Содержание к диссертации
Введение
1. Системологические вопросы ваб и обзор литературы по теме исследования 19
1.1. Вероятностный и детерминистический анализы безопасности 19
1.2. Классификация ВАБ 21
1.3. Характеристическое представление ВАБ 28
1.4. Область исследования диссертации 30
1.5. Обзор литературы по анализу влияния пожаров и их последствий 32
1.6. Постановка задачи исследования 46
1.7. Выводы по главе 1 48
2. Систематизация задач ваб аэс для внутренних пожаров 49
2.1. ВАБ АЭС для внутренних пожаров и ВАБ для внутренних ИС 49
2.2. Основные задачи ВАБ АЭС для внутренних пожаров 53
2.3. Взаимосвязь и последовательность выполнения задач 72
2.4. Особенности выполнения ВАБ российских АЭС для внутренних пожаров 77
2.5. Выводы по главе 2 84
3. Разработка методических вопросов ВАБ АЭС для внутренних пожаров 87
3.1. Алгоритмический метод построения модели пространственных связей и определения зон распространения продуктов горения 87
3.2. Концепция базы данных по кабельному хозяйству 97
3.3. Методика учета влияния пожара на действия оператора 101
3.4. Методика автоматизированного определения аварийных сценариев.. 108
3.5. Разработка программного комплекса для автоматизированного определения сценариев пожара 111
3.5.1. Возможности программного комплекса 111
3.5.2. Входные данные 111
3.5.3. Выходная информация 112
3.6. Методика проведения количественной оценки частоты повреждения активной зоны 113
3.6.1. Общий подход 113
3.6.2. Методика отборочного анализа 114
3.6.3. Методика детального анализа 124
3.7. Подход к систематическому анализу непараметрической неопределенности результатов ВАБ АЭС для внутренних пожаров 130
3.8. Выводы по главе 136
4. ВАБ блока N5 НВАЭС для внутренних пожаров 138
4.1. Выполнение задач ВАБ АЭС для внутренних пожаров 138
4.2. Основные результаты ВАБ блока N5 НВАЭС для внутренних пожаров 143
4.3. Анализ чувствительности и неопределенности результатов ВАБ 146
4.4. Основные вкладчики в показатель ЧПЗ 148
4.5. Практические рекомендации по мероприятиям, направленным на снижение риска 151
4.6. Выводы по главе 155
5. Основные результаты и выводы 157
Заключение 161
Литература
- Характеристическое представление ВАБ
- Основные задачи ВАБ АЭС для внутренних пожаров
- Концепция базы данных по кабельному хозяйству
- Основные результаты ВАБ блока N5 НВАЭС для внутренних пожаров
Введение к работе
Обеспечение безопасного функционирования российских атомных электростанций (АЭС) является первостепенной задачей организаций, проектирующих и эксплуатирующих АЭС, а также органов федерального надзора за ядерной и радиационной безопасностью (Госатомнадзора РФ).
Требования к выполнению исследований по всесторонней оценке безопасности блоков АЭС включены в ряд федеральных и нормативных документов [1]-[7] и являются обязательными для эксплуатирующих организаций.
Современное состояние науки и практики в мире показывает, что одним из наиболее эффективных методов качественного исследования и количественной оценки уровня безопасности блоков АЭС является вероятностный анализ безопасности (ВАБ). ВАБ позволяет систематически и всесторонне проанализировать всевозможные аварийные ситуации и установить основные потенциальные источники аварий на объекте. ВАБ позволяет выявить, какие особенности проекта и/или эксплуатации АЭС являются наиболее значимыми с точки зрения риска1 нежелательных последствий. Наряду с результатами детерминистических исследований и другими факторами, учитываемыми в процессе принятия решений, результаты вероятностных анализов предоставляют базу для принятия решений по выполнению мероприятий, проводимых с целью повышения уровня безопасности, позволяя количественно "взвесить" мероприятия в терминах
Классическое определение риска — это произведение частоты события на его последствия (выраженные в различных категориях). Термин "риск нежелательных последствий" в данной работе используется для обобщенного обозначения результатов ВАБ. Вероятностные оценки, получаемые в ВАБ, в зависимости от типа анализа (уровень 1, 2, 3), имеют разный смысл. Для ВАБ уровня 1 - это показатель частоты повреждения активной зоны реактора ("нежелательным последствием" в данном случае является повреждение активной зоны реактора). Для ВАБ других уровней понятие "нежелательное последствие" имеет иное наполнение. Более подробно этот вопрос рассматривается далее в работе (глава 1).
