Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Проблема обеспечения безопасности эксплуатации ЯЭУ
• 1.1 Основные состовляющие проблемы обеспечения безопасности АЭС
• 1.2 Понятия безопасности АЭС
• 2. Функции систем безопасности

3. Классификация систем безопасности

• 3.1 Защитные системы безопасности
• 3.2 Локализующие системы безопасности
• 3.3 Обеспечивающие системы безопасности
• 3.4 Управляющие системы безопасности
• 4. Требования к системам безопасности
• 5. Обеспечение надежности систем безопасности
• Заключение
• Список литературы


Введение

Ядерная энергетика в настоящее время рассматривается многими странами чуть ли не как самая перспективная энергетическая отрасль. На это есть множество причин самого разного свойства. Однако эксплуатируя АЭС, человечество автоматически сталкивается с необходимостью обеспечить безопасность ее эксплуатации.



1. Проблема обеспечения безопасности эксплуатации ЯЭУ

1.1 Основные составляющие проблемы обеспечения безопасности АС

Безопасность АС - свойство систем, оборудования, персонала АС, обеспечиваемое защитными мерами и организационно-техническими мероприятиями, принятыми при проектировании, строительстве и подготовке к пуску и эксплуатации, состоящее в защищенности персонала, населения и окружающей среды, которая необходима и достаточна для ограничения радиационного воздействия АЭС при нормальной эксплуатации и авариях на ней значениями, установленными существующими нормами и правилами. Основные составляющие по обеспечению безопасности ЯУ это:

· законодательная база

· системы :

управления использованием атомной энергии;

регулированием и надзором за безопасным использованием атомной энергии;

норм и правил, регулирующих различные аспекты использования атомной энергии и особенно аспекты безопасности;

· научное обоснование принимаемых технических решений и научные исследования

· обеспечение качества и культуры безопасности

· участие местных органов власти

· работа с населением

1.2 Понятия безопасности АЭС.

В отечественных регламентирующих документах на АЭС различают термины ядерная, техническая, радиационная и экологическая безопасность.

· Ядерная безопасность - качество атомной станции, исключающее возникновение ядерной аварии, связанной с работой реактора.

· Техническая безопасность - качество атомной станции, характеризуемое прочностью оборудования и трубопроводов, повреждения которых могут привести к нарушению отвода тепла от активной зоны реактора.

· Радиационная безопасность - характеризуется способностью удержать в герметичной зоне станции выделившиеся радиационные вещества.

· Экологическая безопасность - состояние защищенности окружающей среды, жизни и здоровья граждан от возможного вредного воздействия хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

На практике же за их реализацию на станциях отвечают различные системы безопасности.



2. Функции системы безопасности

Функция безопасности - специфическая конкретная цель и реализующие цель действия, направленные на предотвращение аварий или ограничение их последствий.

Системы безопасности предназначаются, в первую очередь, для обеспечения фундаментальных функций безопасности в аварийных ситуациях, а именно для:

· аварийного останова реактора и поддержания его в подкритическом состоянии (система управления и защиты -- СУЗ);

· аварийного отвода тепла от активной зоны реактора (система аварийного охлаждения активной зоны -- САОЗ);

· удержания радиоактивных продуктов в установленных границах АЭС (защитная оболочка).

Эти цели и реализующие их действия называют фундаментальными функциями безопасности.



3. Классификация систем безопасности

Под системами безопасности (СБ) АЭС понимают системы, предназначенные для предупреждения аварий и ограничения их последствий. Главной функцией безопасности систем безопасности АС является защита барьеров безопасности в целях предотвращения или ограничения их повреждений, локализации радиоактивных продуктов на АС. Различают четыре последовательных защитных барьера (рис.1):

· топливную матрицу;

· оболочки тепловыделяющих элементов;

· границы контура теплоносителя;

· герметичное ограждение локализующих систем безопасности (например, защитная оболочка)

Рис.1 Физические барьеры безопасности



Также выделяют санитарно-защитную зону вокруг АЭС выделяют как пятый барьер. Все системы и элементы АЭС в соответствии с НП-001-15 [5] классифицируются по назначению, влиянию на безопасность и выполняемым функциям по обеспечению безопасности.

