第五章安全文化.ppt
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1、高等反应堆安全学,第五章 核安全文化,主讲 杨燕华,上海交通大学核科学与工程学院 2008年4月,第五章 核安全文化,5.1 核事故与核安全思想的发展 5.2 核安全文化的定义和内容 5.3 安全管理系统体系的发展,5.1 核事故与核安全思想的发展,核安全与核事故 核安全思想的发展 切尔诺贝利核电站事故 经验与教训,核安全与核事故,核电站虽然不能绝对保证不发生严重事故,但是,核事故给人们造成的印象实际上是远远超出了事实本身。 就整个核电发展史而言,切尔诺贝利事故在全世界8000多堆年的核电运行史中,只是一次严重事故 人类在开采和利用传统燃料的过程中,却不断发生严重事故和疾病。据统计,每年有数百
2、万人因利用传统燃料而患病,每年约300万人因传统燃料造成的空气污染而死亡 应看到,近几年,国际上加强了核安全的合作,建立了国际核安全体系,开发了一批优化设计、简化系统、改善人机关系、安全先进的堆型,当新堆型新世纪初叶投入商业应用后,人们完全可以解除对核电站安全性的担心,核事故和核辐射事故致死统计,到现在为止,全世界因核事故和核辐射事故致死的总共有73人 核反应堆事故致死人 切尔诺贝利事故,辐射致死28人 军用反应堆事故,美国1961年,死亡3人 核辐射事故致死42人 临界事故8起10人 辐射事故14起31人 其他1人,辐射事故类型,临界事故 (A): 22 辐照装置 (B): 307 放射性同
3、位素 (C): 85,A,B,C,核安全思想的发展,70年代设备与程序 技术的可靠性,设备与程序的质量,即优先考虑的是初始设计工作 设计中,采取了许多设备和措施以防事故的发生和限制事故的后果。 认为所有的意外均在设计考虑中 运行人员只要将机组维持在原设计的水平上,就可保证安全 程序的采用是为了减少认为错误,但程序将人的作用限制到最小 80年代人因 以人为失误为主要对象,寻找通过组织管理减少人为失误,增加作为程序的使用者的可靠性的方法 三里岛事故教训:有效管理可以减少人为失误 90年代安全文化 集中于安全文化的发展,以使核安全水平得到改善 核电站历史上的两大事故对核安全思想的发展有着重大的影响
4、1979年3月28日发生在美国的三里岛事故 1986年4月28日发生在乌克兰的切尔诺贝利事故,三里岛事故,三哩岛核电站简述,三里岛核电厂位于美国宾州哈里斯堡附近,共有两台巴布寇克与威尔科克斯公司(B&w)生产的900MWe压水堆 一号机组于1974年投产 二台机组于1979年1月投产 每个反应堆有两个主环路,每个环路上各有一台直流式蒸汽发生器,反应堆压力由稳压器维持,正常情况下内装23m3水和20m3水蒸汽。稳压器装有两台安全阀和一台电动卸压阀及其隔离阀 1979年3月28日,投产仅三个月的2台机组发生了轻水堆核电厂历史上最严重的事故,三哩岛事故简述起因,在初始事件发生的时刻,所有给水泵和汽轮
5、机均停运,从而中断了主系统排热 事件发生后15秒左右,三台辅助给水泵达到正常转速,而同时主系统在停堆后开始升温升压而后稳压器卸压阀开启 第一个问题是辅助给水管线上的两台隔离阀意外地处于关闭状态,违反了技术规格书要求。这很可能与事故前两天的维修工作有关。结果,二次侧无冷却水流,导致蒸汽发生器内的残水在2分钟内蒸干 第二个问题是,15秒钟后卸压阀接到关闭信号却未能回座。结果主系统形成泄漏,大体相当于小破口失水事故。主控室仪表盘上信号灯显示卸压阀已经断电,操纵员误认为该阀已关闭。当时主要阀门并无阀位的直接显示,三哩岛事故简述事故演变,此后,事故经历了一个相当长而复杂的事件与响应过程,事故后对此曾作过
6、详细调查,发现卸压阀的隔离阀曾被无意中关闭过,八分钟以后又被打开,这一开启状态直到2.5小时左右才被发觉,随后关闭该阀中止了泄漏过程 事故的第一阶段,操纵员曾被错误导向,认为主系统水量太多,而实际情况正好相反。因此,当2分钟后安注系统自动投入,开始冷却堆芯时,操纵员只让它运行了几分钟,随后就关闭了。结果,堆芯裸露了几个小时,此后情况才得到控制,而堆芯已广泛损坏了 事故后1小时,主泵很可能因气蚀而开始激烈振动,操纵员于是关闭了两台主泵以避免轴封泄漏。然而,主泵还在继续振动。40分钟后,其余两台主泵也停运了,至此,主系统的强迫循环全部中断。大约3小时后,重新启动了一台主泵,但终因振动过大,20分钟
