Зеленая энергия - популярно об экологии, химии, технологиях

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Home Библиотека Безопасность АЭС экология Анализ безопасности АЭС

Анализ безопасности АЭС

Важнейшим звеном анализа безопасности наряду с анализом мер по предотвращению нарушений в работе ЯЭУ является исследование потенциально возможных аварийных ситуаций. Аварийная ситуация (авария) характеризуется исходным событием, путями развития и последствиями. Типичные. исходные события аварий и характер их последствий рассмотрены в гл. 4. В настоящей главе будут рассмотрены главным образом подходы к анализу путей развития аварий. В процессе такого анализа для различных исходных событий рассматриваются возможные зависимые и независимые отказы устройств безопасности, ошибки персонала, с тем чтобы проследить сценарий развития аварий и определить достаточность или необходимость принятия дополнительных организационно-технических мер для приведения установки в конечное безопасное состояние.

Принцип единичного отказа

Под детерминистским подходом к проектированию ЯЭУ и анализу ее безопасности понимается подход, базирующийся на системе правил, требований, сформулированных на основе опыта проектирования и эксплуатации ЯЭУ и закрепленных в нормативной документации.

В сложившейся практике проектирования важнейшим элементом детерминистского подхода является принцип единичного отказа, в соответствии с которым составляется перечень проектных аварий. Рассмотрим некоторые особенности применения принципа единичного отказа согласно требованиям нормативов.

Анализ системы на соответствие принципу единичного отказа начинается с определения полного перечня исходных событий, рассматриваемых при обосновании безопасности ЯЭУ, При этом в качестве исходного события должно рассматриваться любое, но только единичное нарушение: отказ в системах, внешнее воздействие, ошибочное действие персонала. Возникновение дополнительного исходного события во время протекания аварийной ситуации до окончательного выполнения системами безопасности своих функций не должно учитываться. Так, в качестве исходного события не должен рассматриваться одновременный разрыв  двух  трубопроводов  независимых  петель первого контура установки ВВЭР. В то же время, как уже было отмечено, все зависимые от исходного события нарушения на АС являются составной частью рассматриваемого исходного события. Так, исходное событие — падение самолета на ACT — включает разрушение петли второго контура, потерю внешнего электропитания станции, разрушение всех несейсмостойких систем и сооружений. Наряду с исходным событием при анализе аварийной ситуации должен рассматриваться независимый от исходного события дополнительный отказ активного устройства безопасности или пассивного устройства, имеющего механические движущиеся части. При анализе аварии с разрывом трубопровода первого контура установки ВВЭР примером дополнительного отказа активного устройства является отказ насоса системы активного впрыска, а пассивного устройства — отказ обратного клапана на трубопроводе подачи воды от гидроаккумуляторов.

Отказ устройства безопасности должен рассматриваться в тот момент, когда он приврдит к наиболее неблагоприятным последствиям: в режиме ожидания, при запуске системы или в процессе ее работы по выполнению функции безопасности. При этом отказ пассивного устройства без механических движущихся частей не рассматривается.

При анализе системы допускается не учитывать дополнительный к исходному событию отказ устройства безопасности при выводе одного из указанных устройств системы из работы на короткое время для техобслуживания или ремонта (рис. 11.6). Кроме того, при выводе одного из каналов системы в ремонт отказы других каналов могут не учитываться, если для их функционирования не требуется включения в работу активных элементов либо последние продублированы в пределах каждого канала.

Кроме указанного выше дополнительного отказа при анализе аварийной ситуации должны быть учтены все необнаруженные отказы неконтролируемых при эксплуатации АС элементов, влияющих на протекание аварийного процесса (рис. 11.7). Практически данное требование диктует необходимость организации постоянного или периодического контроля за работоспособностью всех важных для безопасности устройств.

Системный детерминистский анализ

Принцип единичного отказа представляет собой один из возможных способов выделения в рамках детерминистского подхода классов вероятных и маловероятных аварий с исключением последних из числа рассматриваемых. Ограниченность этого принципа при всей его технической целесообразности (о чем было сказано выше) состоит в директивно устанавливаемой глубине анализа аварийных ситуаций. В общем случае детерминистский подход предполагает последовательное исследование всевозможных путей развития аварий с учетом отказов элементов и систем безопасности, ошибок персонала без ограничения числа рассматриваемых совместных отказов.