8 снижения оценки риска.
Особенно насущной задача принятия решений по модернизациям, проводимым с целью повышения уровня безопасности, стоит для блоков АЭС, находящихся у порога своего проектного срока эксплуатации. Очевидно также, что необходим оправданный и взвешенный подход при принятии решений о продлении сроков эксплуатации. С одной стороны, существует потребность возможно более полного использования уже имеющихся мощностей, а с другой стороны, интересы безопасности требуют вывода из эксплуатации блоков АЭС, исчерпавших свой проектный срок эксплуатации, если их дальнейшая безопасная эксплуатация не может быть обеспечена в необходимой мере. ВАБ является средством, позволяющим интегрально оценить текущий уровень безопасности и, при необходимости, определить пути его повышения.
Следует особо отметить, что методология ВАБ позволяет оценить риск всевозможных аварий вследствие различных причин. Одной из таких причин являются пожары, инициированные возгораниями оборудования или ненадлежащим обращением с горючими материалами в помещениях АЭС.
Анализ аварий, произошедших на АЭС, как в России, так и за рубежом [8]-[12], показывает, что пожары являются одной из основных причин серьезных инцидентов на АЭС, связанных с тяжелыми последствиями.
Существующие нормы проектирования АЭС и правила противопожарной безопасности предусматривают различные меры по предупреждению и защите от пожаров на АЭС ([6], [13], [14]), однако в проектах блоков АЭС первых поколений, спроектированных и введенных в эксплуатацию 20-30 лет назад, могут иметься отклонения от действующих норм. Необходимо подчеркнуть, что на российских АЭС существуют специализированные противопожарные службы, призванные эффективно бороться с пожарами и минимизировать ущерб от них, однако предотвращение пожара остается, безусловно, первостепенной задачей. В отличие от пожаров на неядерных объектах, пожар на АЭС может привести не только к потере материальных ценностей, но также и к тяжелым последствиям, связанным с повреждением активной зоны реактора и радиоактивными выбросами. Те аварийные сценарии, которые могут
привести к подобным последствиям, являются предметом особенного внимания и исследования проектирующих и эксплуатирующих организаций.
Дня того чтобы исследовать и обеспечить защищенность блоков АЭС от пожаров, а также минимизировать ущерб от пожара в случае его возникновения (в том числе ущерб безопасности), разрабатываются и применяются различные методики, основанные на российском и зарубежном опыте [15] - [29]. Эти методики хорошо определяют и нормируют отдельные вопросы эксплуатации АЭС, такие, например, как режимы работы оборудования АЭС, его размещение в помещениях АЭС, процедуры техобслуживания в части обеспечения противопожарной безопасности, процедуры обращения с горючими материалами и проведения огнеопасных работ, и т.п. Однако, являясь по сути своей детерминистическими, указанные методики не предоставляют возможности проанализировать всевозможные аварийные последовательности, инициированные пожаром, и определить аварийные сценарии, являющиеся наиболее значимыми с точки зрения риска нежелательных последствий. Очевидно, что знание наиболее опасных факторов риска позволит принять компенсирующие меры, направленные на его снижение, и тем самым повысить общий уровень безопасности блоков АЭС. Подобный анализ возможно выполнить только с привлечением методологии ВАБ. Таким образом, ВАБ АЭС для внутренних пожаров является инструментом, позволяющим максимально полно идентифицировать источники пожарной опасности внутри АЭС, выполнить анализ возможных аварийных сценариев, оценить их значимость с точки зрения риска нежелательных последствий, а также выявить факторы, способствующие неблагоприятному развитию аварийных сценариев, инициированных пожарами.