7、后再次停运,堆芯内上定位栅板几乎未受影响 堆芯上部则有一个1.5米深呈半球形的空穴,其体积相当于堆芯总体积的四分之一 空穴底部堆积着一层约0.6米厚的堆芯碎片,内含UO、锆合金和不锈钢,三哩岛2号机组堆芯损坏状态,空洞,堆芯碎片,三里岛事故对公众的剂量影响,0.5英里内公众个人最大剂量:100 mRem (1mSv)20英里内公众平均剂量:0.1 mRem (1Sv)50英里内公众总人数 2166万 集体剂量 3550人雷姆 (35.50人希沃)NRC后果严重性基准:每10000人雷姆可能导致2名癌症死亡风险 3550人雷姆 0.7例 天然本底100 mRem/年在2166万人中产生200,0
8、00人雷姆,即每年40例癌症死亡风险,三里岛事故的经验与教训,开发新型事故处理规程 拓宽事故处理规程,增加其应用范围和有效性 加强操纵员培训 在模拟机上对操作人员进行定的再培训,使其能应付各种不同的事故工况 改善主控室人机接口 将必要的信息集中在安全监督盘系统(KPS),操作员、安全工程师、应急支持中心各拥有一个终端 在主控室增加必要的参数监督和欠热度测量仪 设置安全工程师 为了加强技术上的核安全监督,在异常工况下提供对事故作出正确判断的人为冗余 加强经验反馈工作 更换稳压器安全阀,使其在水汽并存的工作环境下仍能回座,切尔诺贝利核电站,切尔诺贝利核电站(RBMK石墨水冷堆)位于乌克兰首府基辅的
9、北部接近白俄罗斯边境的一块平坦的沼泽地上。切尔诺贝利核电站作为世界上最大的核电站在当时绝不仅仅只是一座核电站,它还被赋予了太多的政治含义被认为是国家强大的象征。 该核电站共有个装机容量为兆瓦的核反应堆机组。其中号和号机组在年月建成发电。号和号于年开始并网发电。 1986年4月26日凌晨1时24分,切尔诺贝利核电站第四号核反应堆进行的半烘烤试验不幸发生逆火,引发爆炸,核反应堆很快熔毁。成为世界上最严重的核事故。 据官方公布的数字,爆炸事件发生后,有31名紧急支援人员死亡,多人受到严重的放射性辐射,成为人类利用核能史上的一大悲剧,奥布宁斯克RBMK,1954年,前苏联在莫斯科附近的奥布宁斯克建成了
10、世界上第一座核电站,输出功率为5000千瓦。于当年月启用。于是,人类开始了和平利用原子能的历史,第一座核电站,切尔诺贝利核电站,切尔诺贝利核电站事故,1986年4月26日,前苏联切尔诺贝利核电站,发生了反应堆问世以来的最大事故 切尔诺贝利事故释放的碘-131,比三哩岛事故多40多万倍 切尔诺贝利事故死亡31人,入院治疗者更多 切尔诺贝利事故后,疏散了10多万人,出动了 300多架次飞机,空投5 000多吨物质覆盖反应堆,事故后19天,前苏联最高领导才宣布最严重的情况已经过去,切尔诺贝利核电站事故简述起 因,机组年度计划停堆检修所作的一项试验 为了探索失电情况下由汽轮机惰转发电维持主冷却系统短时
11、工作的可能性 试验要求反应堆功率维持在25%左右的水平上,切尔诺贝利4号反应堆的控制室,切尔诺贝利核电站事故简述事故演变 (1,4月25日凌晨1点钟起,反应堆功率从满功率开始下降,降至50%,按计划关闭了一台汽轮发电机。根据试验大纲,14点整堆芯应急冷却系统被断开。 然而,由于地区电网调度的要求,推迟了进一步降功率过程,堆以50%功率连续运行了近10个小时,造成堆芯氙浓度上升,抽出了更多的控制棒来补偿氙毒 23点10分,恢复降功率过程,但功率自动控制系统已无法维持所预定的7001000Mwt功率水平,实际功率跌至30Mwt(1%)。 4月26日晨1时,操纵员成功地将功率恢复到200Mwt (7
12、%) ,但是由于氙毒,操纵员所提升的控制棒数已经超出了运行规则的限制,并且进一步提升功率也已不太可能 尽管如此,还是决定进行试验 在随后的准备工作中,反应堆被进一步推入了明显不许可的状态。主环路的温度几乎达到饱和点,冷却剂流率超出限值,给水也失去了平衡,切尔诺贝利核电站事故简述事故演变 (2,1点23分04秒,试验从关闭汽轮机入口阀开始。由于打算在万一失败后可以重新作一次试验,停堆保护信号被阻断,因而关闭入口阀未引起停堆,堆功率开始缓慢上升 1点23分40秒,操纵员按动了紧急停堆按钮,这时所有控制棒和紧急停堆棒应当全部插入堆芯。 但几秒钟后操纵员感到几次振动,并看到控制棒未能全部插到底,随后手
