Зеленая энергия - популярно об экологии, химии, технологиях

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Home Библиотека Книга Жизни Анализ надежности систем безопасности атомных реакторов

Анализ надежности систем безопасности атомных реакторов

Для оценки эффективности и достаточности принятых мер по обеспечению надежности проводится качественный и количественный анализ системы. Указанный анализ позволяет определить последствия отказа отдельных элементов, возможные причины отказа системы, а также на основе исходных данных по надежности элементов оценить показатели надежности системы в целом.

Цель анализа состоит в том, чтобы выработать рекомендации по следующим вопросам:

  • предупреждению, снижению частоты отказов элементов и системы;
  • рациональной кратности резервирования элементов и каналов  системы  для  удовлетворения  детерминистскому  (принцип единичного отказа)  и вероятностному критериям надежности;
  • исключению различных видов зависимостей элементов, по тенциально возможных отказов по общей причине (см. подробнее гл. 10);
  • предотвращению или снижению вероятности отказов элементов и системы из-за ошибок персонала;
  • регламенту (периоду и объему) проверок работоспособности системы, объему контроля за состоянием элементов и системы в целом в процессе эксплуатации;
  • допустимому времени вывода канала в ремонт при работающем реакторе или допустимой продолжительности работы последнего после обнаружения неработоспособности канала;
  • требуемому уровню надежности вновь разрабатываемых элементов.

В заключение отметим, что выбор способа достижения заданного уровня надежности системы безопасности должен основываться на системном анализе значимости влияющих на нее факторов и чувствительности показателей надежности к их изменению. Целесообразна также оптимизация по экономическим показателям, однако данный вопрос в настоящее время недостаточно разработан.

Качественный анализ

Задачи анализа. Качественный анализ системы безопасности включает следующие основные этапы:

  • определение границ системы, ее состава, функций, алгоритма работы и критерия отказа;
  • классификацию и анализ элементов системы;
  • определение возможных отказов по общей причине;
  • анализ влияния на состояние системы возможных ошибок персонала в процессе управления, технического обслуживания, проверок работоспособности и т. п.;
  • определение последствий отказов элементов и ошибок персонала;
  • анализ структуры системы для выявления слабых звеньев.

Классификация элементов системы. При анализе элементов системы необходимо рассмотреть:

  • принцип действия;
  • продолжительность работы в аварийном режиме;
  • вид и причины отказов элементов;
  • характер контроля при работе реактора на мощности;
  • ремонтопригодность;
  • влияние периодического контроля на работоспособность элементов.

По принципу действия различают активные и пассивные элементы.

Пассивные элементы без движущихся частей в оценочных расчетах часто рассматриваются как абсолютно надежные. Кроме того, данный признак классификации необходим при анализе системы на соответствие принципу единичного отказа.

При рассмотрении второго признака классификации необходимо отметить, что режим функционирования системы безопасности является сложным и включает режим ожидания и режим работы.

В режиме ожидания система находится в состоянии постоянной готовности, для поддержания высокого уровня которой проводятся техническое обслуживание системы, проверка работоспособности ее элементов и при необходимости восстановление работоспособности последних, если это не нарушает условий безопасной эксплуатации.

В случае возникновения аварийной ситуации система включается в режим работы и выполняет возложенные на нее функции безопасности в течение установленного времени, которое составляет от нескольких секунд (для управляющих систем) до нескольких месяцев (для системы аварийного отвода тепла). Соответственно по продолжительности режима работы различают элементы длительного действия в течение заданного времени Тр (длительнодействующие) и элементы кратковременного действия (быстродействующие), для которых при количественной оценке надежности принимается 7Р«0. Последние описываются показателями надежности в режиме ожидания, а для первых необходимо дополнительно задавать показатели надежности в режиме работы.

Элементы различаются по характеру контроля за их состоянием при работе установки на мощности и относятся к одному из следующих классов: неконтролируемые, периодически контролируемые и непрерывно контролируемые элементы.

По ремонтопригодности элементы различаются в зависимости от наличия или отсутствия восстановления их при работе установки на мощности (в период ожидания системы) и в период работы системы по выполнению функции безопасности. Периодическая проверка работоспособности элементов системы может осуществляться с выводом и без вывода их из действия.

