一种核电厂布置方法与流程

1.本发明属于核电厂设计技术，具体涉及一种核电厂布置方法。


背景技术：

2.核能作为清洁能源，是应对能源需求，气候变化的有效手段。核电的研究、开发和利用是解决我国能源自主供应和环境保护挑战的重要支撑。为了适应我国经济发展所对应的能源需求，我国投入大量的研发力量进行更先进的核电技术研发中。特别是第四代反应堆提出的高固有安全性、核燃料可持续性、经济性、以及防扩散等特点成为核能技术研发热点。
3.国内核电站的堆型越来越呈现多样化，探索先进堆型和实验设施的设计也在获得相应的成效。
4.由于核能系统的复杂性、特殊性，特别是对核安全的特殊要求，另一方面未来的先进堆型特征和设计理念迥异于传统压水堆，其工艺和设备体系也可能是一个全新的领域，为充分实现核能系统安全、高效率运行，必须保证核岛设施布置设计的合理性，因此亟需一套完备的布置设计方法。
5.目前核电厂布置设计尚未形成体系化的布置设计理论及方法，特别是在布置设计的早期阶段，布置设计主要还是凭借经验。同时，传统的布置设计方法中，为了保证电厂的安全功能，通常会过度冗余，导致降低了电厂的经济性。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的是为了解决现有布置设计方法中，过度冗余，导致降低了电厂的经济性的问题，提出一种核电厂布置方法，该方法在布置设计中引入概率安全分析(psa)的手段，针对电厂安全总目标，在布置设计的不同阶段，分析相应阶段的安全目标，根据安全目标分析结果，指引该阶段布置设计，从而在实现电厂安全总目标的前提下完成核电厂的布置设计。
7.本发明的技术方案如下：一种核电厂布置方法，该方法根据电厂安全目标，针对电厂布置设计进行psa分析，所述电厂布置设计包含功能系统的布置设计、设备的布置设计、管线的布置设计及布置设计评价；
8.在所述功能系统的布置设计中，采用第一psa分析方法，对电厂功能系统进行配置和功能分区的布置设计；
9.在所述设备的布置设计中，在不同的功能分区内针对各功能系统的安全要求，采用第二psa分析方法，实现功能分区内设备的布置设计；
10.在所述管线的布置设计中，根据设备的布置设计和不同设备所在系统的工艺流程，采用第三psa分析方法，进行管线布置设计；
11.在所述布置设计评价中，采用第四psa分析方法，对布置设计方案进行安全性能评价。
12.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述功能分区的布置设计包含确定功能分区的个数、分区的相对位置及分区内的功能系统，所述第一psa分析方法包含在系统层级和功能层级搭建相应的psa模型，并采用敏感性分析，对最终安全目标影响在一定阈值范围的功能系统认定为同一个分区；所述第一psa分析方法包含功能系统的安全性要求和投资保护要求。
13.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述对电厂功能系统进行配置包含：为实现安全目标，新增、冗余或改进功能系统。
14.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述第二psa分析方法包含在设备内部建立psa事件树或者故障树模型，根据不同设备发生事件或者故障的概率，分析不同设备发生事件或者故障对功能分区内部安全目标的影响，对设备进行布置调整。
15.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述第三psa分析方法包含在管线内部建立psa事件树或者故障树模型，根据不同管线区域发生火灾的概率，分析不同管线区域发生事件或者故障对管线内部安全的影响，对管线进行相应的布置调整。
16.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述第四psa分析方法包含根据已经完成的功能系统的布置设计、设备的布置设计、管线的布置设计中的一项或多项建立psa事件树或者故障树模型，计算功能系统的布置设计、设备的布置设计、管线层次的布置设计中的一项或多项的安全指标，完成所述布置设计评价。
17.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述电厂功能系统包括主功能系统及辅助功能系统，所述主功能系统包括核蒸汽供应系统、专设安全设施和燃料装卸系统，所述辅助功能系统包含核电厂辅助系统、核电厂三废系统、电仪系统、公用系统、汽轮发电机系统和厂用电系统；所述功能分区包含核岛系统功能区、常规岛系统功能区及核电厂配套设施系统功能区。