Методология ВАБ АЭС для внутренних пожаров, в отличие от методологии ВАБ АЭС для внутренних исходных событий, является относительно новой и активно развивающейся дисциплиной, включающей в себя большое количество разнообразных задач, например:
- сбор и обработку информации о трассировке кабелей по помещениям
АЭС, расположению оборудования, пожарной нагрузки и источников возгорания в помещениях;
моделирование возможных путей распространения пожара и продуктов горения внутри отдельных помещений и между помещениями АЭС;
определение аварийных сценариев, инициированных пожаром;
моделирование влияния пожара на действия оператора по управлению аварией;
моделирование и количественная оценка аварийных последовательностей (АП), инициированных пожарами, с учетом зависимых от пожара и случайных отказов оборудования и ошибок оператора;
определение доминирующих причин (факторов), обуславливающих относительно высокий процентный вклад АП в получаемые вероятностные оценки с учетом неопределенности результатов ВАБ. Задачи ВАБ АЭС для внутренних пожаров, являясь значительными по
своему масштабу, а также, будучи комплексными и взаимосвязанными, требуют разработки подходов и методик анализа, позволяющих обеспечить полноту, достоверность и качество их выполнения.
Диссертация посвящена решению научно-технической задачи методического обеспечения вероятностного анализа безопасности АЭС для внутренних пожаров, что позволит существенно повысить эффективность ВАБ, сочетающего апробированный математический аппарат с глубокими знаниями технологических особенностей, проекта и компоновки блоков АЭС, а также феноменологии пожаров.
Актуальность темы диссертации определяется, прежде всего, необходимостью обеспечения качества ВАБ АЭС для внутренних пожаров, что, в свою очередь, обеспечит состоятельность результатов, выводов и рекомендаций ВАБ, направленных на повышение уровня безопасности АЭС в части защищенности от возникновения пожаров и их последствий.
Актуальность работы обуславливается также тем, что ВАБ АЭС для внутренних пожаров является очень трудоемким и комплексным анализом,
требующим значительных затрат на свое выполнение; следовательно, четкое знание объема, последовательности, состава и взаимосвязи задач анализа, а также методик исследования, является решающим с точки зрения эффективной организации работ по ВАБ и оптимизации ресурсов на его выполнение.
В настоящее время методические основы полномасштабного ВАБ АЭС для внутренних пожаров в России находятся в стадии своего становления, поэтому разработка методик выполнения анализа является крайне актуальной для развития этой дисциплины в стране.
Целью данной работы является систематизация задач ВАБ АЭС для внутренних пожаров, а также разработка отдельных методических разделов, обеспечивающих полноту и достоверность результатов анализа. Для достижения этой цели необходимо решить ряд задач, основными из которых являются:
систематизация состава, взаимосвязи, и последовательности выполнения задач ВАБ АЭС для внутренних пожаров;
развитие методологии ВАБ АЭС для внутренних пожаров в части обеспечения полноты анализа аварийных сценариев, инициированных пожаром, с учетом возможности распространения пожара между помещениями АЭС и влияния пожара на действия оператора;
систематизация и разработка методик выполнения количественной оценки частоты повреждения активной зоны реактора (ЧПЗ) для аварийных сценариев, инициированных пожаром;
разработка методических подходов к определению источников неопределенности результатов ВАБ АЭС для внутренних пожаров и ее количественной оценке.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Впервые разработан систематический подход к выполнению задач ВАБ АЭС
для внутренних пожаров с учетом специфики российских АЭС. Разработаны
методические подходы к обеспечению полноты анализа аварийных
сценариев, обусловленных внутренними пожарами, с учетом таких
12 факторов, как:
возможность распространения продуктов горения между помещениями АЭС через проектные и непроектные неплотности в границах помещений;
возможность ложного срабатывания оборудования из-за повреждения кабелей систем управления;
влияние пожара на надежность выполнения действий операторов при управлении авариями, инициированными пожарами.
