Historical review of fire safety at NPP and application of fire PSA to Westinghouse PWR NPP in the frame of risk-informed decision making by
Authors:   , Asamoah Matthew 
Published: October 2023

The importance of fire as a potential initiator of multiple-system failures took on a new perspective after the cable-tray fire at Browns Ferry in 1975 The review have shown that the first generation Nuclear Power Plant (NPP) fire safety was not factored as high risk area that needed to be effectively assessed and quantified. This resulted in development of peculiar fire safety regulations, standards and expensive backfits. Lack of appropriate regulations and effective methods of fire risk assessment, prescriptive, difficult and expensive retrofit regulations were instituted in USA. The alternative risk-informed performance based regulation was established in USA to resolve the challenges of the prescriptive rules. The review have revealed that both the prescriptive and risk-informed performance based approaches will not represent adequate design basis for new Nuclear Power Plants. The Japanese were pulled in the path of renew fire safety regulations and risk quantification after the Fukushima accident. It has been recognized that effective fire safety assessment, and culture, in concert with countermeasures to prevent, detect, suppress, and mitigate the effect of fires if they occur, will minimized NPP fire risk. Among the numerous recommendation the fire safety at NPP must be planned and engineered before construction begin using the state-of-the-arts technology. Also, the methods of fire risk assessment must integrate the state-of-the-arts deterministic and probabilistic approaches. Two methods are presented which serve to incorporate the fire-related risk into the current practices in nuclear power plants with respect to the assessment of configurations. The first method is a fire protection systems and key safety functions Unavailability Matrix (UM) which is developed to identify structures, systems, and components significant for fire-related risk. The second method is a fire zones and key safety functions (KSFs) fire risk matrix which is useful to identify fire zones which are candidates for risk management actions. The UM is an innovative tool to communicate fire risk. The Monte Carlo method has been used to assess the uncertainty of the UM. The analysis shows that the uncertainty is sufficiently bounded. The significant fire-related risk is localized in six KSF representative components and one fire protection system which should be included in the maintenance rule. The unavailability of fire protection systems does not significantly affect the risk. The fire risk matrix identifies the fire zones that contribute the most to the fire-related risk. These zones belong to the control building and electric penetrations building. The aggregation of Internal Events PSA model and Fire PSA model have shown that the Fire PSA contributes 38.4% to the Risk increase. The feasibility of developing Fire-related Risk Monitor from the FIRE PSA for the Spanish NPP was carried out. One of the main challenges is that RiskSpectrum® fire PSA has 384 fire cases and 384 CDF but in Risk Monitor one CDF is required. However, CAFTA is unable to convert a Sequential Fault Tree structure of the internal Event tree in the Fire PSA. The conversion fails to implement neither all of the sequences leading to core damage nor the Fault Tree selection of the frequency of fire. The proposal is to suppress exchange events and introduce the alignment of the consequences so that a unique result of core damage can be quantified. The detection and fire suppression Event Trees in the reference model were replaced by detection and fire extinction Fault trees. The frequency of each Fire Case of the conversion model and the reference model are quantified and the frequencies compared. The results shows that 90% of the cases are valid, however, the rest have challenges with MCS. A unique CDF of 7.65x10-7 is quantified compared with 9.83×10-6 of the reference. The conversion of the new model in CAFTA was not successful due to software incompatibility.

La importància del incendi com un potencial iniciador de sistema múltiples fallides van agafar una nova perspectiva després del incendi al cable-safata de Browns Ferry el 1975. La revisió ha mostrat que la primera generació de seguretat contra incendis de centrals d'Energia Nuclear (NPP) no va ser àrea de alt risc, àrea que necessitava ser efectivament avaluada i quantificada. Això va resultar en el desenvolupament de normes de seguretat de incendi peculiar, estàndards i cares revisions. La manca d'una reglamentació adequada i mètodes eficaços d'avaluació de risc d'incendi, va fer que als USA foren instituïts mètodes d'adaptació de normativa preceptius, difícils i costós. L'alternativa de regulació informada per el risc es va establir als USA per resoldre els reptes de la regulació preceptiva. La revisió ha mostrat que tant als enfocaments de normativa preceptiva i regulació informada per el risc no representen bases de disseny adequades per a noves NPP. Ha estat reconeguda que la efectiva avaluació de seguretat al incendi i la cultura en concert amb mesures per prevenir, detectar, suprimir i mitigar l'efecte d'incendis, si es produeixen, minimitzarà el risc d'incendi en una NPP. Entre les nombroses recomanacions la seguretat contra incendis a una NPP s'hauran previst i dissenyat abans de començar la construcció i utilitzant estat del art de la tecnologia. També, els mètodes d'avaluació del risc d'incendi tindran que integrar el estat del art en els enfocaments de determinista i probabilístics. Dos mètodes són presentats que serveixen per incorporar el risc relacionats amb el foc a les pràctiques actuals en centrals nuclears en respecte a l'avaluació de configuracions. El primer mètode és un sistema de protecció contra incendis i una matriu de indisponiblitats de les funcions clau de seguretat (MU) que es desenvolupa per a identificar estructures, sistemes i components significatius per riscos relacionats amb els incendis. El segon mètode és zones de focs i matriu de risc d'incendi i funcions (KSFs) clau de seguretat que és útil identificar les zones de foc que són candidats per a les accions de gestió de risc. La MU és una eina innovadora per comunicar el risc d'incendi. El risc significatiu relacionats amb el incendi està localitzat en sis components representatius KSF i un sistema de protecció de foc que cal que figuri en la regla de manteniment. La manca de sistemes de protecció contra incendis no afecta significativament al risc. La matriu de risc d'incendi identifica les zones de foc que mes contribueixen al risc relacionats amb el incendi. Aquestes zones pertanyen a l'edifici de control i edifici de penetracions elèctriques. L'agregació del model de PSA de esdeveniments interns i model de incendis PSA han demostrat que el PSA de incendis aporta 38.4% a l'augment de risc. S'ha desenvolupat la viabilitat del Monitor de risc de incendis a partir del PSA de incendis per a una central nuclear espanyola. Un dels reptes principals és que RiskSpectrum® incendis PSA te 384 casos de incendis i te 384 CDF però en risc Monitor és necessària una CDF. Tanmateix, el CAFTA és incapaç de convertir una estructura seqüencial de arbre de fallida de l'arbre esdeveniment interna en el PSA de incendis. La conversió fracassa al posar en pràctica totes les seqüències de danys al nucli i la selecció de l'arbre de fallida de la freqüència de incendi. La descoberta i supressió de arbres de l'esdeveniment de incendi en el model de referència es van substituir per detecció i els arbres de fallades d'extinció d'incendi. La freqüència de cada cas de incendi del model de conversió i el model de referència son quantificades i les freqüències son comparades. Els resultats demostra que el 90% dels casos són vàlid, no obstant això, la resta té reptes amb MCS. Un únic CDF de 7.65x10-7 s'ha quantificat en comparació amb 9.83 × 10-6 de la referència. La conversió del nou model a CAFTA no va tenir èxit a causa de la incompatibilitat del programari.