Добавил:
okley
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Курсовой проект 5 кафедра (спецы 4 курс) / 175_Основы обеспечения безопасности АЭС
.pdf
41
Физические
барьеры
безопасности
УРОВНИ ЗАЩИТЫ
Система технических
и организационных мер
Топливная
матрица
Оболочка
твэла
Граница контура
теплоносителя
Герметичное
ограждение РУ
и биологическая
защита
• оценка и выбор площадки, пригодной для размещения АС;
• установление санитарно-защитной зоны, зоны наблюдения вокруг АС,
а также зоны планирования защитных мероприятий;
• разработка проектной документации АС (далее – проект АС) на основе
консервативного подхода с развитым свойством внутренней самозащищенности
РУ и мерами, направленными на исключение порогового эффекта;
• обеспечение требуемого качества систем (элементов) АС и выполняемых работ;
• эксплуатация АС в соответствии с технологическими регламентами
и производственными инструкциями, разрабатываемыми с соблюдением
требований нормативных правовых актов и иных нормативных документов;
• поддержание в исправном состоянии важных для безопасности систем
и элементов путем своевременного определения дефектов, принятия
профилактических мер, замены выработавшего ресурс оборудования,
организации эффективно действующей системы технического обслуживания
и ремонта, документирования результатов работ и контроля;
• подбор и обеспечение необходимого уровня квалификации персонала АС
для действий при нормальной эксплуатации и нарушениях нормальной
эксплуатации, включая предаварийные ситуации и аварии, формирование
культуры безопасности.
Условия размещения АС и предотвращение
нарушений нормальной эксплуатации:
Предотвращение проектных аварий
системами нормальной эксплуатации:
Предотвращение запроектных аварий
системами безопасности:
Управление запроектными авариями:
Противоаварийное планирование:
• предотвращение перерастания исходных событий в проектные аварии, а
проектных аварий в запроектные аварии с применением систем безопасности;
• ослабление последствий аварий, которые не удалось предотвратить, путем
локализации выделяющихся радиоактивных веществ.
• своевременное выявление отклонений от нормальной эксплуатации и их
устранение;
• управление при эксплуатации с отклонениями.
• подготовка и осуществление планов мероприятий по защите персонала и
населения на площадке АС и за ее пределами.
• возвращение АС в контролируемое состояние, при котором прекращается
цепная реакция деления, обеспечиваются постоянное охлаждение топлива
и удержание радиоактивных веществ в установленных границах;
• предотвращение развития запроектных аварий и ослабление их последствий,
в том числе с применением специальных технических средств для управления
запроектными авариями, а также любых систем (элементов), включая системы
(элементы) нормальной эксплуатации и системы (элементы) безопасности,
способных выполнять требуемые функции в сложившихся условиях;
• защита герметичного ограждения РУ от разрушения при запроектных авариях
и поддержание его работоспособности.
Уровень 4
Уровень 1
Уровень 2
Уровень 3
Уровень 5
Рис. 2.1. Содержание принципа глубокоэшелонированной защиты
42
• физические барьеры на пути распространения ионизирую-
щего излучения и радиоактивных веществ в окружающую
среду;
• технические и организационные мероприятия по сохра-
нению целостности и эффективности физических барье-
ров;
• мероприятия по защите персонала, населения и окружаю-
щей среды в случае разрушения физических барьеров.
Для разъяснения принципа глубокоэшелонированной защи-
ты необходимо ввести некоторые определения из отечественных
норм и правил в области использования атомной энергии.
Нормальная эксплуатация — эксплуатация АС в определенных
проектом эксплуатационных пределах и условиях.
Проектные пределы — значения параметров и характеристик
состояния систем (элементов) и АС в целом, установленные
в проекте АС для нормальной эксплуатации и нарушений нор-
мальной эксплуатации. Проектные пределы включают в себя
значения эксплуатационных пределов и пределов безопасной
эксплуатации.
Эксплуатационные пределы — значения параметров и харак-
теристик состояния систем (элементов) и АС в целом, заданных
проектом АС для нормальной эксплуатации
Пределы безопасной эксплуатации АС — установленные проек-
том АС значения параметров технологического процесса, откло-
нения от которых могут привести к аварии. Различают пределы
безопасной эксплуатации по радиационным параметрам и пре-
делы безопасной эксплуатации по другим технологическим па-
раметрам. Нарушение пределов безопасной эксплуатации
по радиационным параметрам является аварией.