13、动释放,使控制棒靠重力下落。 据厂外观察到的人讲,1点24分左右听到了两次爆炸声,燃烧着的东西和火花喷向空中,散落在反应堆周围一些工作间、除气站和汽轮机厂房的屋顶上,引起三十多处着火。 紧接着事故之后,曾经试图通过应急堆芯冷却系统用水来冷却损坏的堆芯,但没有成功,因为冷却系统管线本身已经被毁坏了 第二天,开始用直升飞机投掷硼砂、白云石、粘土和铅来覆盖燃烧的堆芯 从4月28日至5月2日间,共投掷了5000吨这类材料,其作用相当于热阱,冷却了堆芯。 停止投掷以后,堆芯温度和放射性物质释放量又有所回升,5月5、6两日再次达到极大值 此后,氮气冷却系统开始启用,堆芯温度和放射性释放量都很快下降了,切尔
14、诺贝利事故,事故反应堆特点 堆型为石墨水冷堆,以轻水当作冷却剂,石墨为中子慢化剂 并利用氦气和氮气来冷却石墨减速中子时所吸收的能量 反应堆发电量为100万千瓦,事故反应堆的弱点 具有正的反应性反馈特性,切尔诺贝利事故,切尔诺贝利事故,切尔诺贝利事故,切尔诺贝利事故现场,Reactor accidents - Chernobyl 1986,The Chernobyl Unit 4 after the catastrophy,1986年4月26日,前苏联(现乌克兰境内)的切尔诺贝利核电站4号机组发生爆炸,8吨多强辐射物质倾泻而出,使5万多平方公里的土地受到污染,320多万人遭受核辐射的侵害。事故发
15、生后,发生爆炸的4号机组被用钢筋混凝土封起来,电站30公里以内的地区被定为“禁入区,切尔诺贝利核电站事故的原因分析,苏联专家在总结这起核电站事故的教训时指出 有关人员玩忽职守、粗暴违反工艺规程是造成事故的主要原因 按规定,在反应堆的反应区内至少应有15根控制反应的控制棒,而在事故发生时只有8根。 反应堆产生的蒸汽是供给两台汽轮发电机的。在关掉汽轮机时,自动保护系统会立即关掉反应堆。但是,核电站工作人员在实验之前先切断了自动保护系统。这样,在关掉汽轮机开始实验时,反应堆却在继续工作 与此同时,工作人员还关掉了蒸汽分离器的安全联锁系统。这种做法宛如飞机要降落时,驾驶员却没有放下起落架,切尔诺贝利核
16、电站控制棒设计问题,Control rods of the Chernobyl reactor,Due to a design error of RBMK reactors, the upper and lower parts of the control rods contain graphite. According to the regulations, in a shut down reactor the control rod should be at position D. During operation it should be at position C, in which
17、case graphite is located in the reactor core instead of neutron absorbing borated steel. . Before the accident, however, due to the accumulated reactor poisons the automatic control system pulled the rods out to level A, which is not allowed. Therefore, the space of control rods was occupied by wate
18、r instead of graphite. If one inserts a control rod inner to the reactor in order to decrease power, graphite takes the place of water. Since graphite practically does not absorb neutrons, while water does, there will be a temporary increase in power, as it was had been observed earlier in Ignalina,
19、切尔诺贝利事故源项及厂外后果,污染 76,100 km2 被铯-137 污染,水平为 15 Ci/km2 其中 28,100 km2 高于 5 Ci/km2 释放到环境的放射性总量为50 MCi (1.9 x 1018Bq), 约为裂变反应堆内总量的 34% 撤离 1986年春夏, 116,000 人撤离 死亡 事故的立即后果是 30人死于急性放射性照射 数据来源: INFCIRC/383 Information on Economic and Social Consequences of the Chernobyl Accident,切尔诺贝利事故源项及厂外后果,源项 惰性气体 100% 碘
