Методология разработки и расчетного обоснования комплекта симптомно-ориентированных аварийных инструкций для АЭС-2006

- выход из обстройки через поврежденную защитную оболочку (включая течи за пределы герметичного ограждения);

- выход из герметичного ограждения за счет повреждения защитной оболочки, протечек защитной оболочки или ее дефектов.

С учетом проведенных исследований предлагается следующая организация процесса диагностики для тяжелых аварий, выполняемого Группой управления аварией, которая включает в себя следующие компоненты:

- диагностическая блок-схема для физических и химических процессов, которыми необходимо управлять с самого начала аварии, и последующих процессов, которыми необходимо управлять, чтобы достичь управляемого стабильного состояния;

- дерево серьезных угроз, которое служит для идентификации немедленных угроз целостности защитной оболочки, как границы на пути распространения продуктов деления.

В процессе управления тяжелой аварией могут возникать долгосрочные проблемы реализации стратегий УТА, связанные, например, с ограниченностью ресурсов, таких как борированная вода, вода для подпитки парогенераторов и т.п. Если при управлении тяжелой аварией достигается управляемое стабильное состояние энергоблока, то возникает вопрос о возможности выхода из сферы действия РУТА и переходе к действиям по долгосрочному поддержанию управляемого стабильного состояния. Для решения этих вопросов целесообразно разработать специальные инструкции, образующие отдельную группу инструкций РУТА.

Таким образом, при разработке структуры комплекта инструкций по управлению тяжелыми авариями за основу может быть взята структура типового РУТА для АЭС с ВВЭР-1000/В-320:

- диагностическая блок-схема и инструкции ДБС;

- дерево серьезных угроз и инструкции ДСУ;

- инструкции для БЩУ,

- инструкции решения долгосрочных проблем и выхода из РУТА;

- вспомогательные расчетные средства.

6.3.2 Диагностическая блок-схема

Диагностическая блок-схема (ДБС) является основным средством, используемым Группой управления аварией, чтобы определить подходящие стратегии управления тяжелыми авариями. На основе конкретных условий на АЭС, определенных в ДБС, вызывается конкретная инструкция по управлению тяжелыми авариями, чтобы оценить положительные и отрицательные последствия разнообразных стратегий УТА. Вход в ДБС происходит, когда в аварийных инструкциях встречается указание Группе управления аварией начать рассмотрение управления тяжелыми авариями.

В качестве первого шага в ДБС предусмотрен мониторинг Дерева серьезных угроз (ДСУ), которое предусматривает индикацию следующих условий: имеющий место значительный выход продуктов деления или серьезная угроза целостности защитной оболочки, как границы на пути выхода продуктов деления, которая потенциально может привести к большому выходу продуктов деления. Если какая-либо уставка входа в ДСУ достигнута, то использование ДБС прекращается, и все действия фокусируются на восстановлении параметра, свидетельствующего об угрозе целостности защитной оболочки, до уровня ниже соответствующей уставки ДСУ.

Далее в Диагностической блок-схеме производится мониторинг небольшого числа выбранных параметров, характеризующих протекание тяжелой аварии и состояние энергоблока в процессе аварии. Для каждого параметра ДБС установлена уставка на основе определения управляемого стабильного состояния. Если уставка для данного параметра превзойдена, то происходит обращение к одной из инструкций управления тяжелыми авариями. Группа управления аварией анализирует положительные и отрицательные последствия реализации различных стратегий УТА, содержащихся в этой инструкции управления тяжелыми авариями, и принимает решение относительно реализации любой из стратегий. В рамках действий в соответствии с Диагностической блок-схемой приемлемым является решение не реализовывать какую-либо из стратегий УТА, если негативные последствия ее реализации перевешивают возможный положительный эффект.

6.3.3 Дерево серьезных угроз

Управление тяжелыми авариями подразумевает выполнение действий, направленных на приведение энергоблока в управляемое стабильное состояние после повреждения активной зоны и на смягчение угроз целостности защитной оболочки как барьера на пути распространения продуктов деления. В условиях тяжелой аварии другие барьеры на пути продуктов деления (оболочка твэл и первый контур) могут быть повреждены и действия фокусируются на сохранении последнего барьера на пути продуктов деления. Для того, чтобы выбрать эффективные в конкретной ситуации действия по управлению тяжелой аварией и приоритизировать выбранные управляющие действия, необходима диагностика условий на энергоблоке.

