Discussion on DEC of High-level Radioactive Waste Liquid Storage System from the Perspective of Multiple-failure
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摘要: 设计扩展工况（DEC）分析是核电设施超设计基准事故分析的重要内容，目前后处理设施领域尚无这方面实践。以后处理设施高放废液贮存系统为研究示范对象，基于工程判断和确定论方法，从多重故障的角度识别DEC。研究结果表明：在高放废液贮存系统的29例工况中，14例不会造成放射性物质向外环境的超标释放，属于DEC；8例可能造成放射性物质向外环境的超标释放，如果混凝土浇筑层对废液具备包容功能、设备室具备泄爆或抗爆功能，则这8例工况不会对外环境造成超标释放，也可纳入DEC；剩余的7例会造成放射性物质向外环境的超标释放，应通过提高橙区过滤器间排风过滤、烟囱的设备可靠性，实现放射性气溶胶向外环境释放的量级不超过选址假想事故的释放水平。
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关键词:
- 多重故障 /
- 高放废液贮存系统 /
- 设计扩展工况（DEC）
Abstract: The analysis of design extension condition (DEC) is an important part of the analysis of beyond-design-basis accidents of nuclear power facilities. Currently there is no such practice in the field of post-processing facilities. The high-level radioactive waste liquid storage system of the post-processing facility is taken as the research and demonstration object. Based on engineering judgment and deterministic methods, DEC is identified from the perspective of multiple-failure. The results show that among the 29 working conditions of high-level radioactive waste liquid storage system, 14 conditions will not cause excessive release of radioactive substances to the environment, which belongs to DEC; 8 conditions may cause excessive release of radioactive material to the external environment. If the concrete pouring layer has the function of containing the waste liquid and the equipment room has the function of venting or anti-explosion, then these 8 conditions will not cause excessive release to the external environment and can also be included in DEC. The remaining 7 conditions will cause excessive release of radioactive material to the external environment. By improving the equipment reliability of exhaust filtration and chimney in the filter room of orange area, the magnitude of radioactive aerosol release to the environment shall not exceed the release level of hypothetical accident of siting. -
表 1 高放废液贮存系统的有关安全设计汇总表
Table 1. Summary Table of Safety-related Design of High-level Radioactive Waste Liquid Storage System