Разработан новый алгоритмический подход к моделированию пространственных связей между помещениями АЭС и определению зон распространения продуктов горения, и автоматизированному формированию аварийных сценариев, инициированных пожаром.
Разработана оригинальная методика учета влияния пожара на действия оператора при ликвидации аварийной ситуации на АЭС и оценки вероятностей ошибок оператора.
Развиты методические вопросы комплексной количественной оценки частоты повреждения активной зоны реактора для аварийных сценариев, обусловленных пожаром.
Разработана методика систематического анализа непараметрической неопределенности результатов ВАБ АЭС для внутренних пожаров с использованием методов анализа чувствительности.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
Разработанные теоретические модели доведены до инженерных методик с соответствующей программной реализацией. Модель пространственных связей между помещениями АЭС, алгоритм определения зон распространения продуктов горения при пожаре с учетом особенностей компоновки помещений АЭС и оборудования/материалов, расположенных в них, и автоматизированного определения аварийных сценариев, обусловленных пожаром, реализованы в программном комплексе.
Разработанный программный комплекс и методики были использованы при
выполнении полномасштабного ВАБ блока N5 Нововоронежской АЭС (НВАЭС) для внутренних пожаров. 3. Соискателем выполнено исследование доминантных аварийных сценариев в рамках вероятностного анализа безопасности блока N5 Нововоронежской АЭС для внутренних пожаров. Была выполнена количественная оценка частоты повреждения активной зоны реактора для аварийных последовательностей, обусловленных пожарами в помещениях АЭС, проведена оценка непараметрической неопределенности результатов методами анализа чувствительности. На основе результатов исследований были выработаны рекомендации по мероприятиям, направленным на повышение уровня безопасности исследуемого блока АЭС в части защиты от возникновения пожаров и их последствий.
Научные результаты использованы на Нововоронежской АЭС при определении плана мероприятий по повышению уровня безопасности блока N5, а также в методических документах по ВАБ, выпускаемых НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России. К диссертационной работе прилагается акт об использовании на НВАЭС результатов диссертации (см. Приложение 1).
Личный вклад автора. Диссертация является результатом исследований, выполненных лично автором при проведении ВАБ блока N5 Нововоронежской АЭС в рамках международного проекта СВИС РУС с участием коллектива специалистов НТЦ ЯРБ Госатомнадзора РФ и НВАЭС, при содействии, оказанном руководством Госатомнадзора РФ и НТЦ ЯРБ Госатомнадзора РФ, и при технической поддержке федерального инспектората Швейцарии по ядерной безопасности (HSK) и компании Energy Research Inc. (ERI), США.
Конкретное личное участие автора выразилось в решении следующих задач:
— систематизация выполнения задач ВАБ АЭС для внутренних пожаров с учетом специфических особенностей эксплуатации российских АЭС и разработка подходов к обеспечению полноты анализа аварийных
сценариев, инициированных пожаром;
разработка модели пространственных связей между помещениями АЭС и алгоритма определения зон распространения продуктов горения при пожаре с учетом особенностей компоновки помещений АЭС и оборудования/материалов, расположенных в них;
разработка методики учета влияния пожара на действия оператора по ликвидации аварийной ситуации на АЭС и оценки вероятностей ошибок оператора с применением методологии "Дерева решений".
С активным участием автора были разработаны методики комплексной
количественной оценки частоты повреждения активной зоны реактора для
аварийных сценариев, инициированных пожаром, и анализа непараметрической
неопределенности результатов ВАБ АЭС для внутренних пожаров,
обусловленной возможной неполнотой моделей аварийных
последовательностей и неточностью знаний о физических процессах при пожаре и их воздействии на оборудование АЭС.