Дерево серьезных угроз (ДСУ), которое контролируется во время использования Диагностической блок-схемы, определяет серьезные угрозы целостности защитной оболочки, как барьера на пути распространения продуктов деления. Из ДСУ вызываются инструкции серьезных угроз (ИСУ), которые содержат стратегии смягчения серьезных угроз. Если угроза не смягчается в течение короткого времени, то возможно повреждение барьера на пути продуктов деления. Поэтому в ИСУ требуется определить и осуществить возможные управляющие действия независимо от возможных негативных последствий в отличие от ИТА, в которых возможен отказ от выполнения каких-либо управляющие действий.

6.4 Состав инструкций по управлению тяжелыми авариями

В международной практике оформление стратегий управления тяжелыми авариями в виде инструкций происходит следующим образом. Как правило, в одну инструкцию управления тяжелыми авариями включаются одна или несколько сходных (приводящих к одной цели) стратегий УТА. Поэтому при выбранной структуре РУТА состав комплекта инструкций управления тяжелыми авариями определяется двумя факторами:

- применимость стратегий УТА для энергоблока, для которого разрабатывается РУТА;

- возможные механизмы и сценарии серьезных угроз для целостности защитной оболочки.

Примером может служить стратегия «Ввести в действие рекомбинаторы». Если отсутствуют соответствующие технические средства, то не имеет смысла разрабатывать специальную инструкцию, предназначенную для реализации этой стратегии.

С другой стороны, состав инструкций по управлению тяжелыми авариями определяется возможными механизмами угроз для барьеров на пути выхода продуктов деления. Если возможен сценарий аварии, при котором происходит вакуумизация контейнмента, и возникает опасность отслоения внутреннего покрытия защитной оболочки с возможностью выхода активности через неплотности в бетоне защитной оболочки, то необходимо иметь инструкцию, предназначенную для реализации действий по повышению давления внутри защитной оболочки.

Окончательный состав РУТА должен быть обоснован с применением расчетных анализов, моделирующих процессы при тяжелых авариях и необходимые управляющие действия.

Все действия по управлению аварией должны быть оценены на предмет простоты применения. Во время таких аварийных ситуаций уровень стресса у операторов и специалистов будет высоким. Поэтому, уменьшая потенциал человеческой ошибки, простота применения увеличивает общий успех управления авариями. Одним из возможных путей достичь этой цели является разработка так называемых вспомогательных расчетных средств (ВРС), которые могут быть использованы при управлении авариями. Такие вспомогательные средства могут быть разработаны на основе упрощающих предположений и представлены, как правило, графически (графики, диаграммы, номограммы, таблицы и т.д.). Примером ВРС является график расхода подпитки первого контура, необходимого для отвода остаточного тепловыделения от активной зоны с учетом тепла, получаемого за счет окисления металла, и тепла, накопленного в структурных материалах корпуса реактора.

Важным аспектом разработки вспомогательных расчетных средств является необходимость с их помощью компенсировать недостатки систем измерения. Так, при отсутствии измерения концентрации водорода в герметичных помещениях в аварийных условиях целесообразно разработать вспомогательное расчетное средство, которое помогало бы оператору судить о возможной концентрации водорода в герметичных помещениях в условиях тяжелых аварий.

7. Принципы проведения расчетного обоснования аварийных процедур и инструкций

7.1 Виды расчетных анализов

Требования к расчетным анализам формулируются ниже для трех различных категорий анализа:

- предварительный анализ для оценки основных стратегий управления авариями,

- анализ для разработки процедур и инструкций, необходимый для подтверждения стратегий и расчетов уставок входа,

- анализ для верификации и валидации процедур и инструкций.

7.2 Предварительные расчетные анализы

В рамках проведения предварительных расчетных анализов для последующей разработки аварийных процедур и инструкций можно выделить следующие этапы:

- отбор аварийных сценариев для предварительных расчетных анализов,

- выполнение расчетных анализов без моделирования действий оператора,

- определение основных систем и оборудования, которые могут быть использованы при управлении авариями в рамках процедур оптимального восстановления,

- определение возможных критериев входа в разрабатываемые процедуры,

- выполнение расчетных анализов с моделированием основных стратегий управления, которые могут быть используемы в процедурах оптимального восстановления.