Эксплуатационные условия — установленные проектом АС ус-
ловия по количеству, характеристикам, состоянию работоспо-
собности и техническому обслуживанию систем (элементов),
необходимые для работы без нарушения эксплуатационных пре-
делов.
Условия безопасной эксплуатации — установленные проектом
АС минимальные требования по количеству, характеристикам,
состоянию работоспособности, объему, периодичности и иным
43
условиям технического обслуживания, контроля и испытаний си-
стем (элементов), важных для безопасности, при которых обеспе-
чивается соблюдение пределов безопасной эксплуатации и (или)
критериев безопасности.
Нарушение нормальной эксплуатации АС — нарушение в работе
АС, при котором произошло отклонение от установленных экс-
плуатационных пределов и (или) условий. При этом могут быть
нарушены и другие установленные проектом АС пределы и (или)
условия, включая пределы и (или) условия безопасной эксплуата-
ции.
Принцип единичного отказа — принцип, в соответствии с ко-
торым система должна выполнять заданные функции при лю-
бом требующем ее работы исходном событии и при учитываемом
в проекте АС независимом от исходного события отказе одного
из элементов этой системы.
Проектная авария — авария, для которой проектом АС опре-
делены исходные события и конечные состояния, предусмотрены
СБ, обеспечивающие с учетом принципа единичного отказа СБ
или одной ошибки персонала ограничение последствий аварии
установленными для таких аварий пределами.
Запроектная авария — авария, вызванная не учитываемыми
для проектных аварий исходными событиями или сопровождаю-
щаяся дополнительными по сравнению с проектными авариями
отказами СБ сверх единичного отказа или ошибочными действи-
ями персонала.
2.1.1. Физические барьеры напути распространения
ионизирующего излучения ирадиоактивных
веществ вокружающую среду
В соответствии с НП-001-15 система физических барьеров
блока АЭС включает: топливную матрицу, оболочку твэла, грани-
цу контура теплоносителя реактора, герметичное ограждение ре-
акторной установки и биологическую защиту.
Топливная матрица (сердечник, набор таблеток диоксида ура-
на UO
2
), оболочка (Zr — 1% Nb) и концевые детали твэлов образу-
ют первый и второй физические барьеры безопасности.
44
Условия работы твэлов: мощные потоки нейтронов и γ-излу-
чения; высокая температура поверхностей оболочки (300–600 °C);
благоприятные условия для коррозии; срок работы — несколько
лет. В процессе ядерной реакции образуется большое количество
радиоактивных продуктов деления, в том числе газообразных. Ди-
оксид урана при нормальных рабочих температурах удержива-
ет ~98% продуктов деления, ~2% [газообразные — криптон (Kr),
ксенон (Xe), йод (I)] диффундируют в заполненный гелием газо-
вый объем между топливом и оболочкой. Оболочка должна выдер-
живать избыточное давление (десятки атмосфер), возникающее
внутри твэла из-за нагрева гелия и выхода газообразных продук-
тов деления. Повреждение твэлов влечет за собой радиоактивное
загрязнение теплоносителя продуктами деления.
Существенный выход радиоактивных веществ в контур цир-
куляции теплоносителя возможен, если ядерное топливо сильно
перегрето и происходит расплавление топлива и оболочек. Это
может произойти, если тепловыделение в активной зоне превы-
шает теплоотвод из нее. Аварийные режимы, при которых это воз-
можно, сводятся к двум характерным ситуациям:
• повышение тепловыделения при неизменном теплоотводе
[вследствие роста реактивности из-за отказа органов регу-
лирования системы управления и защиты либо резкого из-
менения концентрации борной кислоты (H
3
BO
3
)];
• ухудшение теплоотвода при постоянном тепловыделении
(вследствие отключения циркуляционных насосов либо
разгерметизации контура теплоносителя).
Герметичный контур циркуляции теплоносителя (корпуса ре-
актора и оборудования, трубопроводы) является третьим физи-
ческим барьером безопасности. При разгерметизации контура
циркуляции теплоносителя радиоактивные продукты удержива-
ются (локализуются) защитной оболочкой реактора, образующей
четвертый физический барьер безопасности.