При этом в качестве критерия ограничения круга анализируемых аварий выступает их техническая возможность или, другими словами, техническая целесообразность рассмотрения. В рамках такого анализа не рассматриваются последовательности событий, противоречащие известным физическим законам или практически невероятные с позиции этих законов. Последнее должно подтверждаться также многолетним мировым опытом эксплуатации изделий в различных областях техники. Дпнный подход обеспечивает полноту учета возможных ситуации и снижает долю субъективизма в решениях по обеспечению безопасности.

В рамках системного анализа для каждой аварийной ситуации рассматриваются технически возможные цепочки от исходного события до конечного состояния, отражаются функционирование систем безопасности, действия персонала и оцениваются последствия. Выявляются пути развития аварийной ситуации с учетом взаимодействия систем и закономерностей протекания физических процессов,  а также отказов систем безопасности.

Для окончательного выявления возможных отказов по общей причине проводятся специальные исследования. При этом тщательно изучаются критические пути развития аварии для выявления специфической зависимости, которая могла остаться незамеченной при первоначальных исследованиях.

Системное рассмотрение аварий позволяет выявить критические пути их развития (например, по наименьшему числу отказов, приводящих к неблагоприятным последствиям), уяснить и проанализировать взаимосвязь различных систем, участ-. вующих в обеспечении безопасности, роль и значение персонала в осуществлении защитных мер, выявить возможные отказы по общей причине, «глубину» обеспечения безопасности АС. Выделение важных систем и компонентов, наиболее значимых ошибок имеет большое значение для совершенствования проекта и для подготовки персонала.

Рассмотрим пример аварии с потерей электропитания собственных нужд, развитие которой выходит за рамки принципа единичного отказа.

В установках с ВВЭР благодаря запасам воды в горизонтальных парогенераторах реактор может поддерживаться в безопасном состоянии в течение нескольких часов. В указанное время персонал должен восстановить принудительную циркуляцию охлаждающей воды или по меньшей мере восполнить запас воды на выпаривание.

Если в установке не предусмотрен отвод тепла на основе естественной циркуляции, то возможна переопрессовка реактора или потеря теплоносителя через предохранительные клапаны с последующим расплавлением активной зоны.

Потенциально возможно развитие аварии без срабатывания AЗ реактора. При несрабатывании A3 и включении системы аварийного отвода тепла за счет разбаланса генерируемой и отводимой мощностей происходят разогрев теплоносителя первого контура и рост давления в нем.

В реакторах с развитым свойством самоограничения мощность активной зоны снижается до уровня мощности, отводимой от  реактора.  При  этом  разрушения элементов  конструкции первого контура не происходит. Если отказывает система аварийного отвода тепла или установка не отличается развитым свойством самоограничения, то авария приводит к разрушению активной зоны.

Вероятностная оценка безопасности

Детерминистский подход способен охватить многие вопросы анализа и обоснования безопасности ЯЭУ. В то же время остается ряд принципиальных затруднений.

Во-первых, стремление выделить критические пути развития аварий в рамках детерминистского системного анализа приводит к необходимости сопоставления путей, характеризующихся различным количеством отказов активных устройств, пассивных устройств, ошибок персонала, т. е. к необходимости количественного сравнения при отсутствии единой меры осуществимости (меры возможности) аварий.

К этому следует добавить, что даже два однотипных устройства, имеющих одинаковое назначение, могут существенно различаться по частоте отказов вследствие особенностей конструкции, технологии изготовления, условий эксплуатации. Неготовность системы может существенным образом зависеть от регламента проверок и ремонтопригодности элементов.

Кроме того, в рамках детерминистского анализа возможно рассмотрение только полностью зависимых систем (устройств), когда отказ одной системы .неизбежно приводит к отказу другой. В то же время имеют место ситуации, когда несколько однотипных устройств могут отказать по общей причине, а могут и не отказать, т. е. когда зависимые отказы являются случайными событиями. Перечисленные обстоятельства с неизбежностью требуют привлечения вероятностных методов, где вероятность выступает единой мерой возможности осуществления различных событий.

Вероятностная оценка безопасности представляет собой системный анализ причин возникновения, всевозможных путей развития и последствий аварий на АС с использованием широкого спектра физических, теплотехнических методов, методов анализа прочности конструкций, механики разрушения и ряда других, дополненных анализом надежности средств обеспечения безопасности и вероятностной оценкой развития событий. Последствия аварий для окружающей среды определяются выбросом радиоактивных продуктов за пределы АС.