Особые требования предъявляются к предварительным анализам тяжелых аварий. Они дают представление о поведении станции при различных тяжелых авариях и должны быть достаточно подробными и конкретными, чтобы определить:

- характер угроз для границ распространения продуктов деления при различных тяжелых авариях и доминирующие угрозы,

- время возникновения различных потенциальных угроз при тяжелых авариях (чтобы оценить приоритетность различных действий по восстановлению),

- параметры станции, которые можно использовать для контролирования различных угроз.

7.3 Расчетные анализы при разработке процедур и инструкций

Расчетные анализы, проведенные на предварительной стадии, в предположении наиболее вероятного поведения систем и оборудования и наиболее вероятных действий оператора, являются базовыми расчетами для расчетов, проводимых на стадии разработки аварийных процедур и инструкций.

Базовые расчеты дают такую информацию, как общие тенденции изменения основных параметров РУ в процессе протекания аварий, симптомы изменения состояний РУ, достигаемые промежуточные и конечные состояния РУ, моменты времени, в которые происходят ключевые события.

На стадии разработки аварийных процедур и инструкций необходимо выполнить гораздо более широкий круг расчетных анализов, проходя последовательно и документируя следующие этапы работ:

- детализация стратегий управления,

- вариация численных значений критериев входа в процедуры и инструкции,

- уточнение средств измерения, используемых для принятия решений,

- использование результатов ВАБ-1 и ВАБ-2 для определения расчетных сценариев,

- отбор аварийных сценариев для детальных расчетных анализов,

- выполнение расчетных анализов.

7.4 Расчетные анализы при валидации процедур и инструкций

7.4.1 Способы проведения валидации аварийных процедур

Валидация аварийных процедур и инструкций - это проверка, устанавливающая способность обученного персонала выполнять действия, указанные в процедурах и инструкциях, при управлении аварийной ситуацией.

В международной практике признаны различные методы валидации аварийных процедур и инструкций, включая использование тренажера или аналитического симулятора, пошаговый метод, при котором операторы шаг за шагом моделируют управляющие действия в соответствии с предлагаемым сценарием, аудиторные занятия, в которых операторы объясняют преподавателям и обсуждают с ними шаги процедур в соответствии со сценарием.

Наиболее предпочтительным является метод использования тренажера или аналитического симулятора. Особенно полезно использование тренажера, т.к. его применение позволяет выполнить валидацию аварийных процедур в режиме реального времени. Ценность других методов обусловлена тем, что в наиболее сложных сценариях аварий (особенно при анализе тяжелых аварий) могут проявиться ограничения математической модели тренажера или симулятора.

7.4.2 Поддерживающие расчетные анализы при проведении валидации аварийных процедур

Необходимость в поддерживающих расчетных анализах для валидации аварийных процедур во многом зависит от метода валидации и ограничений моделирования у используемых тренажеров и/или аналитических симуляторов.

По отношению к процедурам оптимального восстановления можно ожидать, что имеющиеся тренажеры и/или аналитические симуляторы позволят моделировать большинство сценариев, охватываемых процедурами этого типа. Поддерживающие анализы могут потребоваться для ряда сценариев, охватываемых процедурами категории 3, которые предназначены для управления авариями с множественными отказами.

По отношению к процедурам восстановления КФБ можно ожидать, что имеющиеся тренажеры и/или аналитические симуляторы позволят моделировать большинство сценариев, охватываемых процедурами этого типа. Однако, в отличие от процедур оптимального восстановления, процедуры восстановления КФБ, предназначенные для охвата запроектных аварий, применимы в сложных сценариях, которые могут перерасти в тяжелые аварии. Соответственно, физические явления и процессы в этих сценариях могут выходить за пределы физических моделей используемых тренажеров и симуляторов.

Поэтому для целей валидации процедур восстановления КФБ могут потребоваться заранее проведенные расчетные анализы, задокументированные результаты которых используются в рамках аудиторных занятий при валидации.

При валидации инструкций по управлению тяжелыми авариями рассматриваемые сценарии могут выходить за рамки возможностей тренажеров и аналитических симуляторов, которые, как правило, рассчитаны на теплогидравлический анализ до разогрева активной зоны. В этом случае необходимо заранее рассчитать требуемые сценарии по кодам анализа тяжелых аварий и использовать при валидации аудиторные занятия.