Автором выполнены исследования:
доминантных аварийных сценариев в рамках вероятностного анализа безопасности блока N5 НВАЭС для внутренних пожаров;
количественной оценки непараметрической неопределенности результатов ВАБ для внутренних пожаров методами анализа чувствительности;
количественной оценки эффективности мероприятий, направленных на повышение уровня безопасности блока N5 НВАЭС с учетом факторов неопределенности.
Основные положения, выдвинутые автором на защиту, включают:
Систематизацию состава, структуры и последовательности выполнения задач ВАБ АЭС для внутренних пожаров с учетом специфики российских АЭС.
Разработанную методику и программный комплекс для автоматизированного определения аварийных сценариев, инициированных
15 внутренними пожарами, с использованием базы данных по расположению кабелей в помещениях АЭС и алгоритмического метода построения модели пространственных связей между помещениями АЭС для определения зон распространения продуктов горения.
Разработанную методику учета влияния пожара на надежность выполнения операторами действий по ликвидации аварии с применением методологии "Дерева решений".
Разработанную методику проведения количественной оценки частоты повреждения активной зоны реактора в рамках отборочных и детальных анализов сценариев пожаров, включая систематический анализ непараметрической неопределенности результатов ВАБ АЭС для внутренних пожаров методами анализа чувствительности.
Проведенные исследования и результаты ВАБ блока N5 НВАЭС для внутренних пожаров и практические рекомендации по мероприятиям, направленным на снижение показателя частоты повреждения активной зоны реактора блока N5 НВАЭС для внутренних пожаров.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы (5 статей в научно-технических журналах, 6 публикаций в сборниках трудов конференций и семинаров, 11 научно-технических отчётов), в том числе, основные:
Кузьмина И., Любарский А., Носков Д., Гордон Б., Розин В. Методологические аспекты и результаты вероятностного анализа безопасности пожаров пятого блока Нововоронежской АЭС // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2001. N1. С. 25-30.
Кузьмина И. Анализ распространения пожара в ВАБ пожаров 5 блока НВАЭС // Диагностика и прогнозирование состояния объектов сложных информационных интеллектуальных систем. Сборник научных трудов кафедры АСУ Обнинского ин-та атомной энерготехники. 2001. N14. С. 63-70.
Любарский А., Кузьмина И., Носков Д., Гордон Б., Розин В. Рекомендации по повышению безопасности на основе результатов
вероятностного анализа безопасности первого уровня пятого блока Нововоронежской АЭС // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2001. N1. С. 13-19.
Носков Д., Любарский А., Кузьмина И., Гордон Б., Розин В. Методология и основные результаты вероятностного анализа безопасности второго уровня пятого блока Нововоронежской АЭС // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2001. N1. С. 20-24.
Lioubarski A., Kouzmina I., Noskov D., Berg Т., Makarov S., Zhukova E., Samokhine G. (in total 14 persons). Project SWISRUS. Novovoronezh Unit 5 Probabilistic Safety Assessment. Part HI: PSA Level-1 for External and Area Internal Initiating Events. Volume I: Internal Fire Initiating Events II Scientific and Engineering Center for Nuclear and Radiation Safety of the Federal Nuclear Safety Authority of Russia. 2001. SWISRUS-2001-1. Moscow. - 329
P-
Lioubarski A., Kouzmina I., Berg Т., Bredova V., Noskov D., Samokhine G., Zhukova E., (in total 18 persons). Project SWISRUS. Novovoronezh Unit 5 Probabilistic Safety Assessment, Main Report, Part I: PSA Level-1 for Internal Initiating Events II Scientific and Engineering Center for Nuclear and Radiation Safety of the Federal Nuclear Safety Authority of Russia. 1999. SWISRUS-99-001. Moscow. - 445 p.
