事故树分析法在AP1000 核岛大型模块吊装作业安全中的应用

发表时间:2015/9/15   来源:《工程建设标准化》2015年5月总第198期供稿   作者:彭冬花 李向阳
[导读] 南华大学环境保护与安全工程学院,湖南,衡阳 以降低核岛大型模块吊装作业的事故发生率,为该类事故的预防和控制提供参考。

彭冬花 李向阳
        (南华大学环境保护与安全工程学院,湖南,衡阳,421001)
        【摘 要】“标准化设计、工厂化预制、模块化施工”的AP1000 核岛建设先进理念和创新方法使得起重吊装作业成为AP1000核岛建设的关键技术之一。本文利用事故树分析方法对AP1000 某核岛大型模块的吊装作业可能发生的伤害事故进行分析,找出事故发生的基本原因及其组合。据此从人、机、法、环、监五个方面提出避免事故发生的建议措施,以降低核岛大型模块吊装作业的事故发生率,为该类事故的预防和控制提供参考。
        【关键词】 事故树分析;AP1000;大型模块;起重吊装作业;对策措施
        AP1000(Advanced Passive PressurizedWater Reactor 非能动先进压水堆) 是Advanced Passive PWR 的简称,1000 指的是其功率水平达百万千瓦级,该堆型是美国西屋公司在已开发的非能动先进压水堆AP600的基础上延展设计开发的三代核电堆型。AP1000 作为一种先进的非能动式压水堆核电技术,简化的非能动设计是其显著特点,其主要体现在电厂系统和安全系统的设备和部件方面进行的简化,这样极大提高了核电系统的安全性和核电建造的经济性。AP1000核电建设的另一个重要特点是其现代化模块建造技术,大致分为结构模块和设备模块两类,这些模块经工厂预制、现场拼装后整体吊装,如此既提高了安装质量,同时大大缩短了核电建设周期,节约建造成本,更有利于核电标准化的建立。相比AP600 堆型,AP1000 核电达到增容目的同时,实现了更安全、更简洁、更经济、更高效的核反应堆技术。
        2007 年底我国与美国签订协议正式启动,西屋AP1000 核电技术成功转让并引进至我国,2009 年12 月浙江三门和山东海阳核电站作为AP1000 技术的两个依托项目各有两个机组相继开工,这也标志着AP1000技术方案开始进入施工阶段。2009 年6 月29日,三门核电站一号机组核岛最大的结构模块CA20 模块成功吊装就位,开启了中国核电站工程模块化建造的新时代。CA20 模块的工厂化预制和现场拼装、组焊、整体吊装的顺利完成,标志着AP1000 技术的模块化设计和施工的先进理念已经从理论变成了现实。然而,AP1000 核电作为中国三代核电的首堆,也是世界首堆,截至目前,国内外在其施工安全管理方面还未形成统一的标准和规范,在建造过程中存在较大的安全风险和隐患,故要对AP1000 核岛模块化建造过程的安全进行系统研究。
        1 AP1000 核岛大型模块安装危险源辨识危险源,顾名思义是指危险产生的源头,即是指可能导致人身伤害或者疾病、财产损失、工作环境破坏或这些情况组合的因素或状态[1]。在AP10000 核岛模块安装时,模块经过工厂预制、装卸、搬运,再进行现场焊接、拼装,最后起吊安装。某AP1000 核电共178 个模块,其中结构模块108 个,分成CA、CB、CH、CS 几种,设备模块78 个,分为设备类(KQ、KB、KU、KT)与管道阀门类(Q、R、W)。由于这些模块中大型模块为数不少,且其吊装风险更大,故本文主要针对起吊重量超过500t 的大型模块,如CA20、CA01、CV 筒体、CV 顶底封头、蒸汽发生器、环吊等进行分析。根据GB6441-86《企业伤亡事故分类标准》,在核岛模块设备安装过程中可能发生的事故主要有:灼伤、触电、物体打击、运输的车辆伤害、使用机械造成伤害、模块起重吊装时造成伤害等。
        由于核岛建造所需设备或模块是大型甚至巨型,重量重且体积大,还形状各异,在安装过程中需运用到起重吊装机械较多,即起重吊装作业频繁。起重机械作为国家规定的特种设备之一,因为其设备本身和外在因素的影响极易发生事故,并且一旦发生事故会造成人身伤亡及重大经济损失,危险性极大,且加上吊运的模块安装精度高、就位空间狭小、就位环境复杂、安装难度大、模块易变形等特点,故综上可知,大型模块的起重吊装伤害是最大的危险源。故本文运用事故树分析法对AP1000 核岛大型模块吊装作业过程的安全进行研究分析。