Системы и элементы АС разделяются по назначению на:

· системы и элементы нормальной эксплуатации;

· системы и элементы безопасности;

· системы и элементы специальных технических средств для управления запроектными авариями.

Системы и элементы АС по влиянию на безопасность разделяются на:

· важные для безопасности;

· остальные, не влияющие на безопасность.

Системы и элементы безопасности по характеру выполняемых ими функций разделяются на:

· защитные;

· локализующие;

· обеспечивающие;

· управляющие.

К системам (элементам), важным для безопасности, относятся:

· системы (элементы) безопасности;

· системы (элементы) нормальной эксплуатации.

Укрупнено классификацию элементов и систем АЭС по НП-001-15 [5] иллюстрирует рис.2.



Рис 2. Классификация элементов и систем АЭС по НП-001-15

По влиянию элементов АС на безопасность устанавливаются четыре класса безопасности. атомная электростанция безопасность аварийный

Класс 1.

К классу 1 относятся твэлы и элементы АС, отказы которых являются исходными событиями аварий, приводящими при проектном функционировании систем безопасности к повреждению твэлов с превышением максимального проектного предела. Значения максимального проектного предела повреждения твэлов устанавливаются в соответствии с федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии.

Класс 2.

К классу 2 относятся следующие элементы АС, не вошедшие в класс 1:

элементы, отказы которых являются исходными событиями, приводящими к повреждению твэлов без превышения максимального проектного предела при проектном функционировании систем безопасности с учетом нормируемого для проектных аварий количества отказов в указанных системах;

элементы систем безопасности, единичные отказы которых приводят в случае возникновения проектной аварии к нарушению установленных для таких аварий проектных пределов.

Класс 3.

К классу 3 относятся элементы АС, важные для безопасности, не вошедшие в классы 1 и 2.

Класс 4.

К классу 4 относятся элементы нормальной эксплуатации АС, не влияющие на безопасность и не вошедшие в классы 1, 2, 3.

Классификационное обозначение отражает принадлежность элемента к классам безопасности 1, 2, 3, 4. Классификационное обозначение дополняется символом, отражающим характер выполняемых элементом функций:

Н - элемент нормальной эксплуатации;

З - защитный;

Л - локализующий;

О - обеспечивающий;

У - управляющий элемент системы безопасности;

Т - элемент специальных технических средств для управления запроектными авариями.

3.1 Защитные системы безопасности

В состав защитных систем входят:

· система управления и защиты;

· система аварийного охлаждения активной зоны, реактора. (Рис 3)

· система аварийного газоудаления;

· защитные элементы границы давления первого контура.

Рис.3 Система аварийного охлаждения активной зоны реактора ВВЭР

Система управления и защиты выполняет функцию защиты первого и второго барьеров безопасности. Конкретные функции безопасности, выполняемые СУЗ, включают;

· ограничение периода и величины нейтронного потока в пусковом, рабочем диапазоне в зависимости от заданного значения мощности, числа работающих ГЦН;

· ограничение давления над активной зоной и температуры теплоносителя в любой горячей нитке петли, предотвращение снижения разности между температурой насыщения в первом контуре и максимальной температурой в горячих нитках петель;

· предотвращение снижения уровня в КД (рис.4) или котловой воды в ПГ.



Рис 4. Компенсатор давления

Система аварийного охлаждения предназначена для заполнения реактора теплоносителем при течах первого контура, отвода остаточных тепловыделений и аккумулированной теплоты. Система включает гидроемкости высокого давления, баки атмосферного давления, систему аварийной подпитки первого контура (насосную), системы пассивного отвода теплоты от парогенератора, теплоносителя реактора. Все составные части системы аварийного охлаждения выполняют функцию защиты топливной матрицы и оболочки твэлов подачей теплоносителя в активную зону, созданием аварийных контуров теплоотвода, выполнения других конкретных функций безопасности, зависящих от конкретного выбора параметров срабатывания различных частей системы.

Система аварийного газоудаления выполняет функцию удаления неконденсирующихся газов из первого контура и защищает твэлы, предотвращая срыв естественной циркуляции в первом контуре.