45
2.1.2. Технические иорганизационные мероприятия
посохранению целостности иэффективности
физических барьеров (уровни защиты физических
барьеров, персонала, населения, окружающей среды)
Уровень 1. Условия размещения АС и предотвращение нару-
шений нормальной эксплуатации:
• оценка и выбор площадки, пригодной для размещения АС;
• установление санитарно-защитной зоны, зоны наблюдения
вокруг АС, а также зоны планирования защитных меропри-
ятий;
• разработка проектной документации АС (далее — проект
АС) на основе консервативного подхода с развитым свой-
ством внутренней самозащищенности РУ и мерами, на-
правленными на исключение порогового эффекта
1
;
• обеспечение требуемого качества систем (элементов) АС
и выполняемых работ;
• эксплуатация АС в соответствии с технологическими рег-
ламентами и производственными инструкциями, разра-
батываемыми с соблюдением требований нормативных
правовых актов и иных нормативных документов;
• поддержание в исправном состоянии важных для безопас-
ности систем и элементов путем своевременного опреде-
ления дефектов, принятия профилактических мер, замены
выработавшего ресурс оборудования, организации эффек-
тивно действующей системы технического обслуживания
и ремонта, документирования результатов работ и контроля;
• подбор и обеспечение необходимого уровня квалификации
персонала АС для действий при нормальной эксплуатации
и нарушениях нормальной эксплуатации, включая предава-
рийные ситуации и аварии, формирование культуры безо-
пасности.
Уровень 2. Предотвращение проектных аварий системами нор-
мальной эксплуатации:
• своевременное выявление отклонений от нормальной экс-
плуатации и их устранение;
1
По НП-001-15 Пороговый эффект — существенное скачкообразное ухудше-
ние безопасности АС, вызванное небольшими изменениями параметров.
46
• управление при эксплуатации с отклонениями.
Восстановление нормальных условий эксплуатации при их на-
рушениях достигается за счет правильных действий эксплуата-
ционного персонала при отказах оборудования. Технически эти
действия обеспечиваются диагностикой состояния оборудования
и своевременным выявлением отказов, резервированием обо-
рудования, срабатыванием систем контроля и управления нор-
мальной эксплуатации при достижении уставок технологических
защит и блокировок.
Уровень 3. Предотвращение запроектных аварий системами
безопасности:
• предотвращение перерастания исходных событий в про-
ектные аварии, а проектных аварий в запроектные аварии
с применением систем безопасности;
• ослабление последствий аварий, которые не удалось пре-
дотвратить, путем локализации выделяющихся радиоактив-
ных веществ.
Основными функциями систем безопасности являются оста-
нов реактора, отвод тепла от активной зоны реактора, удержание
(локализация) радиоактивных веществ в установленных проектом
границах.
Уровень 4. Управление запроектными авариями:
• возвращение АС в контролируемое состояние, при котором
прекращается цепная реакция деления, обеспечиваются
постоянное охлаждение топлива и удержание радиоактив-
ных веществ в установленных границах;
• предотвращение развития запроектных аварий и ослабле-
ние их последствий, в том числе с применением специаль-
ных технических средств для управления запроектными
авариями, а также любых систем (элементов), включая си-
стемы (элементы) нормальной эксплуатации и системы
(элементы) безопасности, способных выполнять требуемые
функции в сложившихся условиях;
• защита герметичного ограждения РУ от разрушения при за-
проектных авариях и поддержание его работоспособности.
Управление запроектными авариями — это выполняемые пер-
соналом в соответствии с инструкциями и руководствами дей-
47
ствия, направленные на возвращение реактора в контролируемое
состояние, при котором прекращается цепная реакция деле-
ния и обеспечивается постоянное охлаждение ядерного топлива,
а также на поддержание работоспособности герметичной оболоч-
ки с целью ограничения выброса радиоактивных веществ в окру-
жающую среду.
Уровень 5. Противоаварийное планирование:
• подготовка и осуществление планов мероприятий по защи-
те персонала и населения на площадке АС и за ее пределами.