18.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述功能系统的布置设计在进行psa分析的设计阶段包含概念设计阶段、总体设计阶段和后续布置设计阶段；所述设备的布置设计在进行psa分析的设计阶段包含概念设计阶段、总体设计阶段和后续布置设计阶段；所述管线的布置设计在进行psa分析的设计阶段包含初步设计阶段、施工设计阶段和技服改造阶段；所述布置设计评价在进行psa分析的设计阶段包含概念设计阶段、总体设计阶段、初步设计阶段、施工设计阶段及技服改造阶段。
19.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述设备的布置设计包含确定设备的位置和设备实体隔离设计。
20.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述管线的布置设计包含确定电缆通道、托盘、工艺管廊、工艺管道以及通风通道中的一项或多项的布置位置。
21.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述管线内部安全包含管线所在的系统安全、设备自身安全、结构安全、火灾安全、地震安全、飞射物安全及水淹安全中的一项或多项。
22.进一步，如上所述的核电厂布置方法，其中，所述技服改造阶段包含针对在役电厂，根据设计缺陷，实施部分改造，若只涉及到管线部分的改造，引入管线布置设计，在既定的安全要求的前提下，完成管线布置设计改造；
23.若涉及到功能分区、设备及管线改造，采用迭代设计的方法进行设计改造，具体的
迭代设计的方法是指在不同的设计阶段，完成该阶段的布置设计方案后，采用更新的该阶段的psa布置设计模型，对该阶段的方案进行布置设计评价，如果不满足安全要求，返回到之前的设计阶段，利用更新的psa模型数据，重新开展该阶段的布置设计。
24.本发明的有益效果如下：本发明创新性地提出了一种核电厂布置设计方法，该方法以电厂核安全为总目标，在电厂布置设计工程领域的不同阶段引入不同层次的psa分析手段，分析内容囊括电厂可能出现的内部及外部灾害，能够保证电厂的布置设计符合电厂安全要求。同时在电厂布置设计过程中，由于采用psa对布置设计安全性能进行评价，能够在布置设计中减少不必要的冗余设计，提高电厂的经济性能。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
26.图1为本发明功能系统层次的布置设计示意图。
27.图2为本发明设备层次的布置设计示意图。
28.图3为本发明管线层次的布置设计示意图。
29.图4为本发明布置设计评价示意图。
30.图5为本发明的一种核电厂布置设计方法流程示意图。
31.图6为本发明设计示例的设备层次的布置设计示意图。
32.图7为本发明设计示例的psa火灾建模流程图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来对本发明进行详细描述。
35.实施例
36.概率安全分析(psa)方法是以可靠性和概率论为基础，根据已知始发事件概率，对复杂系统进行分析，估算其目标事件风险及后果的方法。psa已经广泛的应用于核电厂的安全分析中。
37.本实施例提供了一种核电厂布置设计方法，如图5所示，设计方法可以包括：
38.根据核电厂总体安全目标，针对核工程领域布置设计阶段引入psa分析手段，布置设计涉及功能系统层次的布置设计、设备层次的布置设计、管线层次的布置设计及布置设计评价；核工程领域布置设计阶段根据各阶段布置设计内容划分为概念设计阶段、总体设计阶段、初步设计阶段、施工设计阶段及技服改造阶段。
39.核电厂概念设计阶段，根据确定的核电厂安全目标，核电厂的主要功能，配置相应的功能系统。采用功能系统层次的布置设计，实现功能分区，采用设备层次的布置设计，实现包含部分主设备的核岛及其他功能分区总体布局。
40.在总体设计阶段，根据各系统的设备，引入设备层次的布置设计，确定核岛厂房及
其他功能分区的总体布置方案。
41.在初步设计阶段，该阶段针对更细致的设备内容，及该阶段的重要通道规划的布置设计内容，引入设备层次布置设计和管线层次布置设计，指导该阶段的核岛厂房及其他功能分区的总体布置设计。
42.在施工设计阶段，主要完成电仪、工艺及通风专业的管线布置，引入管线层次的布置设计，保证安全目标的前提下完成各专业的管线布置设计。
