核电站安全专家 Omniflex总监 Gary Bradshaw讨论了新的全厂安全关键系统如何提高操作员响应时间和事件分析能力。
没有哪个工业部门像核工业那样受到如此严格的监管，也没有哪个工业部门的关键任务安全系统比核工业更重要。全厂安全关键系统包括工厂控制系统、放射性监视器和关键警报，必须满足 IEC 61508 安全完整性等级 (SIL)。
在本文中，布拉德肖分享了核工业安全系统的概述，并讨论了一些提高核设施安全的系统。
核电站事故的危险凸显了对安全关键系统的需求
核工业是一个低风险、高后果的行业。因此，虽然发生工业事故的可能性很小，但一旦发生，那就是灾难性的。
迄今为止，历史上只有两起核电站事故被国际核事件分级表(INES)列为七级事件。切尔诺贝利灾难和福岛第一核电站事故导致大约 50 万人疏散。
虽然这些是全球商业核电运营累计超过 19,000 个反应堆年中发生的唯一重大核事故，但福岛第一核电站暴露的反应堆失控的画面仍然萦绕在许多人的脑海中。
十年过去了，安全仍然是核工业议程的首要问题，该行业所有新的全厂安全系统和协议的制定都是考虑到这一点。
例如，先进核系统安全增强方法(EMEANSS)项目旨在降低与开发新核能技术相关的风险。
这个为期四年的项目汇集了来自英国和印度各地的科学家，由班戈大学核未来研究所的西蒙·米德尔堡博士领导。它将利用实验数据和机器学习来开发关键领域复杂的安全关键系统和模型，例如用于核发电的新燃料。
通过对新燃料的性能进行建模，科学家们希望提高运营效率和全厂安全性。核燃料在一些最极端的条件下运行，预测它们在反应堆中使用时的行为对于确保它们保持在安全运行参数内非常重要。
虽然像 EMEASS 这样的研究项目无疑将在核工业工厂安全的发展中发挥关键作用，但该行业仍然受到严格监管，工程师往往对采用新技术犹豫不决。例如，许多工厂经理不愿意采用商业现成的 COTS 产品，尽管它们具有一些关键优势。
核工业是一个受到严格监管的环境
每个英国核设施都必须遵守用于监测环境中α、β和γ辐射水平的辐射防护系统的严格规定。
这些法规由健康与安全执行局 (HSE)、核监管办公室 (ONR) 和核退役管理局 (NDA) 制定。它们旨在避免发生事故的可能性，并最大限度地减少事故发生时对人类造成的重大后果。
IEC 61508 SIL 评级对此至关重要，因为它们可以帮助工厂经理识别工厂范围内的安全关键系统，无论是否有人操作，该系统都应正常运行。
IEC 61508 标准定义了四个 SIL，其中 SIL-1 是最不严格的，SIL-4 是最严格的。任何达到 SIL-2 或更高等级的系统都必须能够在没有操作员的情况下运行。安全关键系统(例如要求操作员确认异常状态警报并采取行动的本地警报信号器)最多只能达到 SIL-1。
然而，核设施控制系统必须自动运行，无需操作员操作，并且必须至少获得 SIL-2 认证。
例如，即使操作员错过了高级警报，安全系统也可以自动执行安全关闭程序，避免灾难。
网络化放射监测
传统上，核设施使用非联网壁挂式辐射防护仪器来监测α、β和γ水平。
如果发生高水平辐射警报或仪器故障，监视器会检测到并发出局部警报。然而，为了遵守行业严格的操作指南，辐射防护系统联网成为标准做法。为了实现这一目标，该行业必须应对安装、网络和测试设备的极高成本和中断。
这是因为每个全厂范围的安全关键系统都是定制的，需要大量的新布线和熟练的接线工来安装和测试系统的每个单独部分。这项工作需要几个月的时间才能完成和验证，只有在维护或仪器需要移动到新设施区域时才会重复。
当国家核实验室 (NNL) 的任务是在塞拉菲尔德核电站安装 130 个数据收集点以连接大量辐射防护仪器时，使用传统方法是不可行的。这需要几个月的时间才能完成，并且涉及大量的布线和安装成本。
为了克服这些挑战，Omniflex 与 NNL 高级项目经理 Steve Parkin 合作设计了 RPN1 辐射监测接口设备。
RPN1 是一款网关设备，旨在简化通过 RS485 通信端口从各种辐射防护监视器收集数据的过程。它将它们连接到工厂的 SCADA 系统。它是一款 COTS 产品，可在几分钟内安装完毕，节省数千工时，并且无需在每台显示器上铺设数英里昂贵的电源线。
此外，它经过标准化处理，符合 ISO 9001 质量水平，因此在安装或测试期间无需进行额外的第三方检查。
在塞拉菲尔德现场安装 RPN1 帮助 NNL 节省了超过 100 万英镑的成本，确保人员在活动区域花费的时间大大减少，并加快了安全系统的交付和主动服务。此后，这些装置已用于其他塞拉菲尔德现场项目，并指定用于未来五年计划的新项目。
RPN1 的技术发展使 Omniflex 于 2016 年荣获核退役管理局创新奖。
核废料如何安全储存?
核电站安全的最后一个需要强调的领域是核废料的安全储存。不同种类的废物需要不同种类的容器和不同组的需要监测的关键参数。
然而，无论何种类型，所有核废料都极其危险，必须谨慎处理。废物储存地点的传感器和任何其他电气设备必须在极其危险的环境中运行数十年，并且包括可在无人干预的情况下运行数十年的电源。
为了提高监测长期储存废物容器状况的能力，Sellafield Ltd 最近委托 Nuclear AMRC开发用于废物监测的新型智能传感器技术。该项目的重点是开发新的传感器，以确保英国核计划最初几年废物的长期安全。
新的传感器安全系统提供了数十年储存期间废物状况的数据。塞拉菲尔德有限公司每年生产数千个核废料容器，所有这些容器都需要现场存储。在整个储存期间，塞拉菲尔德必须通过数十年的储存过程中的现场监测来证明废物、容器和储存设施正在按照预期发展。
如果核工业要防止未来发生像切尔诺贝利和福岛第一核电站这样的严重后果事故，就必须继续创新和开发新的全厂安全关键系统。