安全功能 安全设计 预防临界 萃取设备对核素的提取分离 预防临界 进入贮槽前的去除有机相的操作 预防临界 进入贮槽前的组分取样分析 放射性物质包容 贮槽 放射性物质包容 设备室钢覆面、设备室集液坑、设备室集液坑处转送泄漏废液的设备 放射性物质包容 设备室排风管道及排风过滤器 放射性物质包容 设备室后续的排风管道及排风过滤器（包括橙区管廊的排风管道、橙区过滤器间的排风过滤器、排风机房、管沟的排风管道、烟囱） 放射性物质包容 贮槽液位监测、报警 放射性物质包容 设备室集液坑液位监测、报警 放射性物质包容 备用贮槽 辐射防护 设备室混凝土浇筑层（屏蔽层） 辐射防护 设备室通排风系统 辐射防护 设备室周围橙区房间的气溶胶监测和剂量率监测、报警 热导出 压空气镇器搅拌 热导出 冷却管道和冷却供水 热导出 贮槽内温度监测、报警 热导出 备用贮槽及其配套冷却系统 防止化学危害 进入贮槽前的组分取样分析 防止化学危害 贮槽内氢气浓度监测、报警 防止化学危害 贮槽内压空氢气吹扫系统 防止化学危害 贮槽呼吸排气系统 
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表 2 高放废液贮存系统预防临界安全功能相关的多重故障汇总表
Table 2. Summary Table of Multiple-failure Related to the Critical Safety Function of High-level Radioactive Waste Liquid Storage System
序号 多重故障① 发展情景 后果 有无造成放射性物质向外环境超标释放 1-1 a2+b2 通过进入贮槽前的组分取样分析，发现料液不合
格，对料液进行返回处理无 无 1-2 a2+c2 可裂变核素在贮槽内积累，为废液后续的处理和处置带来困难或风险 待研究 无 1-3 b2+c2 有机相在贮槽内积累，为废液后续的处理和处置带来困难或风险 待研究 无 1-4 a2+b2+c2 可裂变核素在有机相中富集，引发临界 发生临界，131I向外环境排放增加 无 注：①预防临界安全功能相关的多重故障来自以下3方面安全设计的失效组合，包括：a2—萃取设备对核素的提取分离失效；b2—进入贮槽前的去除有机相的操作失效；c2—进入贮槽前的组分取样分析失效
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表 3 高放废液贮存系统放射性物质包容和辐射防护安全功能相关的多重故障汇总表
Table 3. Summary Table of Multiple-failure Related to the Radioactive Material Containment and Radiation Protection Safety Function of High-level Radioactive Waste Liquid Storage System
序号 多重故障① 发展情景 后果 有无造成放射性物质向外环境超标释放 2-1 a3+d3 废液进入混凝土浇筑层，后续可能渗入土壤 可能造成对土壤的超标释放 可能 2-2 a3+e3 贮槽泄漏的废液包容在设备室钢覆面内，设备室混凝土有贯穿裂缝，设备室周围橙区房间的辐射水平升高
（剂量率监测仪表报警）未造成向外环境超标释放 无 2-3 a3+f3 废液进入混凝土浇筑层，后续可能渗入土壤 可能造成对土壤的超标释放 可能 2-4 a3+h3 情景2-4-1：废液进入混凝土浇筑层，后续可能渗入土壤；情景2-4-2：废液进入废液转送目的地的设备室内 情景2-4-1：可能造成对土壤的超标释放；情景2-4-2：废液被妥善包容 情景2-4-1：可能；情景2-4-2：无 2-5 a3+i3 废液进入贮槽所在设备室钢覆面和集液坑，自热蒸
发，形成含氮的爆炸物，后续情景进一步细分为3种：
①情景2-5-1：通过设备室“塞子”（检修孔）泄爆，设备室完整。气溶胶通过橙区检修大厅房间的排风，进入红区设备室，再依次经过设备室排风过滤和橙区过滤器间排风过滤后，经烟囱排入大气；②情景2-5-2：贮槽所在设备室被炸破，其余建（构）筑物完好。废液进入混凝土浇筑层或土壤。同时，气溶胶进入设备室周围的橙区房间，经过橙区过滤器间的排风过滤后，最终经烟囱排入大气；③情景2-5-3：贮槽所在设备室被炸破，其余建（构）筑物也发生不同程度破损。废液进入混凝土浇筑层或土壤。气溶胶未经任何过滤，直接低空排入大气①情景2-5-1：气溶胶总共经过两级中高效过滤，不会造成对大气的超标释放；②情景2-5-2：废液进入土壤。气溶胶总共经过一级中高效过滤，气溶胶排放量级增加103；③情景2-5-3：废液进入土壤。气溶胶未经过任何过滤，低空排放，气溶胶排放量级增加107 情景2-5-1：无；情景2-5-2：无；情景2-5-3：有 2-6 a3+k3 气溶胶未经设备室的排风过滤，经橙区过滤器间的排风过滤后，最终经烟囱排入大气 气溶胶总共经过一级中高效过滤，气溶胶排放量级增加103 有 2-7 a3+j3+k3 设备室内排风管道破损泄漏，气溶胶留存在贮槽所在设备室内 不会造成对大气的超标释放 无 2-8 a3+k3+l3 气溶胶未经设备室的排风过滤，进入橙区排风管廊所在的房间空间，经橙区排风过滤器间的排风过滤后，最终经烟囱排入大气 气溶胶总共经过一级中高效过滤，气溶胶排放量级增加103 有 2-9 a3+k3+m3 气溶胶未经任何过滤，经烟囱排入大气 气溶胶未经任何过滤，气溶胶排放量级约增加106 有 2-10 a3+k3+n3 排风机房停止工作，设备室内气溶胶留存在贮槽所在设备室内 不会造成对大气的超标释放 无 2-11 a3+k3+p3 气溶胶未经设备室的排风过滤，经橙区过滤器间的排风过滤后，低空排入大气 气溶胶总共经过一级中高效过滤后，低空排放，气溶胶排放量级约增加104 