43.技服改造阶段主要是针对在役电厂，根据设计缺陷，实施部分改造。若只涉及到管线部分的改造，引入管线布置设计，即可在既定的安全要求的前提下，完成管线布置设计改造。
44.若涉及到更多内容的改造，可以采用迭代设计的方法。
45.迭代设计的方法是指在不同的设计阶段，完成该阶段的布置设计方案后，采用更新的该阶段的psa布置设计模型，对该阶段的方案进行布置设计评价。如果不满足安全要求，可以返回到之前的设计阶段。利用更新的psa模型数据，重新开展该阶段的布置设计。
46.在本实施例中，参见图1，所述功能系统层次的布置设计具体为：
47.该层次的布置设计的内容是确定核电厂系统功能分区。根据核电厂的安全目标，实现对核电厂主功能系统及配套的辅助功能系统进行配置，即通过新增、冗余或者改进功能系统的方式，保证核电厂的安全目标；然后采用psa分析手段，以核电厂安全目标为最终目的，从安全分析以及投资保护的方面对核电厂的功能系统进行功能分区，实现核电厂功能系统层次的布置设计。
48.上述psa分析手段为在系统层级和功能层级搭建相应的psa模型，并采用敏感性分析，对最终安全目标影响在一定阈值范围的(即敏感性系数在一个范围的)功能系统即可认为是在一个分区。
49.所述功能分区包含核岛系统功能区、常规岛系统功能区及核电厂配套设施系统功能区。
50.核电厂功能系统包括核蒸汽供应系统、专设安全设施、燃料装卸系统、核电厂辅助系统、核电厂三废系统、电仪系统、公用系统、汽轮发电机系统、厂用电系统。
51.所述核岛系统功能区根据功能的安全性要求，分为安全壳内及安全壳外分区。
52.所述分区的布置设计指确定功能分区的个数、分区的相对位置及分区内的功能系统。
53.所述功能系统层次的布置设计使用的设计阶段主要为概念设计阶段和总体设计阶段。功能系统层次的布置设计可以根据核工程领域布置设计需求延伸至后续布置设计阶段。
54.在本实施例中，参见图2，所述设备层次的布置设计具体为：
55.该层次的布置设计的内容是对系统功能分区内部进行细分，确定设备位置，实体隔离，根据功能系统层次的布置设计方案以及核电厂的安全目标或者系统的安全要求，采用psa分析手段，从功能系统安全、设备安全、设备配套电安全以及结构安全、火灾安全、地震安全、水淹安全等角度，建立相应的psa模型，根据不同设备发生事件或者故障的概率，分析不同设备发生事件或者故障对功能分区内部安全目标的影响，根据psa分析结果，指引设备层次的布置设计。不同安全角度的建立psa模型的具体方法步骤基本相同。
56.以火灾安全为例：在设备层次内部建立psa事件树或者故障树模型，从不同设备发生火灾的概率的角度出发，分析不同设备发生火灾对整体功能分区内部安全目标的影响(设备火灾导致系统功能失效风险增加幅度)，对设备进行相应的布置调整或者增加相应的方法手段。
57.再以地震安全为例：在设备层次内部建立psa事件树或者故障树模型，从不同设备发生地震的概率的角度出发，分析不同设备发生地震对整体功能分区内部安全目标的影响(设备地震导致系统功能失效风险增加幅度)，对设备进行相应的布置调整或者增加相应的方法手段。
58.再以水淹安全为例：在设备层次内部建立psa事件树或者故障树模型，从不同设备发生水淹的概率的角度出发，分析不同设备发生水淹对整体功能分区内部安全目标的影响(设备水淹导致系统功能失效风险增加幅度)，对设备进行相应的布置调整或者增加相应的方法手段。
59.所述设备层次的布置设计使用的设计阶段主要为总体设计阶段和初步设计阶段。设备层次的布置设计可以核工程领域布置设计需求延伸至后续布置设计阶段。
60.在本实施例中，参见图3，所述管线层次的布置设计具体为：
61.该层次的内容是确定电仪、工艺、通风管线的通道及管线的位置及走向，根据电厂的安全目标或者系统的安全要求，针对设备布置方案，采用管线层级的psa分析模型，从系统安全、管线相关的设备安全、管线相关的电仪安全、管线所在区域结构安全、管线所在区域火灾安全、管线所在区域地震安全、管线所在区域水淹安全等内容，根据分析结果指引管线布置设计。
62.以火灾安全为例：在管线层次内部建立psa事件树或者故障树模型，从不同管线区域发生火灾的概率的角度出发，分析不同管线区域发生火灾对整体管线层次内部安全目标的影响(管线火灾导致管线关联系统功能失效风险增加幅度)，对管线进行相应的布置调整或者增加相应的方法手段。不同安全角度的建立psa模型的具体方法步骤基本相同。
63.以地震安全为例：在管线层次内部建立psa事件树或者故障树模型，从不同管线区域发生地震的概率的角度出发，分析不同管线区域发生地震对整体管线层次内部安全目标的影响(管线地震导致管线关联系统功能失效风险增加幅度)，对管线进行相应的布置调整或者增加相应的方法手段。