Lioubarski A., Kouzmina I., Noskov D., Berg Т., Makarov S., Zhukova E., Samokhine G. (in total 13 persons). Project SWISRUS. Novovoronezh Unit 5 Probabilistic Safety Assessment. Part III: PSA Level-1 for External and Area Initiating Events. Volume III: External Initiating Events// Scientific and Engineering Center for Nuclear and Radiation Safety of the Federal Nuclear Safety Authority of Russia. 2001. SWISRUS-2001-1. Moscow. - 115 p.
Lioubarski A., Kouzmina I., Noskov D., Berg Т., Makarov S., Zhukova E., Samokhine G. (in total 14 persons). Project SWISRUS. Novovoronezh Unit 5 Probabilistic Safety Assessment. Part III: PSA Level-1 for External and Area
Initiating Events. Main Report II Scientific and Engineering Center for Nuclear and Radiation Safety of the Federal Nuclear Safety Authority of Russia. 2001. SWISRUS-2001-1. Moscow. - 80 p.
9. Lioubarski A., Kouzmina I., Volkovitski S., Samokhine G., Berg Т., Bredova V., Zhukova E., (in total 9 persons). Probabilistic Safety Analysis of Novovoronezh-5; The level-1 Study Overview and Findings II Atomwirtschaft. 1997. Nr. 11. Vol. 42. P. 701 - 705.
lO.Kouzmina I., Lioubarski A., Smoutnev V., Spurgin A. Human Reliability Analysis in Novovoronezh NPP Unit 5 PSA II Proceedings of the PSA'99 International Topical Meeting (USA, Washington D.C., 22-26 August 1999). P. 1346-1353.
11 .Lioubarski A., Kouzmina I., Gordon В., Rozin V. Insights from Level-1 PSA for Novovoronezh NPP (Unit 5) and PSA-based Modifications II Proceedings of the PSA'99 International Topical Meeting (USA, Washington D.C., 22-26 August 1999). P. 21-28.
12. Spurgin A., Bareith A., Kouzmina I., Baumont G., Smutnev V. Developments in the Decision Tree Methodology II Proceedings of the PSA'99 International Topical Meeting (USA, Washington D.C., 22-26 August 1999). P. 861-868.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались диссертантом на следующих научных конференциях и семинарах:
международный семинар по оценке риска от пожаров, г. Хельсинки, Финляндия, июль 1999 г.;
международная конференция "ВАБ'99", г. Вашингтон, США, август 1999;
4-ый международный форум по обмену информацией, г. Обнинск, Россия, октябрь 1999 г.;
5-ый международный форум по обмену информацией, г. Обнинск,
18 Россия, октябрь 2000 г.;
международный семинар "Методы анализа пожарной опасности российских АЭС", ВНИИАЭС, Москва, декабрь 2000 г.;
миссия Международного Агентства по Атомной Энергии (МАГАТЭ) по независимой экспертизе ВАБ блока N5 НВАЭС для внутренних пожаров (миссия "IPSART"), организованная по запросу Госатомнадзора РФ, Москва, июль 2001 г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа изложена на 176 страницах, в том числе основного текста 164 страницы, 12 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 126 наименования на 12 страницах.
Характеристическое представление ВАБ
Наличие нескольких разноплановых характеристик исследований по ВАБ АЭС затрудняет представление об объеме анализа и спектре получаемых оценок. Для большей наглядности классификацию ВАБ АЭС можно представить в виде трехмерной диаграммы, оси которой определяют основные характеристики ВАБ (т.е. уровни ВАБ, типы инициирующих воздействий, уровни мощности). Такая диаграмма представлена на рис. 1. Ось X определяет уровни ВАБ, ось Y - уровни мощности, а ось Z - типы инициирующих воздействий. Подобное представление классификации ВАБ АЭС обеспечивает определенное удобство и наглядность восприятия объема ВАБ и способствует пониманию сущности получаемых вероятностных оценок. Сечение объемной диаграммы (параллелепипеда) в продольных плоскостях дает основу для получения интегральных оценок риска, а сечение в горизонтальной и поперечной плоскостях предоставляет базу для анализа полноты проведенных исследований ВАБ и полученных оценок.