Основная цель мероприятий по защите персонала, населе-
ния и окружающей среды в случае разрушения физических барье-
ров — ослабление последствий выброса радиоактивных веществ
за пределы защитной оболочки для уменьшения радиологического
воздействия на персонал, население и окружающую среду. Меро-
приятия реализуются в соответствии с планами противоаварийных
действий (мероприятий) на площадке АЭС и за ее пределами.
Способы защиты населения и окружающей среды от послед-
ствий аварий на АЭС зависят от воздействий на физические ба-
рьеры, которые возникают при различных аномальных событиях.
Взаимосвязь категорий режимов эксплуатации АЭС и уровней
глубокоэшелонированной защиты отражена на рис. 2.2 и 2.3.
Проектные режимы в зависимости от частоты возникновения
исходных событий разделены на четыре категории, которые при-
ведены также и в международных обозначениях, применяемых
и для зарубежных блоков российского дизайна (см. рис. 2.2):
‒ категория 1 — нормальная эксплуатация (Design Basic
Conditions DBC-1);
‒ категория 2 — условия отказов (частота исходных со-
бытий в год: f ≥ 10
–2
, исходные события соответствуют
эксплуатации с отклонениями) (Design Basic Conditions
DBC-2);
‒ категория 3 — постулируемые аварии класса 1 (Design
Basic Conditions DBC-3) (частота исходных событий
в год: 10
–2
> f ≥ 10
–4
);
‒ категория 4 — постулируемые аварии класса 2 (Design
Basic Conditions DBC-4) (частота исходных событий
в год: 10
–4
> f ≥ 10
–6
).
48
Допустимое коли-
чество твэл:
• с повреждениями
типа газовой
неплотности 0,2%;
• прямой контакт
теплоносителя
с топливом 0,02%
Допустимое количество твэл:
• с повреждениями типа газовой
неплотности 1%;
• прямой контакт теплоносителя
с топливом 0,1%
КАТЕГОРИЯ 3
• количество твэл с кризисом
теплоотдачи ≤1% от общего
количества
КАТЕГОРИЯ 4
• кризис тепло-
отдачи;
• разгерметизация
твэл (прямой
контакт теплоно-
сителя с топли-
вом) ≤10%
КАТЕГОРИЯ 2КАТЕГОРИЯ 1
ЗПА
без плавления
топлива
ЗПА
типа ATWS
Тяжелые аварии
(ЗПА с плавлением топлива)
Аварии
категории
А01–А03
по НП-004-08
DBC-2DBC-1 DBC-3 DBC-4 DEC-A DEC-B
Эксплуатация
с отклонениями
Нормальная
эксплуатация
Предаварийные ситуации
и проектные аварии
Запроектные аварии
ППА
DBC-3
ППА
DBC-4
БАВ
МПП
ПБЭ
УБЭ
ПБЭ
по радиа-
ционным
параметрам
ЭП
ЭУ
ЭП
ЭУ
Уровень 1
Предотвращение
нарушений НЭ
Уровень 2
Предотвращение ПА
системами НЭ
Уровень 3
Предотвращение ЗПА системами безопасности
Уровень 4
Управление ЗПА
Уровень 5
Противоаварийное
планирование
Уставки ПЗ,
АЗ, УСБТ
10
–2
10
–4
10
–6
10
–6
Частота ИС
реактор/год
Рис. 2.2. Соответствие уровней глубокоэшелонированной защиты категориям режимов эксплуатации (НВАЭС-2).
ЭП (ЭУ) — эксплуатационные пределы (эксплуатационные условия), ПБЭ (УБЭ) — пределы безопасной эксплуатации
(условия безопасной эксплуатации), ППА — проектные приемочные критерии для аварий, МПП — максимальный про-
ектный предел повреждения твэлов, БАВ — большой аварийный выброс радиоактивных веществ в окружающую среду,
DBC — режимы базового проектирования, DEC-A — запроектные условия категории A (сложные последовательности),
DEC-B — запроектные условия категории B (тяжелые аварии)
49
Условия размещения АС и предотвращение нарушений нормальной эксплуатации:
• оценка и выбор площадки, пригодной для размещения АС;
• установление санитарно-защитной зоны, зоны наблюдения вокруг АС, зоны планирования защитных
мероприятий;
• разработка проекта АС на основе консервативного подхода с развитым свойством внутренней
самозащищенности РУ и мерами, направленными на исключение порогового эффекта;
• обеспечение требуемого качества систем (элементов) АС и выполняемых работ;
• эксплуатация АС в соответствии с технологическими регламентами и производственными инструкциями;
• поддержание в исправном состоянии важных для безопасности систем и элементов;
• подбор и обеспечение необходимого уровня квалификации персонала АС, формирование культуры
безопасности.