Защитные элементы границы давления первого контура предотвращают повышение давления в первом контуре более чем до 1,15 от рабочего, тем самым предотвращая разрушение третьего барьера безопасности, недопустимый рост значений параметров теплоносителя, нарушение условий охлаждения твэлов.

3.2 Локализующие системы безопасности

В состав локализующих систем входят:

· герметичная облицовка или металлическая защитная оболочка;

· система теплоотвода от среды и/или герметичной оболочки;

· система изолирующих устройств, герметичных проходок, шлюзов;

· система контроля присутствия в среде защитной оболочки горючих газов и система аварийного сжигания водорода.

Пример локализующей системы безопасности показан на рис.5

Рис.5. Локализующая система безопасности с реактором ВВЭР.



Герметичная облицовка и/или защитная оболочка являются барьером для распространения радиоактивных продуктов в окружающую среду.

Система теплоотвода обеспечивает не превышение значений теплотехнических параметров в среде защитной оболочки - функцию защиты барьера. Шлюзы (люки) предназначены для обеспечения доступа персонала, оборудования и материалов при ремонте (на остановленном реакторе), для доставки (выгрузки) топлива в (из) бассейн перегрузки. Изолирующие устройства включают арматуру, перекрывающую коммуникации, которые связывают оборудование и системы внутри и вне герметичного объема.

Система контроля горючих газов и сжигания водорода выполняет функцию безопасности - предотвращает образование взрывоопасных концентраций или неорганизованное горение водорода в помещениях защитной оболочки.

3.3 Обеспечивающие системы безопасности

В состав обеспечивающих систем входят:

· система аварийного электропитания первой группы - аварийные аккумуляторные батареи;

· система аварийного электропитания второй группы - аварийные дизель-генераторы;

· системы сжатого газа для привода пневмоарматуры;

· системы вентиляции.

3.4 Управляющие системы безопасности

В состав управляющих систем безопасности входят:

· система автоматической остановки реактора;

· система приведения в действие технических средств безопасности.

· Система автоматической остановки реактора включает датчики, устройства логической обработки и формирования управляющих сигналов, воздействующих в аварийных режимах на приводы органов регулирования (ПС СУЗ).

Функции системы автоматической остановки реактора взаимосвязаны с функциями систем АЗ. Система приведения в действие технических средств безопасности включает датчики, устройства логической обработки и формирования управляющих сигналов, которые приводят в действие активные элементы защитных, локализующих, обеспечивающих СБ (вентили с электра- или пневмоприводном, изолирующие устройства, дизель-генераторы и т.п.)



4. Требования к системам безопасности

Системы безопасности должны обеспечивать в аварийных режимах работы АЭС выполнение критических функци безопасности:

· аварийный останов реактора и поддержание его в подкритическом состоянии (СУЗ);

· аварийный отвод тепла от активной зоны реактора (САОЗ);

· удержание радиоактивных веществ в установленных границах (защитная оболочка).

Защитные, локализующие системы предназначены для предотвращения или ограничения соответственно:

· повреждений трех первых барьеров безопасности, содержащих радиоактивные вещества;

· распространения выделяющихся при авариях радиоактивных сред и излучений за установленные проектом границы и выхода их в окружающую среду.

Обеспечивающие системы безопасности предназначены для снабжения СБ энергией, рабочей средой, создания условий для их функционирования.

Управляющие системы безопасности предназначены для приведения в действие СБ, осуществления контроля и управления СБ в процессе выполнения заданных функций.

Защитные, локализующие системы предназначены для предотвращения или ограничения соответственно:

· повреждений трех первых барьеров безопасности, содержащих радиоактивные вещества;

· распространения выделяющихся при авариях радиоактивных сред и излучений за установленные проектом границы и выхода их в окружающую среду.



5. Обеспечение надежности систем безопасности

Очевидно, что наиболее «надежный элемент» -- это тот, которого нет в системе. Поэтому простота структуры системы, алгоритма ее работы является важным требованием надежности. Решение данной задачи осуществляется путем сокращения количества арматуры в системе, протяженности и разветвленности циркуляционных контуров, использования простого по конструкции оборудования, не требующего для своего функционирования многочисленных вспомогательных систем. Рассмотрим подробнее способы достижения высокого уровня надежности систем безопасности.