        2 AP1000 大型模块吊装机械选择及其吊装事故类型
        在AP1000 核岛建造过程中,重物的搬移、吊运、装卸均由起重作业完成,起重机械的类型众多,根据施工环境、起重物特点等选择合适的起重机。由于核岛建设的模块具有重量重、体积大、壁厚薄,制作、运输、吊装、安装过程变形控制难等诸多特点和安装精度高、就位空间狭小、就位环境复杂、安装难度大等难点,尤其是大型模块,更是难上加难。而履带式起重吊装机具有的起重量大、可带载行走、接地比压小、可实现一机多用、作业高度和幅度大等优势恰巧可克服模块化问题,故目前我国AP1000 核岛大型模块吊装选用的为步履式起重机。又由于建造所用大型模块占主要部分且其具有其无可比拟的特殊性,经过认真的比对分析和广泛调研,目前运用于我国某核电工程核岛大型模块吊装的有德国DEMAG 公司的CC8800-TWIN 3200 吨履带吊[2]、长沙中联重工科技发展有限公司的QUY500W 500 吨履带式起重机等,而前者它是世界第二吨位,亚洲最大吨位的起重机,在设计操作等方面还不尽成熟,存在隐患。
        通常,起重吊装事故按发生原因,可分为重物坠落事故、倒塌、折断、倾翻事故,挤压事故、高处坠落事故,触电事故,撞击事故等[3]。对于AP1000 核岛大型模块吊装作业中,模块坠落导致挤压、砸伤人员或砸坏设备等系列事故概率相对较大,而起重机倾翻事故严重度较高,因此,本文主要针对履带式起重机对大型模块的吊装作业过程中的倾覆事故及模块坠落事故共同进行分析评价,提出预防措施。
        3 履带式起重机吊装作业伤害事故树分析
        3.1 事故树分析法简介事故树分析(Fault Tree Analysis,简称FTA)也可称作故障树分析。它从一个可能的事故(顶事件)开始,由上而下、一层一层地寻找导致顶事件的直接原因事件和间接原因事件,直至基本原因事件(基本事件),并用逻辑图把这些事件之间的逻辑关系表达出来[4]。事故树分析是一种演绎分析方法,即从结果分析原因的方法,是安全系统工程的重要分析方法。
        本文利用事故树分析法对AP1000 核岛大型模块的吊装作业安全进行分析,通过对其吊装作业过程中可能发生的伤害事故的各种原因和逻辑关系做出全面、严谨、形象而简洁的描述,从而控制这些导致事故的危险有害因素,提出针对性的对策措施,避免此类事故的发生,同时也为其改进安全设计、采取安全管理措施、制定安全技术对策和相关安全标准和事故分析提供依据。
        3.2 构建事故树
        为了更好地预防AP1000 核岛大型模块吊装作业过程的伤害事故,找出事故发生原因,故选用事故树分析方法对大型模块履带式起重机吊装作业伤害事故进行分析。通过查阅文献、现场调研、数据统计,构建出了AP1000 核岛大型模块履带式起重机吊装作业伤害事故树,见图1。事故树事件说明如表所示,见表1。
        3.3 事故树定性分析
        3.3.1 最小割集
        割集是指由事故树的某些基本事件构成的集合[4],且当集合中的所有基本事件均发生时顶事件一定发生。最小割集是指集合中的基本事件是导致顶上事件发生的充分必要条件的集合,这反应的是系统的危险性。一个最小割集对应一种事故发生模式。事故树的顶事件若发生,必然是某个最小割集中基本事件同时发生而导致的结果。
        3.3.3 结构重要度分析
        结构重要度是指事故树的各基本事件在事故树结构上的重要程度,它是在不考虑各基本事件的发生概率,或者假设各基本事件发生概率都相等的情况下,分析各基本事件的发生对顶上事件的发生能产生的影响程度,通常用IΦ(i)表示[4]。基本事件的结构重要度越大,则表明它对顶事件的影响程度越大,反之亦然。
        C1(人躲闪不及)是顶上事件发生的条件事件,只要C1 条件事件不发生,顶上事件就不会发生,所以,C1 的结构重要度为1。