64.以水淹安全为例：在管线层次内部建立psa事件树或者故障树模型，从不同管线区域发生水淹的概率的角度出发，分析不同管线区域发生水淹对整体管线层次内部安全目标的影响(管线水淹导致管线关联系统功能失效风险增加幅度)，对管线进行相应的布置调整或者增加相应的方法手段。
65.管线层次的布置设计可以使用的设计阶段包含初步设计阶段、施工设计阶段和技服改造阶段。
66.在本实施例中，参见图4，所述布置设计评价具体为：
67.该布置设计评价针对布置设计不同阶段的整体或者局部布置方案进行安全性能评价，根据布置方案，采用psa分析方法，从系统安全、设备安全、电仪安全、结构安全、火灾安全、地震安全、水淹安全、飞射物安全的角度对布置方案进行安全性能评价。所述psa分析方法，不同层次的评价基本步骤相同。
68.此处以设备层次布置为例，描述评价的具体步骤：根据已经完成的设备层级的布置方案，建立设备层级的psa事件树或者故障树模型，由于布置方案确定，即采用布置方法影响设备层级的系统安全、设备安全、电仪安全、结构安全、火灾安全、地震安全、水淹安全、飞射物安全的风险概率基本确定，因此可以计算出设备层级所在系统安全指标，从而完成方案评价。
69.此处再以管线层次布置为例，描述评价的具体步骤：根据已经完成的管线布置方案，建立管线布置的psa事件树或者故障树模型，由于布置方案确定，即采用布置方法影响管线布置的系统安全、设备安全、电仪安全、结构安全、火灾安全、地震安全、水淹安全、飞射物安全的风险概率基本确定，因此可以计算出管线布置安全指标，从而完成方案评价。
70.布置设计评价可以使用的阶段包括概念设计阶段、总体设计阶段、初步设计阶段、施工设计阶段及技服改造阶段。
71.设计示例：
72.该设计示例是从火灾安全的角度开展辅助给水系统(tfa)供电电缆布置设计和二次侧非能动余热排出系统(prs)供电电缆布置设计。
73.经过初步设计阶段的设备层次的布置设计，得出tfa系统及prs系统的部分设备布置如图6所示。其中序号1-7号房间为工艺设备间，序号8为廊道。其中tfa与prs的电缆需要经过图中箭头所示位置至另一厂房。
74.根据图6中所示，目前存在以下几种供电电缆布置方案：第一种，tfa供电电缆穿过部分工艺间，prs供电电缆布置在廊道；第二种，tfa与prs供电电缆都布置在廊道；第三种，tfa供电电缆布置在廊道，prs供电电缆穿过部分工艺间；第四种，tfa与prs供电电缆都穿过工艺间。
75.针对图6中所示分区内系统火灾安全为目标，建立分区内火灾psa模型。以prs与tfa系统供电电缆火灾为始发事件，分析不同布置方案下安全性能，最终可以完成prs与tfa系统供电电缆布置初步方案。
76.psa分析具体方法及步骤如下：
77.1、制定方案选择的定量准则
78.2、假定在不同序号工艺间内布置的设备分别为equ1-equ7，廊道内布置的设备类型为equ8；
79.3、7个工艺间以及廊道分别为独立的防火分区；
80.4、根据设计对象电厂，选定电厂火灾psa响应模型；
81.5、根据设备层次布置设计区域，选择火灾情景；
82.6、针对该区域选定特定的点火频率；
83.7、根据不同的供电电缆布置方案建立相应的火灾psa模型，建立流程如图7所示，并对火灾风险进行量化；
84.8、基于定量准则、工程可行性、代价－利益分析选择布置方案。
85.假设通过上述分析，得出tfa与prs的管线风险最低的布置方案，并完成tfa系统与prs系统的供电电缆布置。
86.为了评价此方案的火灾安全性能，以此布置方案为输入，建立该分区内部的火灾psa模型，进行火灾安全性能的分析。即可完成布置方案的火灾安全性能。以上都是从某个
专业的角度进行方案的布置设计以及方案的布置评价。在实际工程设计中，可以通过多专业综合进行方案的布置设计以及方案的布置设计评价。
87.如图7所示，psa火灾建模流程为：
88.s101、进行防火区域划分；
89.s102、选定不同区域的设备；
90.s103、根据设备功能需求，确定管线布置方案；
91.s104、定性筛选，建立psa响应模型；
92.s105、火灾情景分析；
93.s106、确定点火频率；
94.s107、进行系统失效及人员可靠性分析；
95.s108、火灾风险量化。
96.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
97.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。