Уровень 1
Уровень 2
Уровень 3
Уровень 4
Уровень 5
Предотвращение проектных аварий системами нормальной эксплуатации:
• своевременное выявление отклонений от нормальной эксплуатации и их устранение;
• управление при эксплуатации с отклонениями.
Предотвращение запроектных аварий системами безопасности:
• предотвращение перерастания исходных событий в проектные аварии, а проектных аварий
в запроектные аварии с применением систем безопасности;
• ослабление последствий аварий, которые не удалось предотвратить путем локализации выделяющихся
радиоактивных веществ.
Управление запроектными авариями:
• возвращение АС в контролируемое состояние, при котором прекращается цепная реакция деления,
обеспечиваются постоянное охлаждение топлива и удержание радиоактивных веществ
в установленных границах;
• предотвращение развития запроектных аварий и ослабление их последствий;
• защита герметичного ограждения РУ от разрушения при запроектных авариях и поддержание его
работоспособности.
Противоаварийное планирование:
• подготовка и осуществление планов мероприятий по защите персонала и населения на площадке АС
и за ее пределами.
Основные функции
безопасности
обеспечены
Ограниченное
радиационное
воздействие
Обеспечение уровня 5
глубокоэшелонированной
защиты
Значительное
радиационное
воздействие
Обеспечение уровня 4
глубокоэшелонированной
защиты
Обеспечение уровня 3
глубокоэшелонированной
защиты
Обеспечение уровня 2
глубокоэшелонированной
защиты
Обеспечение уровня 1
глубокоэшелонированной
защиты
Запроектная авария/тяжелая авария
Проектная авария
Нормальная эксплуатация АЭС
Нарушение нормальной
эксплуатации АЭС
Успешно?
Успешно?
Успешно?
Успешно?
Да
Нет
Да
Нет
Да
Нет
Да
Нет
Рис. 2.3. Соответствие уровней глубокоэшелонированной защиты режимам эксплуатации
50
Запроектные режимы разделены на 2 категории:
• DЕC-А — аварийные сценарии, для которых возможно пре-
дотвращение перехода аварии в тяжелую стадию с помощью
технических средств, предусмотренных в проекте;
• DЕC-В — аварийные сценарии тяжелых аварий.
В соответствии со стандартами ЕUR, первая из указанных
выше категорий запроектных условий (DЕC-А) имеет название
«сложные последовательности», а вторая (DЕC-В) – «тяжелые
аварии».
2.1.3 Оценка безопасности АС
Оценка безопасности атомной станции включает в себя ана-
лизы поведения станции при постулируемых возмущениях ре-
жимных параметров и при постулируемых отказах оборудования
АЭС.
Влияние постулируемых возмущений режимных параметров
и постулируемых отказов оборудования АЭС рассматривается
с целью определения последствий таких возмущений с точки зре-
ния оценки внутренней способности станции контролировать та-
кие отказы и ситуации и ограничивать их последствия.
Анализ безопасности проводят для подтверждения выполнения
предусмотренными проектом АЭС системами важными для безо-
пасности и системами безопасности соответствующих функций
и доказательства того, что проектом энергоблока обеспечивается
выполнение требований по пределам доз облучения и выбросам,
установленным нормативными документами для проектных ре-
жимов.
2.1.4. Категории исходных событий
В рамках оценки безопасности рассматриваются следующие
категории исходных событий (см. рис. 2.2):
• условия отказов (проектные режимы категории 2);
• проектные аварии (проектные режимы категории 3 и 4).
Проектным режимам категории 2 соответствуют такие состо-
яния атомной станции, которые могут возникать с частотой бо-
лее 10
–2
1/(реактор·год). В худшем случае они могут приводить
Соседние файлы в папке Курсовой проект 5 кафедра (спецы 4 курс)