Виды отказов

Отказ элемента может произойти как в режиме работы, так и в режиме ожидания. Среди отказов в режиме ожидания различают функциональные отказы, после которых элемент не способен выполнить возлагаемые на него функции по обеспечению безопасности, и ложные срабатывания, характерные, как правило, для управляющих систем. Ложные срабатывания нежелательны главным образом из-за того, что они нарушают нормальный процесс эксплуатации.

Отказы могут быть выявляемыми и скрытыми. Выявляемые отказы обнаруживаются в момент их возникновения с помощью предусмотренных средств контроля. Скрытые отказы не выявляются в момент возникновения, а обнаруживаются при проведении проверок работоспособности или поступлении требования на срабатывание системы. Для режима работы характерны выявляемые функциональные отказы.

Классификация элементов по видам отказов осуществляется на основе анализа причин отказов, т. е. явлений, процессов, событий, обусловливающих возникновение отказа элемента, и их последствий. Среди отказов, например, арматуры систем безопасности различают: отказы, приводящие к течи по затвору (при закрытом положении арматуры), разгерметизацию по отношению к внешней среде, незакрытие или неоткрытие арматуры при поступлении требования на срабатывание. Отказы теплообменника могут быть связаны с негерметичностью трубной системы или ее загрязнением. Среди отказов рабочих органов СУЗ различают заклинивание при введении их в активную зону, непреднамеренное падение рабочего органа при работе реактора на мощности и др.

Анализ последствий отказов

Для выявления потенциально опасных отказов элементов и организации защиты от них проводится анализ последствий отказов элементов и ошибок персонала.

Данный анализ в соответствии с делением режимов работы системы состоит из двух этапов.

На первом этапе анализируются последствия отказов элементов системы в режиме ожидания с точки зрения влияния отказов элементов на процесс нормальной эксплуатации установки. На втором этапе при каждом из рассматриваемых в проекте исходном событии определяются последствия для ЯЭУ возникновения! одного отказа элементов в системе или более согласно требованиям нормативов.

Наряду с отказами элементов на каждом этапе должны учитываться ошибки персонала  и  отказы по общей  причине.

Анализ структуры системы осуществляется с использованием дерева отказов или последовательно-параллельной логической схемы.

Метод дерева отказов

Для проведения качественного структурного и количественного анализа необходимо знание условия работоспособности или неработоспособности системы, т. е. правила, позволяющего определить состояние системы (работоспособное,' неработоспособное) в зависимости от состояний элементов.

Структура систем безопасности ЯЭУ, как правило, характеризуется монотонностью, т. е. увеличение числа отказавших элементов не может привести к увеличению эффективности системы. Для таких систем разработаны способы графического -(наглядного) представления условия работоспособности системы в виде структурно-логических схем: дерева отказов или последовательно-параллельной логической схемы.

Логическая схема позволяет последовательно проследить всевозможные комбинации отказавших элементов, ошибок персонала, вызывающих отказ системы в целом. При этом, учитывая свойство монотонности, достаточно указать лишь минимальный набор элементов, отказ которых приводит к отказу системы (т. е. критическую группу элементов). Состояния системы с большим числом отказавших элементов, «шибок персонала заведомо будут относиться к неработоспособным состояниям. Связь элементов в дереве отказов осуществляется с помощью логических операторов И, ИЛИ и др.

В простейших случаях, ограниченных применением логических операторов И, ИЛИ, может быть использована последовательно-параллельная схема, отличающаяся большей наглядностью в части представления критических групп элементов. При этом последовательное соединение элементов означает логическую связь между ними ИЛИ, а параллельное — И.

Ценность метода дерева отказов заключается в том, что он позволяет:

  1. провести последовательный анализ всевозможных причин неработоспособности системы;
  2. дать графическое наглядное представление условия работоспособности системы для проведения качественного и количественного анализа и обоснования ее надежности;
  3. поочередно сосредоточивать внимание на отдельных каналах и блоках системы.