7.5 Отбор аварийных сценариев

Для разработки аварийных процедур оптимального восстановления можно выделить следующие классы аварий для предварительных расчетных анализов:

- аварии с отказами оборудования, приводящими к срабатыванию аварийной защиты, но с плотным первым и вторым контуром (примеры: обесточивание четырех ГЦН, отказ насосов основной питательной воды),

- аварии с течами первого контура,

- аварии с течами второго контура,

- аварии с течами из первого контура во второй,

- аварии с течами из первого контура за пределами герметичного ограждения.

Для разработки процедур восстановления КФБ можно выделить следующие классы аварий для предварительных расчетных анализов:

- полное обесточивание энергоблока с отказом дизель-генераторов;

- аварии с несрабатыванием аварийной защиты (например, потеря нормального расхода питательной воды с несрабатыванием аварийной защиты);

- аварии с течами первого контура и отказом активных элементов САОЗ;

- аварии с течами второго контура и/или полным отказом питательной воды;

- аварии с течами из первого контура во второй и дополнительными отказами;

- аварии с течами из первого контура за пределами герметичного ограждения и дополнительными отказами.

Для разработки инструкций по управлению тяжелыми авариями можно выделить следующие классы аварий для предварительных расчетных анализов:

- сценарии с высоким давлением первого контура (полное обесточивание с потерей дизель-генераторов, полная потеря питательной воды);

- спектр аварий с течами из первого контура под защитную оболочку (большие течи с потерей активных элементов САОЗ, малые течи с потерей активных элементов САОЗ);

- аварии с течами второго контура (разрыв четырех паропроводов в неотсекаемой части);

- аварии с течами из первого контура во второй (крупномасштабный разрыв коллектора парогенератора).

Во всех случаях для отбора представительных аварий каждого класса и ограничения числа аварийных сценариев, которые необходимо анализировать, может быть использован метод группировки сценариев. Такая группировка обычно основывается на следующих указателях состояния РУ: исходное событие, конечное состояние, состояние САОЗ, состояние стока тепла во втором контуре.

Стоит отметить такой критерий группировки аварий, как принципиально различное протекание аварий. Например, в области аварий с течами из первого контура принято выделять малые, средние и большие течи, которые имеют существенно различающиеся характерные времена протекания.

Необходимо также использовать критерий состояния САОЗ (дополнительные отказы САОЗ). Цель такого выделения: определить круг аварий, приводящих к нарушению выбранных на предварительном этапе критических функций безопасности.

7.6 Выполнение расчетных анализов без моделирования действий оператора

Первая группа предварительных расчетных анализов проводится без моделирования действий оператора по управлению авариями.

Целью расчетов является исследование протекания аварий, определение ключевых моментов времени в развитии аварий и конечного состояния РУ в каждом конкретном случае.

7.7 Определение основных систем и оборудования, которые могут быть использованы при управлении авариями

Для проведения расчетов с моделированием управляющих действий на основе предполагаемых стратегий управления авариями необходимо определить те системы и оборудование, которые могут быть использованы при реализации основных стратегий управления.

Например, отвод остаточного тепла через второй контур может быть выполнен с помощью различных паросбросных устройств второго контура (БРУ-К, БРУ-А), а в современных проектах также с помощью системы аварийного расхолаживания парогенераторов и системы пассивного отвода тепла.

Другим примером является снижение давления в первом контуре при тяжелых авариях, проводимое для того, чтобы исключить выброс расплава из корпуса реактора при высоком давлении. Оно может быть выполнено следующими способами:

- путем открытия предохранительных клапанов компенсатора давления,

- с помощью расхолаживания РУ через второй контур (через различные паросбросные устройства второго контура, по линии системы аварийного расхолаживания парогенераторов или с помощью системы пассивного отвода тепла).

Для выполнения предварительных расчетов необходимо провести оценку имеющихся систем и оборудования для реализации конкретных стратегий управления и выбрать наиболее оптимальные способы реализации стратегий в конкретных сценариях.

