台灣風險分析學會

 

 

 2022年第5期

量化風險評估技術應用於核能電廠火災分析      

 核能研究所核子工程組副組長 徐碧璘、核能研究所所務發展諮議委員會執行秘書 高梓木
   Release: Mar 3, 2022

 

前言

每天新聞媒體從不缺火災事件的畫面，包括如：民宅烹煮食物不當釀災，工業區未裝設消防栓無法及時控制火勢，工廠大火造成消防員死傷慘重，這些悲劇一再重演，如果核能電廠發生火災也無法避免嗎？其實不然，量化風險評估 (Probabilistic Risk Assessment, PRA)技術可識別潛在的重要事故情境，也就是找出可能出錯的問題點，評估這些問題點發生的可能性有多高，以及出錯會造成什麼後果，以利我們預先分析核能電廠火災影響範圍，並依火災風險與後果的嚴重度建立消防措施，避免火源擴散，將災害及損失降到最低。

核能電廠火災量化風險評估

1975年美國Browns Ferry核電廠電纜室發生火災，原本為了偵測廠房穿越管是否密封良好的燭火，卻意外造成密封材料與電纜起火燃燒，這起火災延燒了快7小時才被撲滅，火災中嚴重燒毀的電纜導致重要的安全設備無法使用，美國核管會有鑑於此事故的經驗教訓，提出反應器安全報告WASH-1400的補充說明，評估Browns Ferry核電廠電纜火災的潛在風險，並要求運轉中核能電廠增加火災風險管理。

核能電廠火災量化風險評估流程說明如下，從構成火災情節的要件，包括：燃火源、標的物、空間相依性與相關的防火設計特性等，找出最大的火災風險情節，即可對症下藥，有效降低火災風險，提升火災防護安全指標。

(1).每個火災情節都是從燃火源起火開始，依據一般業界統計數據與電廠相對應燃火類組的配比結果，我們可以確認分析隔間內火災情節肇始的燃火頻率。如圖1。

圖1 燃火源頻率分析

(2).標的物是否遭受火損的判定與燃火源的距離及火災強度有關，可透過現場實際踏勘的量測與界定來估算其火損機率，也就是所謂的嚴重度因子。如圖2。

圖2 估算火損機率

(3).發生火災時，若起火現場設有火災偵測系統，則可立即發出警報，通知人員手動滅火或自動啟動消防系統進行滅火，盡可能有效抑止火災；若無法及時將火源撲滅，則火災將持續蔓延擴大，此刻執行火災分析時必須考量未撲滅機率。如圖3。

圖3 估算未撲滅機率

(4).電纜在火損過程中可能發生熱短路(hot short)現象，因設備是經由電纜給予驅動電力與控制操作，則可能對重要系統設備造成不樂見的誤動作，因此針對電纜火損的情節必需額外界定其對設備的影響，此即為電路失效機率。如圖4。

圖4 估算電路失效機率

(5).將各火災情節內確認火損的設備、電纜與其對應發生機率等參數放入電廠火災分析模型，以利量化求解條件爐心熔損機率。如圖5。

圖5 估算條件爐心熔損機率

(6).接續將單一火災情節燃火頻率(λ)、嚴重度因子(SF)、未撲滅機率(Pns)、電路失效機率(Pcf)與條件爐心熔損機率(CCDP)相乘，即可得到分析火災情節發生且造成爐心熔損的年發生機率(CDF)。計算式如下。

(7).最後將每個火災情節的CDF數值加總(ΣCDFi)，即為電廠整體火災風險值。

案例分析

以核能電廠緊急海水泵室為例，進行火災量化風險評估，首先檢視隔間內的固定燃火源，進行火災情節分析。從圖6設備平面圖找到緊急海水泵室(以黃框標示)，隔間內燃火源與重要設備為一台泵(pump)、兩個電氣櫃，圖7之3D立體圖配置圖更可清楚掌握設備及電纜之間的空間相對位置。若以隔間內電氣櫃1C3E起火為例分析火災情節，依據起火源(電氣櫃1C3E)與標的物(電纜托網)的相對位置，可排除在影響範圍外的電氣櫃1RU04。可能的火災情節會有兩種，第一種是電氣櫃1C3E起火，電氣櫃上方的電纜托網可能受到煙雨流而損壞；第二種情節為電氣櫃1C3E起火後之側邊熱輻射損害pump 1P4A。經現場實地評估，將影響區內設備相對位置記錄下來，進行火災情節模擬，得到嚴重度因子與未撲滅機率，再納入電路分析及人為可靠度分析，進行條件爐心熔損機率計算，即可完成電氣櫃1C3E之火災情節風險量化評估，如表1。

圖6 緊急海水泵室平面圖

圖7 緊急海水泵室火災情節分析

 

表1 電氣櫃1C3E之火災情節風險量化評估結果

依據火災風險評估結果，可統計出廠區內各隔間的火災風險排序，有助於規劃防火改善的優先次序。若在高火災風險隔間內加裝適當的自動滅火系統，估計可使全廠火災風險有效降低18%，達到性價比最優化的指標成效。

結語

核能研究所將PRA技術應用於國內核能電廠已近40年，藉由風險評估發掘系統潛在弱點，並依照風險等級進行改善措施，確保核能安全。另外，核能研究所自2000年起執行國內核電廠火災PRA相關計畫，計畫產出已載於台電工程月刊及國外期刊論文，其成效除了將火災風險資料庫系統化以優化應用介面；現場踏勘量測蒐集資料以符實火災情節；火災電路失效效應分析以深化火損影響；火災風險量化結果排序以提昇改善效益之外，亦提出消防改善建議，協助電廠將有限資源花在刀口上，以利核能電廠在符合安全與管制單位要求的原則下，防止火災發生或一旦發生火災如何迅速撲滅火源以減緩火災事件後果衝擊，達成管制與營運單位聚焦於風險管理的雙贏局面。

 

參考文獻

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