福岛核事故后美国应对超设计基准外部事件的FLEX策略研究

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（环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082）

福岛核事故后美国应对超设计基准外部事件的FLEX策略研究

郑丽馨，周红，王娅琦，吴彦农，焦峰⋆

（环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082）

本文介绍了美国提出FLEX策略的背景，总结了FLEX策略的内容和特点，并结合国家核安全局发布的 《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》提出了几点建议。

福岛核事故；核电厂；FLEX策略；超设计基准外部事件

2011年3月11日，日本福岛第一核电厂发生了严重的核事故，这是一起由极端外部自然事件及其次生灾害叠加导致的全厂断电，继而引发严重的共因群堆事故。事故发生后，国际原子能机构 （IAEA）及主要核电国家积极总结事故的主要原因和经验教训，并随之采取了相应的响应行动。

l FLEX策略的背景

福岛核事故发生后，美国核管会 （NRC）迅速发布了一份信息通报，告知311大地震对核电厂的影响，同时要求核电厂执照持有者在其核电厂采取措施，以避免类似问题的发生［1］。随后，NRC开展了一系列的响应行动，主要行动见表1。

NRC成立了福岛核事故短期专项工作组（NTTF），通过对监管体系进行检查提出了 “21世纪提高反应堆安全的建议”。该报告以纵深防御理念为基础判断理论，对纵深防御每一层执行安全功能的完整性和有效性进行判断，最终提出了12项建议行动［2］。而后，NRC工作人员通过对建议的行动实施紧迫性的判断，提出了需要立即实施的近期行动，并对推荐的行动进行了优先级划分，分为三个层次［3-4］。针对层次一的推荐行动，NRC于2012年3月12日发布了3个命令和一项信息需求，即《关于超设计基准外部事件缓解策略要求进行许可证修改的命令》（EA-12 -049）、《关于可靠的增强安全壳通风许可证修改的命令》（EA-12-050）、《关于可靠的乏燃料池仪表进行许可证修改的命令》（EA-12-051）和《10CFR50．54（f）信息要求》［5～8］，这在NRC对福岛核事故的响应行动中尤为重要。针对命令EA-12-049，美国核能研究所（NEI）开发并向NRC递交了报告NEI 12-06“灵活多样性应对策略（FLEX）实施指南”，此报告中提出了FLEX策略的理念。在NRC发布的“NRC临时指导”（JLD -ISG-2012-01）中指出，FLEX策略可作为满足命令EA-12-049的一种手段［9］。FLEX策略不但提供了NRC要求的场内设备，而且还可在应急的最初24h内跨地区提供设备，这实际上已经超出了NRC的要求。

2 FLEX策略实施指南概述

2.l FLEX策略的目的

经过对福岛核事故进行分析，NEI认为在假设的超设计基准外部事件导致的后果中，对反应堆安全影响最显著的是丧失供电和丧失最终热阱（LUHS）。FLEX策略实施指南简要描述了执照持有者增加FLEX策略的方法，这些策略将增加超设计基准场景下应对厂址内全部机组同时发生长期丧失交流电源 （ELAP）和LUHS时的纵深防御能力，如图1所示。

图l FLEX策略增强纵深防御能力Fig.l FLEX Enhances Defensein-Depth

2.2 FLEX策略的指导原则

FLEX策略的目标是利用固定设备、场内移动设备和预先存放的场外资源，建立一个长期的防止堆芯和乏池燃料损坏、维持安全壳功能的能力。该能力能够应对ELAP和LUHS事故，这些事故可由设计基准外部事件叠加额外失效造成，也可由超设计基准外部事件导致。

需要指出的是，FLEX策略关注的是维持或恢复核电厂关键安全功能，而不受特定的外部事件损坏状态或机理评价的限制。在某些情况下，为了使实施策略针对的是灾害最可能导致的威胁本身，会附加特定灾害边界条件。基于安全功能的方法与核电厂应急操作规程 （EOP）中采用的状态导向方法相一致，这样便于利用FLEX策略〛对运行和应急响应体系中的规程和指导手册提供支持。在FLEX策略中，应对这些情况的基本策略涉及3个阶段：