Так, продольное сечение объемной диаграммы, приведенной на рис. 1, для значения х=1 (ВАБ уровня 1) будет представлять матрицу характеристик ВАБ первого уровня Mj miy , где индекс і определяет уровни мощности, а индекс j - типы инициирующих воздействий: i=l - остановленный блок j=l - внутренние ИС i=2 - пониженная мощность j=2 - внутренние пожары i=3 — полная мощность j=3 — внутренние затопления j=4 - внешние воздействия Например, элемент mm этой матрицы будет соотнесен с ВАБ 1 -го уровня для режима работы блока на полной мощности для внутренних ИС.
Если с каждым элементом miy матрицы сечения будет связана количественная оценка частоты повреждения активной зоны реактора q y для соответствующего уровня мощности и типа инициирующего воздействия, то значение: QIi = Zq «, j=1...4 i=l будет представлять собой суммарную оценку частоты повреждения активной зоны реактора для всех уровней мощности работы блока АЭС для определенного инициирующего воздействия. В свою очередь, значение:
4 Q i Eq ij, 1=1-..3 j=l будет представлять собой суммарную оценку частоты повреждения активной зоны реактора для всех типов инициирующих воздействий при работе блока на определенном уровне мощности.
Интегральный показатель частоты повреждения активной зоны реактора может быть найден как: 3 4 Q =S Sqij i=l j=1
Аналогичные сечения объемной диаграммы, представленной на рис. 1, для других уровней ВАБ, и ассоциирование матрицы характеристик с соответствующими оценками риска, будут давать спектр оценок риска ВАБ уровней 2 и 3.
Согласно классификации исследований по ВАБ, приведенной в разделе 1.2, данная диссертационная работа посвящена вопросам ВАБ АЭС уровня 1 для внутренних пожаров при исходном состоянии блока на полном номинальном уровне мощности. На рис. 1, представляющем всю совокупность исследований по ВАБ АЭС, раздел ВАБ, которому посвящена данная диссертационная работа, обозначен затемненным элементом.
Далее по тексту работы, с целью обеспечения удобочитаемости и краткости высказываний, под термином "ВАБ АЭС для внутренних пожаров" будет подразумеваться обозначенный выше предмет исследования, т.е. " ВАБ АЭС уровня 1 для внутренних пожаров при исходном состоянии блока на полном номинальном уровне мощности ".
Основные задачи ВАБ АЭС для внутренних пожаров
Основными задачами, решаемыми в рамках ВАБ АЭС для внутренних пожаров, являются следующие: 1. Сбор информации, специфической для блока АЭС 2. Выполнение обходов АЭС 3. Определение пожарных зон 4. Определение исходных событий, вызванных пожаром 5. Составление списка элементов оборудования, моделируемых в ВАБ 6. Анализ контуров управления оборудованием 7. Сбор и организация информации о расположении оборудования, пожарной нагрузке и трассировке кабелей 8. Оценка частот возникновения пожара 9. Анализ вероятности ошибок персонала в случае пожара 10.Анализ распространения пожара между пожарными зонами 11 .Выполнение отборочного анализа аварийных сценариев 12.Анализ блочного щита управления (БЩУ), резервного щита управления (РЩУ) и кабельных помещений 13.Выполнение детального анализа аварийных сценариев 14.Выявление вкладчиков в показатель ЧПЗ 15.Анализ неопределенности и чувствительности результатов .Документирование ВАБ Взаимосвязь и последовательность выполнения задач ВАБ АЭС для внутренних пожаров обсуждается в разделе 2.3. Ниже приводится основное содержание перечисленных задач. ЗАДАЧА 1. Сбор информации, специфической для блока АЭС.