Второй этап включает проведения анализа аварийных процессов, которые могут привести к плавлению (разрушению) активной зоны, основных причин разрушения и частоты их возникновения.

Третий этап предусматривает анализ теплофизических и химических процессов плавления активной зоны, взаимодействия расплава с корпусом реактора, днищем 3О. Определяются возможные виды отказа 3О и время его возникновения после разрушения зоны. Рассматриваются процессы выделения радиоактивных продуктов из топлива, распространения их в пределах 3О и выхода за предусмотренные границы локализации. Результатом анализа является вероятностное распределение выбросов с различным количеством радиоактивных продуктов в окружающую среду.

На заключительном этапе анализируется распространение радионуклидов в окружающей среде и воздействие их на население. При этом учитываются также экономические последствия аварий.

Метод дерева событий

Для определения характера разрушения активной зоны, величины выброса радиоактивных продуктов ъ окружающую среду и вероятности реализации указанных событий необходим метод выделения и последовательного перебора аварий, имеющих неблагоприятные последствия. Сделать это в такой сложной системе, как АС, достаточно трудно вследствие большого количества аварий, которые можно себе представить.

Задача несколько упрощается, если учесть, что многие аварии не имеют радиационных последствий или приводят к выходу малого количества радиоактивных продуктов, многие технически невозможны, т. е. нарушают известные физические законы", а другие имеют малую вероятность по сравнению с событиями, приводящими практически к тем же последствиям. Вместе с тем после исключения событий, не вносящих существенного вклада в вероятность реализации определенных последствий, остается достаточно большое количество различных путей развития аварий и необходим метод их последовательного системного перебора. В качестве такого метода используется метод дерева событий.

За начальную точку дерева событий берется исходное событие, и в зависимости от состояния систем, влияющих на протекание аварийной ситуации, осуществляется логический перебор различных путей развития аварии (ветвей дерева событий) и ее последствий. В качестве последствий аварий могут рассматриваться: при оценке безопасности ЯЭУ — размер и характер разрушения активной зоны, при оценке безопасности АС — состав выброса радионуклидов за пределы 30 или радиационное воздействие на окружающую среду.

Обычно анализируются деревья событий двух типов: соответственно для второго и третьего этапов анализа безопасности. Данное деление позволяет существенно упростить проведение анализа, поскольку всевозможные аварии с разрушением активной зоны могут быть объединены в несколько классов и,развитие событий в ЗО может рассматриваться для класса аварий в целом.

При классификации аварий учитываются следующие факторы: состояние первого контура — большой разрыв, малая течь, контур герметичен; время разрушения активной зоны (быстрое или медленное); состояние спринклерной системы; состояние локализующих устройств на проходках через 3О.

Для построения дерева событий необходимо определить, какие системы влияют на развитие аварии. Так, для аварии с разрывом трубопровода первого контура установки с ВВЭР к таким системам относятся: система надежного электроснабжения, система пассивного впрыска от гидроаккумуляторов, система активного впрыска низкого давления, спринклерная система и ряд других.

После определения важных систем для развития аварии они располагаются в порядке по времени воздействия их на протекание режима, при этом в первую очередь рассматриваются системы, состояние которых оказывает влияние на наибольшее число других систем.

Следует подчеркнуть, что вероятность отказа одной и той же системы в общем случае различна для разных путей развития аварии, поскольку особенности протекания аварии могут оказывать влияние на работоспособность элементов и систем в целом. Вследствие трудностей учета эффектов частичной работоспособности системы на первом этапе анализа консервативно учитываются, как уже было отмечено, только два возможных состояния системы: работоспособное и неработоспособное. Так как большая часть анализируемых путей развития аварии вносит незначительный вклад в значение риска, то такой консервативный подход к анализу систем незначительно влияет на результат. Те пути развития аварии, которые вносят значительный вклад в риск, подвергаются дальнейшему анализу для снятия излишнего консерватизма. При более детальном анализе может потребоваться выделение у некоторых систем трех и более состояний, например, в зависимости от числа работоспособных каналов. В этом случае единственное ограничение состоит в том, чтобы рассматриваемые состояния системы образовывали полную группу событий, т. е. были несовместимыми -и суммарная вероятность состояний равнялась единице.

Принципиально важно при построении дерева событий учесть возможные отказы по общей причине и ошибки персонала. При построении дерева событий отказавшим или ставшим неэффективными в результате некоторого исходного нарушения системам приписывается вероятность этого нарушения и на идущей от него критической цепочке сосредоточивается дальнейший анализ. При анализе отказов оборудования и систем учитываются также отказы, вызванные вмешательством персонала.