7.8 Определение возможных критериев входа в процедуры

Результаты расчетов отобранных сценариев без моделирования управляющих действий оператора дают основу для определения предельных моментов времени и значений параметров РУ, при которых необходимо начинать реализацию конкретной стратегии управления аварией. В качестве примера можно привести аварию с течью из первого контура за пределы контейнмента (например, течь из первого контура во второй) с отказом изоляции места течи (например, отказ запорной арматуры на закрытие). Если в этом сценарии источником раствора борной кислоты для охлаждения активной зоны является бак-приямок, то одним из важнейших критериев начала управляющих действий является такой параметр, как уровень в баке-приямке.

7.9 Выполнение расчетных анализов с моделированием основных стратегий управления

Вторая группа расчетных анализов выбранных аварийных сценариев должна быть проведена с моделированием основных стратегий управления авариями.

Цель выполнения этой группы предварительных анализов: подтвердить эффективность основных стратегий управления авариями, реализуемых на основе выбора оптимальных для каждого конкретного сценария систем и оборудования.

Например, для процедур восстановления КФБ в расчетных анализах должна быть исследована эффективность следующих стратегий управления:

• - борирование первого контура;
• - расхолаживание РУ через второй контур;
• - снижение давления в первом контуре;
• - повторный запуск ГЦН;
• - процедура «сброс-подпитка» по первому контуру;
• - процедура «сброс-подпитка» по второму контуру;
• - управление течью из первого контура во второй с дополнительными отказами.
• Заключение
• Эксплуатационная документация российских АЭС должна соответствовать требованиям российских нормативных документов, а также отражать современный уровень, достигнутый в мировой практике разработки процедур и инструкций (в том числе аварийных процедур и инструкций) и представленный в Руководствах и технических отчетах МАГАТЭ и в требованиях EUR.
• В настоящем докладе на основе анализа современной международной практики предложено включить в противоаварийную документацию для энергоблоков АЭС-2006 следующие комплекты процедур и инструкций:
• - процедуры, определяющие действия персонала при срабатывании сигнализации на панелях БЩУ (реакция на сигнал);
• - процедуры, определяющие действия персонала при нарушениях нормальной эксплуатации, приводящих к изменению мощности энергоблока, но не к срабатыванию аварийной защиты реактора или систем безопасности (реакция на отказ или реакция на малые отклонения);
• - процедуры оптимального восстановления для однозначно диагностируемых аварий;
• - процедуры восстановления критических функций безопасности (КФБ), определяющие действия персонала в условиях аварий с множественными отказами без требования формальной идентификации исходного события;
• - инструкции по управлению тяжелыми авариями, предназначенные преимущественно для персонала кризисного центра либо специально созданной группы специалистов АЭС (группа управления аварией).
• В докладе представлена методология разработки всех указанных выше комплектов процедур и инструкций. Сформулированы требования к составу комплектов процедур и инструкций, к их содержанию. Определены основные этапы разработки процедур и инструкций, включая этап их верификации и валидации.
• Для аварийных процедур оптимального восстановления, аварийных процедур восстановления критических функций безопасности и инструкций по управлению тяжелыми авариями представлена методология их расчетного обоснования.
• Список использованных источников
• 1. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций. ОПБ-88/97. НП-001-97 (ПНАЭ Г - 01 - 011 - 97), 1997.
• 2. Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций. ПБЯ РУ АС-89, 1990.
• 3. IAEA Safety Standards Series. Safety of Nuclear Power Plants: Operation. Requirements, NS-R-2, 2000.
• 4. Серия норм МАГАТЭ по безопасности. Пределы и условия для эксплуатации и эксплуатационные процедуры для атомных электростанций, № NS-G-2.2.
• 5. IAEA Safety Report Series. Implementation of Accident Management Programmes in Nuclear Power Plants, No 32, 2004.
• 6. Оценка безопасности и независимая проверка для атомных электростанций, № NS-G-1.2, 2004
• 7. Accident Analysis for Nuclear Power Plants, Safety Reports Series No. 23, 2002
• 8. Руководство МАГАТЭ. Эксплуатирующая организация для атомных электростанций, № NS-G-2.4, 2004.
• 9. European Utility Requirements for LWR nuclear power plants, 2001.
• 10. B.Chexal et al. Update on the Technical Basis for the Severe Accident Management Guidelines. Proceedings of the Specialist Meeting on Severe Accident Management Implementation, Niantic, USA, June 12-14 1995.
• Размещено на Allbest.ru