有 2-12 a3+j3+k3+m3 设备室内排风管道破损泄漏，气溶胶留存在贮槽所在设备室内 不会造成对大气的超标释放 无 2-13 a3+k3+l3+m3 气溶胶未经设备室的排风过滤，进入橙区排风管廊所在的房间空间，最终经烟囱排入大气 气溶胶未经任何过滤，会造成对大气的超标释放 有 2-14 a3+k3+m3+n3 排风机房停止工作，设备室内气溶胶留存在贮槽所在设备室内 不会造成对大气的超标释放 无 2-15 a3+k3+m3+o3 气溶胶未经任何过滤，进入管沟内空间，最终经烟囱排入大气 气溶胶未经任何过滤，会造成对大气的超标释放 有 2-16 a3+k3+m3+p3 气溶胶未经任何过滤，低空排入大气 气溶胶未经任何过滤，低空排放，气溶胶排放量级约增加107 有 2-17 b3+c3 情景2-17-1：若贮槽呼吸排气系统的管道破损点位于贮槽或者尾气处理系统所在的设备室空间内，则废液进入设备室内；情景2-17-2：若贮槽呼吸排气系统的管道破损点位于尾气处理系统内（如：淋洗塔内），则废液进入尾气处理系统内 情景2-17-1：废液被妥善包容；情景2-17-2：废液被淋洗液稀释，淋洗液得到进一步处理 情景2-17-1：无；情景2-17-2：无 注：①放射性物质包容和辐射防护安全功能相关的多重故障来自以下16方面安全设计的失效组合，包括：a3—贮槽包容失效；b3—贮槽液位监测、报警失效；c3—贮槽呼吸排气管道包容失效；d3—设备室钢覆面包容失效；e3—设备室混凝土浇筑层破损；f3—设备室集液坑包容失效；g3—集液坑液位监测、报警失效；h3—集液坑处转送泄漏废液的设备包容失效；i3—备用贮槽包容失效；j3—设备室排风管道破损；k3—设备室排风过滤失效；l3—橙区管廊内排风管道破损；m3—橙区过滤器间排风过滤失效；n3—排风机房停止运转；o3—管沟内排风管道破损；p3—烟囱破损
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表 4 高放废液贮存系统热导出安全功能相关的多重故障汇总表
Table 4. Summary Table of Multiple-failure Related to the Heat Removal Safety Function of High-level Radioactive Waste Liquid Storage System
序号 多重故障① 发展情景 后果 有无造成放射性物质向外环境超标释放 3-1 a4+b4 贮槽液位上升，需将贮槽废液转移至备用贮槽 无 无 3-2 a4+c4 将贮槽废液转移至备用贮槽，备用贮槽启用应急冷却供水 无 无 3-3 c4+d4 丧失冷却，自热蒸发，形成含氮的爆炸物，后续情景进一步细分为4种：情景3-3-1：仅炸破贮槽，设备室完好，废液进入设备室；情景3-3-2：通过设备室“塞子”（检修孔）泄爆，设备室完整。气溶胶通过橙区检修大厅房间的排风，进入红区设备
室，再依次经过设备室排风过滤和橙区过滤器间排风过滤后，经烟囱排入大气；情景3-3-3：贮槽所在设备室被炸破，其余建（构）筑物完好。废液进入混凝土浇筑层或土壤。同时，气溶胶进入设备室周围的橙区房间，经过橙区过滤器间的排风过滤后，最终经烟囱排入大气；情景3-3-4：贮槽所在设备室被炸
破，其余建（构）筑物也发生不同程度破损。废液进入混凝土浇筑层或土壤。气溶胶未经任何过滤，直接低空排入大气情景3-3-1：气溶胶总共经过两级中高效过滤，不会造成对大气的超标释放；情景3-3-2：气溶胶总共经过两级中高效过滤，不会造成对大气的超标释放；情景3-3-3：废液进入土壤。气溶胶总共经过一级中高效过滤，气溶胶排放量级增加103；情景3-3-4：废液进入土壤。气溶胶未经过任何过滤，低空排放，气溶胶排放量级增加107 情景3-3-1：无
情景3-3-2：无
情景3-3-3：有
情景3-3-4：有3-4 c4+e4+f4 废液转移至备用贮槽，启用应急冷却供水 无 无 注：①热导出安全功能相关的多重故障来自以下6方面安全设计的失效组合，包括：a4—压空气镇器搅拌失效；b4—冷却管道破损；c4—冷却供水丧失；d4—应急冷却供水丧失；e4—贮槽内温度监测、报警失效；f4—备用贮槽破损
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表 5 高放废液贮存系统防止化学危害安全功能相关的多重故障汇总表
Table 5. Summary Table of Multiple-failure Related to the Safety Function to Prevent Chemical Hazards of High-level Radioactive Waste Liquid Storage System
序号 多重故障① 发展情景 后果 有无造成放射性物质向外环境超标释放 4-1 a5+b5 废液辐解产生氢气，后续情景细分为两种：情景
4-1-1：氢气通过贮槽呼吸排气系统排出，未发生实质性积累；情景4-1-2：氢气聚集到一定体积浓度，发生氢气爆炸。后续情景同序号3-3情景4-1-1：无
情景4-1-2：同序号3-3情景4-1-1：无