20、、铯、碲 1020% 介于S1与S2之间 其他核素 36% 后果 急性死亡人数:相当于WASH-1400最严重情况PWR9所对应值的1% 厂外污染区:相应于PWR9的1/3,切尔诺贝利事故源项及厂外后果,后果较轻的原因 热气团上冲 气象条件有利 结论 对厂外有影响,但不象保守估计的那样严重 对核安全管理的影响,意义深远,切尔诺贝利事故的健康后果和环境影响,事故处理人员 总共 237人 有临床综合症 其中 134人 急性放射综合症 28人 死于急性辐射损伤 19人 死于1986-2004 辐射损伤 2人 死于爆炸损伤 1人 死于冠状动脉血栓 居民 事故后疏散11万6千人 90-95年重新安置21
21、万人 甲状腺癌发病率明显增加,0-14岁儿童患者565名 9 (15) 人死亡 血液病发病率无明显增加 共死亡人数: 56 (63) 估计在600,000的人口中有4000人在一生中会由于事故的综合症或者癌症的原因而死亡,切尔诺贝利事故引发的争议,事故引发对于核电安全的长期争议 负面 自切尔诺贝利事故发生以来,许多国家以核安全为由停止建造核电站 正面 许多研究核辐射的专家认为,不能否认核电是清洁、安全的能源 全世界因核事故和核辐射事故致死的总共有73人 核反应堆事故有关的31人 核辐射事故致死42人 与每年数以万计死于车祸或其他意外事故的人数相比,实在是微乎其微,石棺” 钢筋混凝土封起来的切尔
22、诺贝利核电站4号机组,石棺,切尔诺贝利核电站事故后果报道,2001年月,联合国发表了一份对切尔诺贝利核灾难后果重新评估的报告,指出 最快要到2016年才能知道核灾难受害者的确切人数 这次事故对于切尔诺贝利核电站附近居民的灾难性影响是久远的 乌克兰全国26个州有12个州的5万平方公里土地受到辐射污染,全国有320万人口直接遭受事故危害,其中包括100万儿童 这些人中近17万在事故后10年内死亡,7万多人残疾 2001年5月,联合国原子辐射影响科学委员会在第49次会议上,对切尔诺贝利核电站事故后果作出了截然相反的结论 会议专门讨论了切尔诺贝利核电站发生事故14年来的辐射后果 关于长期辐射影响,该委
23、员会的结论是:除儿童甲状腺癌的发生率有10万分之几的增加外,至今未发现其他可归因于这次事故的癌症发生率和死亡率的增加。由于儿童甲状腺癌治愈率高,14年来仅有3名患者死亡 会议还通过了该委员会主席致联合国秘书长安南和世界卫生组织总干事的信,信中指出,最近一段时间,一些新闻媒体在报道中不切实际地渲染切尔诺贝利核电站事故的后果,把该事故造成的死亡人数夸大至数千甚至数万人,切尔诺贝利核电站事故后续报道,现在将爆炸的核反应堆包裹起来的“石棺”是灾难发生时紧急“建”成的,当时直升机向发烟燃烧的核反应堆撒了大量沙子和水泥,为的是掩盖闷燃的反应堆。另外,庞大的起重机在遥控之下,在上边又放上了重达数百吨的钢板
24、这样,切尔诺贝利核电站第四号反应堆几乎变成了一座钢筋混凝土小山。在小山下边,潜藏着近200吨重的放射性熔质、尘埃、有毒物质和各种建筑碎片,其中只有3%在爆炸时喷射出来,其余的仍然在里面,其中包括30吨放射性尘埃 这座反应堆根本没有被完全封闭起来,大量的雪和雨渗透到里面,每年进到里面的水有3000立方米之多。顶部时刻都有塌陷的可能,而且随着水的大量进入和流出,钚和铀等放射性物质也会跟着泄漏出来 如何控制水和尘埃的问题一直没有解决,核燃料必须要抽出来,否则还会再次发生事故。这是一件非常困难的工作,因为世界上目前还不曾有过这样的先例,切尔诺贝利核电站的关闭,苏联解体后,乌克兰决定继续维持切尔诺贝利的
25、运转。西方国家、特别是西欧国家认为,切尔诺贝利核电站除本身可能存有技术缺陷外,“石棺”内部的不稳定性和不确定性也给整个电站造成了严重的隐患,所以强烈要求乌克兰政府彻底关闭电站 西方國家一直要求关闭切尔诺贝利核电站,但由于乌克兰电源缺乏,該核电站的四个反應堆之一仍然在被用來發電 根据乌克兰和西方七国1995年签定的一份谅解备忘录,乌克兰承诺关闭切尔诺贝利核电站,作为交换条件,西方将提供资金援助乌克兰修建K2/R4两个新的核反应堆。英国出资4900万英镑,美国承諾向乌克兰提供7800万美元的援助 2000年12月14日,切尔诺贝利核电站正式全部关闭。 西方国家已经承诺,将在2015年前援助乌克兰7



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