В результате моделирования путей развития аварий определяются условия, в которых работает та или иная система безопасности, и соответственно условия, для которых должна быть рассчитана ее надежность.

Построение и исследование деревьев событий для активной зоны  и  ЗО  позволяют  определить  возможные  пути  развития аварий, выбросы радиоактивных продуктов за пределы 30 и вероятности их реализации.

Выброс определяется тремя основными факторами: выходом радионуклидов из разрушенной (расплавленной) активной зоны, удалением их из атмосферы 30, характером и временем отказа ЗО.

Многие пути развития аварии идентичны по характеру расплавления топлива активной зоны, по процессам удаления радионуклидов и по видам отказа ЗО. Это позволяет классифицировать пути развития аварий по категориям выбросов, характеризующихся составом, временем, местом выброса и вероятностью его реализации.

Исходными данными для построения и анализа деревьев событии являются результаты анализа надежности систем безопасности, а также физического, теплофизического, радиационного анализа аварийных процессов.

Отметим, что исследование по методу дерева событий является итерационным, поскольку предполагает выделение определяющих по последствиям аварийных цепочек тщательный их повторный анализ с уточнением характера и условий протекания процессов, снятием излишнего консерватизма.

Для метода дерева событий нет строгого доказательства, что охвачены все пути развития аварии. Точность метода зависит в значительной степени от квалификации и опыта исследователя. Подтверждением правдоподобности проделанного изучения является анализ полноты и чувствительности полученных количественных результатов.

В случае несрабатывания A3, но наличия теплоотвода мощность реактора снижается саморегулированием при срабатывании предохранительных клапанов на первом контуре. При этом может сохраниться необходимое охлаждение активной зоны, предотвращающее ее перегрев и расплавление.

В предельном случае несрабатывания A3 реактора и отсутствия аварийного отвода тепла происходит потеря теплоносителя первого контура через предохранительные клапаны или вследствие разрушения контура и плавления активной зоны.

Системы A3 и активного впрыска высокого давления не оказывают существенного влияния на протекание аварии и поэтому в цепочке событий не указаны. При отказе системы надежного электроснабжения по общей причине выходит из строя система активного впрыска с насосами низкого давления и соответственно нарушается аварийное охлаждение активной зоны. Охлаждение активной зоны не обеспечивается при отказе системы впрыска низкого давления или системы пассивного впрыска от гидроаккумуляторов.

Вероятность отказа зависит, в свою очередь, от вида исходного события. Так, при потере внешнего электроснабжения вероятность Отказа систем отвода тепла от активной зоны, требующих электропитание для насосов, будет выше по сравнению с вероятностью отказа этих систем в аварийных режимах при наличии внешнего электроснабжения.

Риск от АЭС

Из предшествующего рассмотрения ясно, что вероятностная оценка безопасности предполагает наряду с оценкой последствий аварий определение частоты их возникновения и соответственно некоторой характеристики, учитывающей оба указанных фактора. В качестве такой характеристики используется риск. Риск от АС — это мера потенциальной опасности атомной станции, выраженная вероятностным распределением последствий потенциально возможных аварий на АС или некоторым параметром указанного распределения.

Учитывая вышесказанное, при проведении ВОБ не следует количественный показатель рассматривать как единственный результат. Он необходим при сопоставлении уровней безопасности различных АС, а также ядерной и неядерной технологий. Первоочередная задача состоит, по-видимому, в том, чтобы на основе системного количественного анализа причин и последствий аварий выявить узкие места проекта; разработать систему технических, организационных и эргономических мероприятий повышения безопасности в разумно достижимых пределах; расставить приоритеты в проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

 

Интересно знать

Департамент энергетики США отобрал 37 исследовательских проектов в области хранения энергии, энергии биомассы, захвата диоксида углерода и ряда других направлений. Среди них - новые металловоздушные батареи на основе ионных жидкостей с плотностью энергии превышающей в 6-20 раз плотность энергии обычных литиевых аккумуляторов, а так же проект по получению бензина непосредственно из солнечного света и CO2 используя симбиоз двух микроорганизмов.

maintain fricofin maintain fricofin
 
Гвинт купить запчасть 6L4853756 Skoda Audi Volkswagen Seat
 
hide bitcoins
 
mb3 free download