情景4-1-2：同序号3-34-2 a5+c5 同序号4-1 同序号4-1 同序号4-1 4-3 a5+d5 废液辐解产生氢气，氢气浓度得到妥善的监测和报警，氢气吹扫系统必要时投入使用。氢气通过贮槽呼吸排气系统排出，未发生实质性积累 无 无 4-4 a5+c5+d5 废液辐解产生氢气，氢气聚集到一定体积浓度，发生氢气爆炸。后续情景同序号4-1-2 同序号4-1-2 同序号4-1-2 注：①防止化学危害安全功能相关的多重故障来自以下4方面安全设计的失效组合，包括：a5—进入贮槽前的组分取样分析失效；b5—贮槽内氢气浓度监测、报警失效；c5—贮槽内压空氢气吹扫系统失效；d5—贮槽呼吸排气系统失效
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表 6 对外环境造成同种类型影响的工况汇总表
Table 6. Summary Table of Working Conditions that Cause the Same Type of Impact on the External Environment
是、否或可能会造成放射性物质向外环境的超标释放 相应工况的序号 总数/例 否 “预防临界”安全功能相关的序号1-1、序号1-2、序号1-3、序号1-4；“放射性物质包容”和“辐射防护”安全功能相关的序号2-2、序号2-7、序号2-10、序号2-12、序号2-14、序号2-17；“热导出”安全功能相关的序号3-1、序号3-2、序号3-4；“防止化学危害”安全功能相关的序号4-3 14 可能 “热导出”安全功能相关的序号3-3；“防止化学危害”安全功能相关的4-1、序号4-2、序号4-4 8 是 “放射性物质包容”和“辐射防护”安全功能相关的序号2-6、序号2-8、序号2-9、序号2-11、序号
2-13、序号2-15、序号2-167 如果单个序号的工况细分为若干情景，其中，部分情景造成放射性物质向外环境超标释放，部分情景不会造成放射性物质向外环境超标释放，该种工况此处视为“可能”造成放射性物质向外环境超标释放
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表 7 可能造成向外环境超标释放的工况及其最后一层包容屏障汇总表
Table 7. Summary Table of Working Conditions that May Cause Excessive Release to the External Environment and Their Final Containment Barrier
工况序号 工况的多重故障 工况的发展情景 最后一层包容屏障 2-1 贮槽泄漏，叠加设备室钢覆面泄漏 废液进入混凝土浇筑层，后续可能渗入土壤 混凝土浇筑层 2-3 贮槽泄漏，叠加设备室集液坑泄漏 2-4 贮槽泄漏，叠加设备室集液坑处的转送泄漏废液的设备破损泄漏 2-5 贮槽泄漏，叠加备用贮槽失效 废液进入贮槽所在设备室钢覆面和集液坑，自热蒸发，形成含氮的爆炸物；第一种情景：通过设备室“塞子”（检修孔）或进排风管道泄爆，设备室完整；第二种情景：贮槽所在设备室被炸破，其余建（构）筑物完好。废液进入混凝土浇筑层或土壤。同时，气溶胶进入设备室周围的橙区房间，经过橙区过滤器间的排风过滤后，最终经烟囱排入大气 第1种情景：设备室；第2种情景：废液的屏障为混凝土浇筑层或土壤，橙区过滤器间的排风过滤 3-3 冷却供水丧失，叠加应急冷却供水丧失 4-1 进入贮槽前的组分取样分析失效，叠加贮槽内氢气浓度监测、报警 4-2 进入贮槽前的组分取样分析失效，叠加贮槽内压空氢气吹扫系统 4-4 进入贮槽前的组分取样分析失效，叠加贮槽内压空氢气吹扫系统，再叠加贮槽呼吸排气系统失效
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表 8 会造成向外环境超标释放的工况及其后果汇总表
Table 8. Summary Table of Working Conditions that Would Cause Excessive Release to the External Environment and Their Consequences
工况序号 工况的多重故障 工况的发展情景 工况对外环境增加的放射性物质释放量量级 2-6 贮槽泄漏，叠加设备室排风过滤失效 气溶胶总共经过一级中高效过滤 103① 2-8 贮槽泄漏，叠加设备室排风过滤失效，再叠加橙区管廊内排风管道泄漏 气溶胶总共经过一级中高效过滤 103 2-9 贮槽泄漏，叠加设备室排风过滤失效，再叠加橙区过滤器间排风过滤失效 气溶胶未经任何过滤 106 2-11 贮槽泄漏，叠加设备室排风过滤失效，再叠加烟囱失效 气溶胶总共经过一级中高效过滤后，低空排放 104~105② 2-13 贮槽泄漏，叠加设备室排风过滤失效，再叠加橙区管廊内排风管道泄漏，再叠加橙区过滤器间排风过滤失效 气溶胶未经任何过滤 106 2-15 贮槽泄漏，叠加设备室排风过滤失效，再叠加橙区过滤器间排风过滤失效，再叠加管沟内排风管道泄漏 气溶胶未经任何过滤 106 2-16 贮槽泄漏，叠加设备室排风过滤失效，再叠加橙区过滤器间排风过滤失效，再叠加烟囱失效 气溶胶未经任何过滤，低空排放 107~108 注：①根据国内实际工程的安全分析实践，假设在一级中高效过滤器失效情况下，过滤效率下降103；②根据国内实际工程的环境影响评价实践，假设烟囱（高架）排放与就地低空排放的排放量级差异在101~102
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