Использование пассивного принципа действия

Целесообразно использование пассивных устройств, естественных процессов в системах безопасности для повышения их надежности. Повышение надежности при этом, может быть достигнуто не только благодаря тому, что пассивные устройства, как правило, проще по конструкции, а следовательно, и более надежны по сравнению с активными устройствами, а главным образом потому, что отпадает необходимость в разветвленных управляющих и обеспечивающих системах (система электроснабжения, система вентиляции и кондиционирования и др.), т. е. в том «шлейфе» вспомогательных систем, которые сопутствуют активным устройствам. Наряду с разветвленностью, сложностью управляющих систем они подвержены различным видам возмущений, наиболее опасными из которых являются пожар, затопление, ошибочные действия персонала при проверках, ремонте систем, а также в процессе управления.

Примерами использования естественных процессов в системах безопасности являются: введение рабочих органов A3 под действием силы тяжести, естественная циркуляция теплоносителя в системе аварийного отвода тепла, срабатывание пневматического или электромагнитного клапана под действием пружины соответственно при сбросе воздуха и снятии питания с электромагнита. К пассивным устройствам безопасности относятся: страховочный корпус реакторов типа ACT и БН, защитная оболочка, обратный клапан, предохранительный клапан прямого действия, гидроаккумулятор с запасом воды.

Резервирование

Резервирование, является важной мерой обеспечения надежности систем безопасности за счет применения дополнительных средств и (или) возможностей в целях сохранения работоспособного состояния системы при отказе одного или нескольких ее элементов. Различают структурное, временное и функциональное резервирование. Структурное резервирование предполагает применение резервных элементов или каналов в структуре системы. Степень резервирования элементов или каналов системы характеризуется кратностью резерва, под которой понимается отношение числа резервных элементов к числу резервируемых. В системах аварийного отвода тепла находят применение схемы с однократным, двухкратным, а иногда и трехкратным резервированием каналов.

Введение избыточности повышает надежность выполнения функции безопасности, т. е. защиту от функциональных отказов. Одновременно увеличивается и опасность ложных срабатываний, характерных главным образом для управляющих систем. Ложные срабатывания нарушают нормальную эксплуатацию установки, приводят к термоциклическим нагрузкам на оборудование. Для защиты от ложных срабатываний используются схемы резервирования типа «2 из 3», «2 из 4», т. е. аварийный сигнал выдается системой в том случае, если он сформируется по крайней мере в двух из соответственно трех или четырех каналов.

Резервирование с применением резервов времени обеспечивается в системах безопасности за счет инерционности процессов в реакторной установке, обусловленной высокой аккумулирующей способностью контуров, наличием большого количества воды над активной зоной и др. Наличие резервов времени позволяет, в частности, обеспечить дублирование управляющих систем действиями персонала при подключении устройств безопасности, а также осуществить восстановление отказавших систем.

Резервирование элементов и каналов

Резервирование с применением функциональных резервов в системах безопасности обусловливается способностью отдельных элементов выполнять ряд дополнительных функций кроме своих основных. Так, например, в некоторых схемах предусматривается использование спринклерных насосов для длительного охлаждения активной зоны при отказе насосов низкого давления. Резервирование системы эффективно только в том случае, если обеспечена независимость резервируемых элементов и каналов.

Структурно-функциональное и физическое разделение

Защита системы от отказов по общей причине обеспечивается структурно-функциональным и физическим разделением каналов. Структурно-функциональное разделение каналов исключает общие элементы и связи в схемах, общие управляющие и обеспечивающие (энергоснабжение, вентиляция и др.) системы. При наличии связей в схемах независимость может достигаться введением специальных разделительных устройств, не передающих опасные возмущения от одного канала к другому (например, волоконно-оптические линии связи в управляющих системах).

Физическое разделение.