（1）利用核电厂固定设备进行初始应对；

（2）从核电厂固定设备切换到场内FLEX设备的过渡阶段；

（3）在供电、供水和冷却剂注入系统恢复或投用前，从场外设备获取额外的能力和冗余。

核电厂特定分析将确定每个阶段的持续时间。受损核电厂的恢复不在FLEX能力范围内，因为特定行动和能力与核电厂的具体状况密切相关，而这些状况是不可预知的。

2.3 FLEX策略的主要内容

FLEX策略由两部分组成，一部分是利用场内存储设备的场内部分，另一部分是为长期响应提供额外物资和设备的场外部分。FLEX策略包含的要素见表2。

FLEX策略通过提供多重获取供电和供水的手段来支持关键安全功能，以缓解超设计基准外部事件产生的后果。图2为FLEX策略的理念，它描述了FLEX策略是如何通过一个普遍适用的方法，以相互协调的方式来缓解多重风险，同时也说明了FLEX策略是如何涵盖对NRC推荐行动第一层次中多个建议的响应的。此外，由图2可以看出，FLEX策略与其他第一层次建议间也存有一定的关联，如地震、洪水现场查勘为核电厂成功响应设计基准地震、洪水事件应具有的能力提供依据，他们是FLEX策略的一个基础。

表l NRC针对福岛核事故的主要响应行动Table l Major Response Actions of NRC to Fukushima Accident

表2 FLEX策略包含的要素Table 2 Containing elements in FLEX Strategies

图2 FLEX策略的理念Fig.2 Overview of FLEX Strategies Concept

2.4 FLEX策略的实施过程

FLEX策略的实施过程主要基于3个步骤。首先，每个核电厂都应建立应对ELAP和LUHS同时发生的基本能力，压水堆机组的这些基本能力应满足表3～表5的要求。通常，这些基本能力是基于一系列针对超设计基准外部事件的假设边界条件建立的，为了实现基本能力，核电厂可综合利用已安装设备、临时设备以及场外设备。其次，核电厂应考虑厂址特定外部灾害对厂址的威胁，对FLEX的保护和部署策略进行评估。厂址特定外部灾害的识别是基于ASME/ANS PRA标准 ［Ref．B-1］中考虑的超设计基准外部灾害清单，通过对清单进行审查，提出了每个外部灾害的适用条件及应对概要。由于每个厂址遭受的外部灾害威胁不同，其采取的手段和具体执行策略可能会有所不同。最后，基于上述分析论证对所有厂址特定灾害的场内外资源进行整合，需统筹考虑FLEX设备的保护、FLEX设备的部署、程序接口和场外资源的利用［10］。FLEX策略实施过程如图3所示。

图3 厂址评估流程Fig.3 Site assessment process

表3 堆芯冷却FLEX基本能力概要Table 3 FLEX basic capability summary for core cooling

3 我国应对超设计基准外部事件的启示

虽然福岛核事故对核能的发展造成了极大的冲击，但核能作为一种低碳能源，代表着能源优质化的方向，是目前唯一可大规模发展的替代能源，因而对能源的需求还是会使人类理性地回到核能的开发利用上［11］。与其他行业相比，核行业有鲜明的特点，即技术的复杂性、事故的突发性、处理的艰难性、后果的严重性、影响的深远性以及高度的社会敏感性［12］。针对核事故的原因进行分析，总结经验教训，有利于防止事故发生或减轻事故后果，提高核电厂的安全水平，继而推动核能的安全利用。

