景2和火灾场景4),选择INCR(InMainControlRoomAction)人因分析流程。
在一种可选的实施方式中,若根据NUREG/CR-6850中给出的15个火源热释放速率分别进行模拟,则可依据火源热释放速率的分布对火灾场景严重系数SF与火灾未被抑制的概率NS的乘积进行求和。具体的,在计算核电厂堆芯损坏频率CDF(CoreDamageFrequency)时,采用以下公式:
其中,λ为核电厂主控室盘台着火频率;SFi为与第i个所述火源热释放速率对应的所述严重系数;NSi为与第i个所述火源热释放速率对应的所述火灾未被抑制的概率;CCDPk为第k个所述核电厂主控室盘台火灾场景的所述条件堆芯损坏概率;CDFk为与第k个所述核电厂主控室盘台火灾场景对应的堆芯损坏频率;CDF为所述核电厂堆芯损坏频率。
本发明通过事件树分析得到火灾发展过程中的相关事件,运用场模型软件模拟软件,结合人因分析方法,通过概率的乘积得到主控室盘台火灾引起的堆芯损坏的概率。本发明针对核电厂主控室盘台火灾,基于场模型软件分析主控室盘台火灾动力学过程,采用性能化的方法,结合概率安全分析技术,定量评估核电厂主控室盘台火灾风险,有利于核电厂的防火安全设计。
根据上述本发明的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法,本发明还提供一种核电厂主控室盘台火灾风险定量分析的系统,下面结合附图及较佳实施例对本发明的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析系统进行详细说明。
图4为本发明的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析系统在一个实施例中的结构示意图。如图4所示,该实施例中的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析系统包括:
模拟模块10,分别根据不同的核电厂主控室盘台火灾场景的场景参数模拟主控室盘台火灾动力学过程,获取火灾发展过程特征参数;所述场景系数包括火源热释放速率和核电厂主控室几何结构参数;
主控室弃置判定模块20,用于根据所述火灾发展过程特征参数对比主控室弃置判定条件,确定在不同的所述场景参数下主控室被弃置的时间;
火灾未被抑制概率求算模块30,根据所述主控室被弃置的时间计算在不同的所述场景参数下火灾未被抑制的概率;
计算模块40,用于分别获取与不同的所述火源热释放速率相对应的火灾场景严重系数,并根据所述火灾场景严重系数、所述火灾未被抑制的概率、不同的核电厂主控室盘台火灾场景的条件堆芯损坏概率以及所述核电厂主控室盘台着火频率,获得核电厂堆芯损坏频率。
在一种可选实施方式中,所述场景参数还包括主控室的材料特征参数以及主控室的机械通风参数。
在一种可选实施方式中,所述火灾发展过程特征参数包括火灾过程中上层热烟气层的温度或高度,或者包括火灾过程中的烟密度参数。
在一种可选实施方式中,计算模块40通过计算人因失误概率获得所述条件堆芯损坏概率。
上述核电厂主控室盘台火灾风险定量分析系统可执行本发明实施例所提供的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果,此处不再进行赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法,其特征在于,包括如下步骤:
分别根据不同的核电厂主控室盘台火灾场景的场景参数模拟主控室盘台火灾动力学过程,获取火灾发展过程特征参数;所述场景参数包括火源特征参数、火源热释放速率、核电厂主控室几何结构参数;
根据所述火灾发展过程特征参数对比主控室弃置判定条件,确定在不同的所述场景参数下主控室被弃置的时间;
根据所述主控室被弃置的时间计算在不同的所述场景参数下火灾未被抑制的概率;
分别获取与不同的所述火源热释放速率相对应的火灾场景严重系数,并根据所述火灾场景严重系数、所述火灾未被抑制的概率、不同的核电厂主控室盘台火灾场景的条件堆芯损坏概率以及所述核电厂主控室盘台着火频率,获得核电厂堆芯损坏频率。
2.根据权利要求1所述的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法,其特征在于,所述场景参数还包括主控室的材料特征参数以及主控室的机械通风参数。
3.根据权利要求1所述的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法,其特征在于,所述火灾发展过程特征参数包括火灾过程中上层热烟气层的温度或高度,或者包括火灾过程中的烟密度参数。
4.根据权利要求1所述的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法,其特征在于,还包括如下步骤:
通过计算人因失误概率获得所述条件堆芯损坏概率。
5.根据权利要求1所述的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法,其特征在于,根据所述主控室被弃置的时间计算火灾未被抑制的概率时采用以下公式:
NS=e-αt
其中,NS为所述火灾未被抑制的概率,α为核电厂主控室盘台火灾抑制率常数,t为所述主控室被弃置的时间。
6.根据权利要求1所述的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法,其特征在于,根据所述火灾场景严重系数、所述火灾未被抑制的概率、不同的核电厂主控室盘台火灾场景的条件堆芯损坏概率以及所述核电厂主控室盘台着火频率,获得核电厂堆芯损坏频率时,采用以下公式:
其中,λ为所述核电厂主控室盘台着火频率;SFi为与第i个所述火源热释放速率对应的所述火灾场景严重系数;NSi为与第i个所述火源热释放速率对应的所述火灾未被抑制的概率;CCDPk为第k个所述核电厂主控室盘台火灾场景的所述条件堆芯损坏概率;CDFk为与第k个所述核电厂主控室盘台火灾场景对应的堆芯损坏频率;CDF为所述核电厂堆芯损坏频率。
7.一种核电厂主控室盘台火灾风险定量分析系统,其特征在于,包括:
模拟模块,分别根据不同的核电厂主控室盘台火灾场景的场景参数模拟主控室盘台火灾动力学过程,获取火灾发展过程特征参数;所述场景参数包括火源热释放速率和核电厂主控室几何结构参数;
主控室弃置判定模块,用于根据所述火灾发展过程特征参数对比主控室弃置判定条件,确定在不同的所述场景参数下主控室被弃置的时间;
火灾未被抑制概率求算模块,根据所述主控室被弃置的时间计算在不同的所述场景参数下火灾未被抑制的概率;
计算模块,用于分别获取与不同的所述火源热释放速率相对应的火灾场景严重系数,并根据所述火灾场景严重系数、所述火灾未被抑制的概率、不同的核电厂主控室盘台火灾场景的条件堆芯损坏概率以及所述核电厂主控室盘台着火频率,获得核电厂堆芯损坏频率。
8.根据权利要求7所述的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析系统,其特征在于,所述场景参数还包括主控室的材料特征参数以及主控室的机械通风参数。
9.根据权利要求7所述的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析系统,其特征在于,所述火灾发展过程特征参数包括火灾过程中上层热烟气层的温度或高度,或者包括火灾过程中的烟密度参数。
10.根据权利要求7所述的核电厂主控室盘台火灾风险定量分析系统,其特征在于,所述计算模块通过计算人因失误概率获得所述条件堆芯损坏概率。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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