Количественная оценка надежности

Показатели надежности элемента

Надежность любого объекта, в том числе системы, устройства безопасности, представляет собой комплексное свойство, в котором выделяют безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

В дальнейшем рассматриваются в основном безотказность и ремонтопригодность, которые представляют собой свойства объекта соответственно непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторой наработки и быть приспособленным к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Интенсивность отказов k(t) численно равна вероятности того, что объект, проработавший безотказно до момента t, откажет в последующую малую единицу времени. В качестве показателя ремонтопригодности используется чаще всего среднее время восстановления.В период приработки интенсивность отказов имеет повышенное значение и определяется приработочными отказами. Последние обусловлены наличием в большой партии элементов некоторого числа дефектных образцов, которые выходят из строя вскоре после начала работы. В процессе «выжигания» дефектных образцов интенсивность отказов уменьшается и становится приблизительно постоянной когда дефектные образцы отказали. В период старения интенсивность отказов резко возрастает и определяется износовыми отказами элементов, которые обусловлены необратимыми физико-химическими процессами в них.

Все элементы, важные для безопасности АС, должны сниматься с эксплуатации до начала периода старения.

Элементы, прошедшие период приработки, имеют наиболее низкий уровень интенсивности отказов, который сохраняется примерно постоянным в течение периода нормальной работы. В этот период отказы носят внезапный характер и обусловливаются наличием дефекта в изделии, не проявившегося в период приработки, и внезапной концентрацией нагрузок, действующих внутри и  вне элемента. При этом возможны различные комбинации между значением дефекта и уровнем нагрузок, возникающих нерегулярно, но в достаточно большие и равные по длительности промежутки времени появляющихся приблизительно одинаковое число раз.

В период нормальной работы элемента хорошей моделью для его описания с точки зрения надежности является экспоненциальное распределение.

Последовательное и параллельное соединение элементов

Рассмотрим основные простейшие виды соединений элементов в систему и вычислим показатели надежности системы, работающей до первого отказа по известным показателям надежности элементов. Предполагается, что элементы отказывают независимо друг от друга, т. е. отказ любых элементов не изменяет надежности остальных элементов.

Таким образом, для последовательного соединения вероятности безотказной работы элементов перемножаются, а интенсивности отказов складываются.

Из сравнения полученных значений следует, что безотказность системы с параллельным соединением элементов выше безотказности отдельного элемента, причем разница тем больше, чем больше элементов в системе. Рассмотренный пример показывает, что надежная система безопасности может быть построена из относительно ненадежных элементов при надлежащем их резервировании.

Показатели надежности системы безопасности

В качестве показателей надежности систем безопасности рассматриваются вероятность оперативного несрабатывания или вероятность несрабатывания на требование в зависимости от того, имеются или нет в составе системы длительно действующие элементы. В качестве показателей надежности по отношению к ложным срабатываниям используются интенсивность ложных срабатываний, вероятность их возникновения на заданном интервале и др.

Под вероятностью несрабатывания системы на требование понимается вероятность пребывания системы в неработоспособном состоянии при поступлении требования на ее срабатывание, а под вероятностью оперативного несрабатывания — вероятность того, что система не включится в работу при поступлении требования или включится, но откажет на заданном интервале.

Здесь и далее, если это не оговорено особо, предполагается, что процесс проверки и при необходимости восстановления работоспособности является «мгновенным». Отметим, что модели «мгновенного» восстановления отвечает случай пренебрежимо малого времени восстановления по сравнению с периодом между проверками, а также случай, когда при обнаружении отказа в системе реактор останавливается.

Качественный анализ системы (за исключением специального анализа последствий отказов) является необходимым этапом составления расчетной модели системы и соответственно количественного анализа. Дерево отказов или последовательно-параллельная логическая схема позволяют сформулировать условие работоспособности системы. Определение показателей надежности элементов осуществляется на основе данных по опыту эксплуатации этих элементов или их аналогов. В последнем случае необходимо сопоставление конструкции и условий работы рассматриваемого элемента и его аналога для обоснования возможности использования данных по опыту эксплуатации.

Периодически контролируемый канал. Для выявления скрытых отказов предусматриваются, как уже отмечалось, специальные периодические проверки работоспособности элементов и системы в целом. Изменение частоты проверок .позволяет в широких пределах изменять показатели надежности систем безопасности.

 

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.

купить mobil 1 15w40 mobil 1 15w40 интернет магазин автомасел
 
Заглушка купить запчасть 6L3837491 Skoda Audi Volkswagen Seat
 
btc fog
 
free mp3 song downloads free