Структурно-функциональное разделение защищает главным образом от внутренних отказов в системах. Для исключения отказов каналов по общей причине вследствие пожара, затопления, воздействия летящих предметов, взрывов газа предусматривается физическое разделение. Физическое разделение достигается разнесением структурно-независимых каналов системы в "пространстве, организацией между ними физических барьеров, размещением каналов системы в независимых помещениях. Примером физического разделения является размещение пультов управления и контроля за состоянием важных для безопасности систем на блочном и резервном щитах управления, каналов управляющих систем в независимых помещениях систем безопасности, прокладка кабельных линий резервных каналов по разным коридорам и т. п.

Разнообразие связующих элементов

Для исключения зависимых отказов, обусловленных общностью конструкции, в том числе ошибками при проектировании, предусматривается разнообразие каналов системы. Разнообразие достигается, например, использованием управляющих систем, формирующих аварийный сигнал об одном и том же нарушении по параметрам разной физической природы (мощность и давление), с использованием разной элементной базы. Также достигается использованием защитных систем разного принципа действия, например электромеханической и борной систем остановки реактора. Для подключения системы может быть использована разнотипная арматура: клапан с пневматическим и электромагнитным приводом, электроприводная задвижка и т. п. В системах аварийного отвода тепла используются электроприводные насосы и насосы с турбоприводом.

Повышение безотказности элементов

Повышение безотказности элементов системы является естественным способом повышения надежности системы в целом. Данный способ предполагает совершенствование конструкции элементов, технологии изготовления и монтажа, облегчение условий работы, совершенствование технического обслуживания в процессе эксплуатации. При заданной конструкции элемента возможности повышения его безотказности весьма ограничены.

Организационно-технические меры

Контроль за состоянием системы и восстановление работоспособности. При подготовке ЯЭУ к пуску для проверки готовности систем безопасности проводятся их испытания. На работающем реакторе контроль обеспечивает своевременное обнаружение отказавших элементов или каналов для проведения восстановительных работ или вывода установки из действия, если нарушены условия безопасной эксплуатации. Указанный контроль предполагает наличие специальной организационно-технической системы обнаружения отказов элементов в условиях, когда система безопасности не работает по своему прямому назначению. Наиболее эффективен постоянный контроль. Однако отказы отдельных элементов могут быть обнаружены только при имитации прохождения аварийного сигнала. Такие отказы (скрытые) обнаруживаются периодическими проверками работоспособности. Приближение эффективности периодического контроля к. постоянному достигается автоматизацией процесса проверки и увеличением Частоты проверок. Для обеспечения восстановления элементов систем безопасности в режиме ожидания или работы к ним предъявляются требования по ремонтопригодности.



Заключение

Таким образом, АЭС, являясь техническим объектом крайне сложным и опасным, представляет собой большую угрозу. Любая неполадка в системе грозит большими проблемами в связи с возможной радиационной опасностью. Вот почему даже самая незначительная авария тщательно анализируется, разбирается причина случившегося и принимаются меры для того, чтобы в будущем похожая ситуация не повторялась. Это делает системы безопасности станции крайне актуальными и важными ее элементами.



Список литературы

1.О.Б. Самойлов, Г.Б. Усынин, А.М. Бахметьев Безопасность ядерных энергетических установок, 1989 г.

2. В.М. Зорин Атомные электростанции, 2014 г.

3. Правила радиационной безопасности при эксплуатации атомных станций (ПРБ АС-99). Минздрав России, 1999 г.

4. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций НП-001-15, Москва, 2016 г.

5. В.Г. Асмолов, В.Н. Блинков, О.Г. Черников Основы обеспечения безопасности АЭС, 2014 г.

6. В.И. Солонин Безопасность и надежность реакторных установок, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996 г.

7. В.А. Иванов Эксплуатация АЭС, Энергоатомиздат, 1994 г.

8. А.М. Бахметьев, О.Б. Самойлов, Г.Б. Усынин Методы оценки и обеспечения безопасности ЯЭУ, Энергоатомиздат, 1998 г.

9. Б.Е. Патон Безопасность прогресса, НТР, 1986 г.

10. О. М. Ковалевич Основы обеспечения безопасности АЭС МЭИ 1999

Размещено на Allbest.ru