表4 安全壳FLEX基本能力概要Table 4 FLEX basic capability summary for containment

表5 乏池冷却FLEX基本能力概要Table 5 FLEX basic capability summary for SFP cooling

福岛核事故后，国家核安全局组织对全国的核电厂安全状况进行了全面的核安全综合检查，针对核电厂抵御极端外部事件的安全裕度进行了定量评估，提出了进一步提高核电厂安全水平的要求［13］。为了规范和指导各核电厂安全改进行动的落实，国家核安全局发布了 《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》，从核电厂防洪能力、移动电源及设置等8个方面对核电厂提出了技术要求，目的是解决我国核电厂在实施福岛后改进措施过程中所采用技术的统一性问题，尽可能统一和协调各核电厂所采取的安全改进策略深度和广度［14］。通过对FLEX策略进行研究，结合我国 《通用技术要求》和核电厂改进措施，本文提出如下建议：

（1）“FLEX策略”用于指导核电厂制定满足NRC要求的应对超设计基准外部事件的缓解策略，其范围不涉及严重事故前端的预防措施，仅就严重事故发生后的缓解措施提出指导。

有效地执行严重事故管理是一项复杂的工作，因此，对我国核电厂而言，需要在严重事故方案和规程的编制、设备、人力资源以及培训等方面进行大量的工作，以便制定出周密的计划。“FLEX策略”将严重事故的应对时机分为已安装设备、场内移动设备和场外资源3个阶段，这不但统筹安排了严重事故的管理，同时还有助于协调核电厂的应急管理工作。

（2）在 《通用技术要求》中要求，“存储移动泵、移动电源等相关设备的构筑物按厂址所在地区地震基本烈度提高一度进行抗震设计，并按照设计基准地震动SL-2（相当的地面加速度）进行校核”；而在 “FLEX策略”中要求，FLEX设备应存储在 “满足电厂SSE设计基准的构筑物”或 “按照ASCE7-10《厂房及其他构筑物的最小设计载荷》设计或经评估与之具有同等水平要求的构筑物”中。

由于SL-2与美国法规中的SSE相当，所以我国核电厂应进一步对移动设备存储地点的抗震设计进行充分研究，以论证是否满足应对超设计基准外部事件的要求。

（3）“FLEX策略”将通过评估认为可能与ELAP和LUHS同时发生相关的灾害分成5类，即地震事件；外部洪水；风暴 （如飓风、大风、龙卷风）；极端雪；冰和低温以及极端高温，要求核电厂在厂址评估中对这些灾害加以考虑，关注这些灾害在FLEX设备的保护、FLEX设备的部署、程序接口和场外资源利用方面的影响。

因而，我国核电厂在制定改进措施时，不仅应关注核电厂的防洪、抗震能力等预防措施，还应高度重视厂址特定外部灾害对事故后缓解措施的影响，确保缓解策略的可实施性和缓解设备的可用性。这也是符合我国 《核安全与辐射污染防治 “十二五”规划及2020年远景目标》中的“采取所有合理可行的技术和管理手段，确保核设施各种防御措施的有效性和多道屏障的完整性，防止发生核事故，并在一旦发生事故时减轻其后果”的要求［15］。

（4）在 “FLEX策略”中提出，为保证FLEX设备的可靠性和可用性，每项策略都应提供 “N+1”套设备，其中N代表厂址内的机组数量，如双堆厂址应至少配备3台移动泵、3套移动交流电源/直流电源、3套电缆等。然而，如果可利用多重策略来完成一项功能，则每项策略相关的设备不需要采用 “N+1”原则。另外“FLEX策略”中还指出，如果核电厂现有的符合10CFR50．54（hh）（2）要求的泵或储备能满足指南中规定的功能和存储要求，那么也可以将其列入 “N+1”中。

参考此原则，我国核电厂可梳理其制定的厂址严重事故缓解策略，确保在满足 “在多堆厂址内应配备至少两套设备”的前提下配备更加充足的设备，以更好地实现纵深防御中的冗余性，提高核电厂应对超设计基准外部事件的能力。

［1］NRC．The United States of America National Report for the 2012 Convention on Nuclear Safety Extraordinary Meeting［R］．Washington DC：NRC，2012．

