Evaluación de procedimientos desde la perspectiva probabilistica para la seguridad nuclear: aplicación a un reactor Westinghouse PWR

Abstract

Probabilistic Risk Assessment for the evaluation of procedures in the Nuclear Safety field. Application to a pressurized water reactor. The studies contained in this PhD are involved in the Nuclear Safety research field. Both are related to the Risk Informed philosophy with the improvement of the risk decision-making as a main target. Probabilistic Safety Assessment is the main tool for the development of the PhD and it is also the common research field for the assessment of its applications and limitations. The Nuclear Engineering Research Group (NERG) in the Technical University of Catalonia (UPC) decided to research in the development of new techniques and methodologies for a better assessment of the nuclear safety.The carried out studies contained in the PhD are based on a three loops Westinghouse Pressurised Water Reactor (PWR). Plant documentation (operation instructions, procedures, design basis, databases, safety studies, technical specifications, etc.) as well as scientific reviews; have made possible the achievement of the results and publications related to the PhD. The safety standards of the Nuclear Regulatory Commission (NRC) and the International Atomic Energy Agency (IAEA) have always been taken into account during the research. The thesis consists of two main parts: I) Quantification of the Outage Key Safety Functions using the Probabilistic Safety Assessment. II) Risk assessment of the spent fuel pool associated risk from the probabilistic view. The first study is based on the risk quantification of a deterministic procedure using the Probabilistic Safety Assessment. The analysed procedure contains the key safety functions during the outage. The result is the creation of a methodology which gives values to risk associated to the non-compliance of the key safety functions. It makes easier the decision-making during the plant operation. Second part, consists first in the development of the Probabilistic Safety Assessment (PSA) of a spent fuel pool. It is a Level 1 PSA containing all tasks for the performance of the study: Initiating events analysis, scenarios and consequences quantification, human reliability analysis, etc. Afterwards, using the developed PSA, the interaction with the deterministic analysis begins. Risk associated to design, technical specifications, operation and procedures is quantified. Again, the interaction between both risk assessment philosophies as a main find of this PhD is achieved. The evaluation of risk associated to deterministic studies using probabilistic tools makes possible the detection weaknesses in both techniques. Some of the numerical values presented in that thesis, may be slightly different to their real quantification result. Some of the technical names of components or systems may also defer. That is because of the existing data confidentiality associated to the project agreement.

La seguridad es el marco principal en el que se sitúan los dos estudios recogidos en esta tesis. Ambos se integran en el programa de investigación de la industria nuclear y tratan de implementar aplicaciones basadas en la información relativa al riesgo, con el objeto de facilitar la toma de decisiones en el campo de la planificación y explotación óptima de las centrales nucleares. Los Análisis Probabilistas de Seguridad son la herramienta común para el desarrollo de los estudios así como el campo dónde se investiga durante la Tesis para mejorar sus limitaciones y aplicaciones. Desde en Nuclear Engineering Research Group (NERG) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) se apostó por la línea de investigación de desarrollo de nuevas técnicas y metodologías de análisis de seguridad aplicadas a la industria nuclear. Un reactor Westinghouse de agua a presión (PWR) de tres lazos ha sido la base sobre la que se han aplicado los estudios de esta tesis. La documentación de la planta (instrucciones de operación, procedimientos, bases de diseño, criterios de éxito, bases de datos, estudios de seguridad, etc.) junto a un amplio espectro de publicaciones científicas en el campo, han permitido el hallazgo de resultados que se publican en esta tesis doctoral. Siempre, bajo los estándares de seguridad de la Nuclear Regulatory Commission y la Agencia Internacional de la Energía Atómica. La Tesis se compone de dos partes principales: I) Cuantificación de las Funciones Clave de Seguridad en parada mediante el Análisis Probabilista de Seguridad. II) II) Análisis del riesgo asociado a una Piscina de Combustible Gastado (PCG) de un reactor de agua a presión desde la óptica probabilista. La primera parte es fruto de la aplicación del análisis probabilista para la cuantificación del riesgo de un procedimiento determinista de la central nuclear en cuestión. Se consigue desarrollar una metodología que permita dar valores numéricos al riesgo que supone un mal cumplimiento de las funciones clave de seguridad de un procedimiento de operación. A parte del valor científico, que supone esta metodología, se obtienen unos resultados de la aplicación que posibilitan la toma de decisiones en planta. El segundo bloque de esta tesis consiste inicialmente en el desarrollo del Análisis Probabilista de Seguridad de la PCG de una central nuclear. Se trata de un estudio de Nivel 1 y contiene todas las tareas para un análisis de riesgo: evaluación inicial de los sucesos, cuantificación de las probabilidades de escenarios y consecuencias, análisis de fiabilidad humana, et. Al igual que en la parte I, una vez disponible la visión probabilista de la instalación, da comienzo la interacción con los diversos análisis deterministas referentes a la PCG. Se evalúa y cuantifica el riesgo asociado al diseño, especificaciones técnicas, operación y procedimentación. Una vez más, se consigue la integración de ambas persepectivas como principal hallazgo de esta tesis. Tanto el objeto como el alcance de ambos estudios se detallan en la memoria. El estado del arte de la Tesis se podría situar en un distanciamiento de las filosofías determinista y probabilista en la industria nuclear. Se consigue con estos estudios, una complementación entre ambas perspectivas sobretodo con la publicación de la metodología desarrollada. Evaluar métodos deterministas mediante técnicas probabilistas hace posible detectar debilidades en ambas formas de percibir el riesgo. Algunos de los valores presentados en la memoria de tesis, difieren de los calculados durante las tareas de cuantificación de los estudios. De la misma manera, algunos nombres específicos de componentes o sistemas analizados. Esto es debido a la confidencialidad de datos que rige el convenio entre la central nuclear y el grupo de investigación NERG.