        3.4 分析结论
        (1)本事故树中共有2 个条件事件,29个中间事件,52 个基本事件,其中基本事件中包括一个省略事件X7(机器失灵),25 个逻辑或门和5 个逻辑与门,最小割集429 个,最小径集34 个,显然导致事故的途径很多,但预防事故的途径较少,整个系统的危险性较大。
        (2)从最小割集和最小径集可以看出,人躲闪不及是顶上事件发生的条件,所以,只要保证C1 不发生,就能预防顶上事件的发生。根据轨迹交叉理论,控制人的不安全行为,使得人的不安全行为和物的不安全状态在时间和空间无法相遇,事故也就无法发生;其次,日常检查和保养(C2)在控制物的不安全状态方面尤为重要,同理,做好起重吊装设备的日常保养和作前检查是必不可少的,也是预防事故发生的重要途径。

       根据结构重要度分析总结,对于AP1000核岛大型模块吊装作业伤害事故预防主要从人、机、法、环、监五个方面进行,其中重点控制人的不安全行为及物的不安全状态,避免事故轨迹交叉,从而避免事故的发生。
        4 事故预防对策措施
        (1)工作人员方面。①所有作业人员定期进行安全教育培训,增强全体作业人员的安全意识和防范能力,使其牢固树立以人为本、安全第一的理念,并具备识别作业周边环境且及时处理突发状况的能力。②特殊作业人员必须持证上岗,特殊作业人员必须经过专业培训学习,具备相关业务要求和操作水平,并做好岗前培训,熟悉业务,考核合格,方可上岗,杜绝无证上岗或带病操作,并严格执行操作规程。③管理人员以身作则,安全管理人员由具有相关专业知识的专人担任,并实行连带责任制度;现场安全管理人员在作业前进行班前安全教育,并进行作业环境班前安全检查和吊装前的风险提示工作;作业中,认真履行职责,提高警惕,发现不安全行为及时有效制止,机械设备的不安全状态要及时处理或报告。④组织相关人员进行吊装作业危险识别培训,对吊装现场风险有所了解。
        (2)机械设备方面。①选择合适的吊装设备,根据吊装模块的重量、形状、体积、变形度等属性和特点选择吊装设备,目前,某核岛大型模块吊装建议选用的是德国DEMAG 公司的CC8800-TWIN 3200 吨履带吊[2]。②对吊装设备进行日常检查及定期维护保养,实行动态监测,若有异常及时处理[5]。③吊装前对设备进行安全检查,重点检查点包括配件是否损耗报废、安全保护装置是否正常、关键部位连接是否有误及工作所需燃料能量是否充足等。④制定并完善AP1000 核岛大型模块吊装机械设备标准。
        (3)作业方法方面。①根据吊装模块设备的实际情况,制定出最适合的吊装方案。②成立技术评审专家委员会,建立并完善技术评审制度。委员会对吊装方案进行审核并提出意见或建议,使方案得以调整优化。③做好吊装作业的风险识别与消减工作,管理人员需对吊装过程进行危险辨识,并制定相应消减措施,和施工组织方案,且认真组织落实。④做好吊装工作技术交底。⑤制定并完善AP1000 核岛大型模块吊装作业标准。
        (4)作业环境方面。①改善作业环境,增大吊装场地,做好路基板,保证路面平整,专车用专路;使用消音器,减少作业噪声;②吊装作业前,做好现场作业环境勘察和预测等。③提前做好作业环境变化的应急预案,随时注意吊装作业环境的变化,根据情况灵活应对。
        (5)监督检测方面。吊装过程中,现场监督人员实行现场监督,随时发现现场安全隐患,并及时采取措施使其消除。监督内容主要包括有如下:有无设置吊装禁区、有无安全警示标志、作业环境是否良好、是否存在新的风险且有无有效消减措施、有无无关作业人员在作业禁区、现场作业人员是否具备相应资质、作业人员精神状态是否良好、有无对吊装机械设备进行吊装前安全检查、作业人员作业中是否严守操作规程等。
        5 结语
        AP1000 核电的建造是采用引进、消化、吸收、再创新的模式,非能动性的设计原理和模块化建造技术是其显著特点,这使得大型模块设备的起重吊装成了核岛建设的重点也是难点。事故树分析法作为一种有效的系统演绎分析法,能清晰明了的表达引起事故发生的原因及各原因之间的逻辑关系,并找出导致事故发生的组合模式和预防事故发生的最佳方案。本文主要利用事故树分析方法对AP1000 核岛大型模块设备吊装作业伤害事故进行研究分析,并根据分析结果,分别从人、机、法、环、监五个方面提出相应的事故预防对策措施,为我国AP1000 核岛大型模块吊装作业安全管理提供参考和依据。
        参考文献:
        [1]孙富达.建筑施工危险源辨识与控制研究[D].广西大学,2012
        [2]刘宝勇,张明志.海阳核电工程核岛大件吊装管理探索与实践[J]. 中国工程咨询,2011,(8):20-22.
        [3]上少军.起重机械起吊物坠落伤人事故树定性分析[J].安全,2011,(8):19-21,24.
        [4]林柏泉,张景林.安全系统工程[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2010
        [5]冯秀玲,董彬,李德章.吊装作业安全管理要点[J].交通企业管理,2012,(3):39-41
        基金项目:
        2013 年湖南省研究生科研创新项目:AP1000 核岛模块化设备安装安全风险研究(CX2013B391)
        作者简介:
        彭冬花(1989.11-),女,湖南衡阳人,南华大学,在读硕士研究生,研究方向为安全工程。

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