［2］NSC．Recommendations for Enhancing Reactor Safety in the 21stCentury［EB/OL］．（2011-7-12）［2014-3-21］．http：// www．nrc．gov/reactors/operating/ops-experience/japan-dashboard/ref-library．html．

［3］NRC．Recommended Actions to be Taken within Delay from the Near-Term Task Force Report（SECY-11-0124）［EB/OL］．（2011-9-9）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/ operating/ops-experience/japan-dashboard/priorities．html．

［4］NRC．Prioritization of Recommended Actions to be Taken in Response to Fukushima Lessons Learned（SECY-11-0137）［EB/ OL］．（2011-10-3）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/ reactors/operating/ops - experience/japan - dashboard/ priorities．html．

［5］NRC．Issuance of Order to Modify Licenses with Regard to Requirements for Mitigation Strategies for Beyond-Design-Basis External Events（EA-12-049）［EB/OL］．（2012-3-12）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/operating/ops -experience/japan-dashboard/mitigation-strategies．html．

［6］NRC．Issuance of Order to Modify Licenses with Regard to Reliable Hardened Containment Vents（EA-12-050）［EB/OL］．（2012-3-12）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/operating/ops-experience/japan-dashboard/hardenedvents．html．

［7］NRC．Issuance of Order to Modify Licenses with Regard to Reliable Spent Fuel Pool Instrumentation（EA-12-051）［EB/ OL］．（2012-3-12）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/ reactors/operating/ops-experience/japan-dashboard/spentfuel．html．

［8］NRC．Request for Information Pursuant to Title 10 of Federal Regulations 50．54（f）Regarding Recommendations 2．1，2．3，and 9．3，of the Near-Term Task Force Review of Insights from the Fukushima Daiichi Accident［EB/OL］．（2012-3-12）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/operating/ops -experience/japan-dashboard．html．

［9］NRC．Compliance with Order EA-12-049，Order Modifying Licenses with Regard to Requirements for Mitigation Strategies for Beyond-Design-Basis External Events（JLD-ISG-2012-01（Rev．0））［EB/OL］．（2012-8-29）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/operating/ops-experience/japandashboard/mitigation-strategies．html．

［10］NEI．Diverse and Flexible Coping Strategies（FLEX）Implementation Guide（NEI 12-06，Rev．0）［EB/OL］．（2012-8）［2014-3-21］．http：//www．nrc．gov/reactors/operating/ ops-experience/japan-dashboard/mitigation-strategies．html．

［11］李宗明．从日本福岛核事故审视核安全的政府、法律和监管框架［J］．核安全，2012（2）：1-8．

［12］李干杰．坚持科学发展确保核与辐射安全［J］．核安全，2012（4）：4-9．

［13］王中堂．加强严重事故研究，提高核电厂安全水平［J］．核安全，2014，13（44）：1-3．

［14］国家核安全局．福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求（试行）［S］．北京：国家核安全局，2012．

［15］国家核安全局．核安全与放射性污染防止“十二五”规划及2020年远景目标［Z］．北京：国家核安全局，2012．

Study on U．S．NRC'S FLEX Strategies in Cope with Beyond-Design-Basis External Events after Fukushima Accident

ZHENG Lixin，ZHOU Hong，WANG Yaqi，WU Yannong，JIAO Feng*
（Nuclear and Radiation Safety Center，MEP，Beijing 100082，China）

The background of FLEX Strategies announced by NEI of U．S was introduced．The content and characteristics of FLEX Strategies were also summarized．Combining the improvement demands of China after Fukushima accident，some suggestions were provided．

Fukushima accident；nuclear power plant；FLEX Strategies；BDBEE

TL48

C

：1672-5360（2016）04-0034-06

2016-08-07

2016-09-20

环保公益项目 “福岛事故后二代改进型核电厂改进措施技术要求研究”，项目编号201309054

郑丽馨 （1980—），女，吉林大安人，工程师，现主要从事核电厂安全审评和运行事件经验反馈工作

∗通讯作者：焦 峰，E-mail：jiaofeng＠chinansc．cn