Для выполнения исследований по ВАБ АЭС для внутренних пожаров требуется значительный объем информации, включающий проектную и эксплуатационную документацию, а также данные из истории эксплуатации АЭС: - чертежи экспликаций зданий и помещений АЭС; - чертежи экспликаций оборудования в помещениях АЭС; - описание систем электростанции, включая системы обнаружения и тушения пожара и вентиляционные системы; - оперативные инструкции работы в нормальных и аварийных условиях; - противопожарные инструкции; - документация по трассировке кабелей и чертежи кабельных трасс; - схемы электрических контуров управления оборудованием систем безопасности/ важных для безопасности; - данные по истории эксплуатации АЭС, связанные со статистикой пожаров/ возгораний. ЗАДАЧА 2. Выполнение обходов АЭС.
Для того чтобы модель и анализы, проводимые в рамках ВАБ АЭС для внутренних пожаров, отвечали действительному состоянию конструкций, элементов сооружений и расположению оборудования, необходимо выполнить обходы территории и помещений АЭС с целью верификации информации, собранной в рамках Задачи 1, и получения уточненной информации для проведения детальных анализов аварийных сценариев.
Первоначальный обход станции выполняется обычно с целью общего ознакомления с расположением зданий и сооружений АЭС, а также помещений, содержащих основное оборудование систем, важных для безопасности.
Второй обход выполняется после завершения этапа предварительного разбиения станции на пожарные зоны и определения расположения в них оборудования систем, моделируемого в ВАБ. Целью данного обхода является проверка целостности границ пожарных зон, информации о расположении оборудования, источников пожароопасности и систем пожаротушения. В процессе обхода для каждого посещаемого помещения заполняются обходные листы, в которые вносится вышеуказанная информация. Пример обходных листов приведен в Приложении 2.
На этапе детального анализа аварийных сценариев, явившихся наиболее значимыми по результатам отборочного анализа, выполняются обходы конкретных помещений/пожарных зон с целью сбора детальной информации по геометрическим характеристикам этих помещений, расположения отдельных единиц оборудования, кабелей и систем/средств пожаротушения, расположения и количества горючих веществ и т.п. ЗАДАЧА 3. Определение пожарных зон Целью задачи определения пожарных зон является выделение помещений/наборов помещений или областей на территории АЭС, которые в дальнейшем будут являться структурными элементами при разработке аварийных сценариев для отборочного анализа.
В рамках задачи определения пожарных зон устанавливаются и обосновываются критерии разбиения зданий и помещений на пожарные зоны. Пожарные зоны определяются наличием физических границ помещений (воображаемых пространственных границ в отдельных случаях) и существенными связями между ними (такими как проемы, непожаростойкие двери и пр.). Для наименования пожарных зон разрабатывается схема кодирования. В результате выполнения данной задачи, вся АЭС разделяется на поименованные пожарные зоны, а их границы обозначаются на чертежах экспликации.
Концепция базы данных по кабельному хозяйству
Для выполнения ВАБ АЭС для внутренних пожаров, как это обсуждалось в главе 2, необходимо получить информацию о том, кабели какого оборудования расположены в анализируемых пожарных зонах. Объем этой информации, достигающей несколько тысяч и десятков тысяч элементов, возможно проанализировать, только создав компьютерную базу данных. Опыт разработки подобной базы данных ([111], [59]) показывает, что существует ряд принципиальных моментов, на которые должно быть обращено специальное внимание с тем, чтобы обеспечить эффективность сбора и анализа информации при использовании в ВАБ АЭС для внутренних пожаров. Разработка базы данных кабельной информации для использования в ВАБ АЭС для внутренних пожаров должна осуществляться в соответствии со следующими основными концептуальными положениями:
1) Основное реляционное отношение. Основное реляционное отношение, реализованное в базе данных, должно связывать помещение, пожарную зону, в которую оно входит, а также идентификатор оборудования, кабели которого расположены в данном помещении. Только в случае реализации такого отношения будет возможно впоследствии получить информацию, требующуюся для анализа аварийных сценариев в ВАБ АЭС для внутренних пожаров.
2) Полнота базы данных. База данных должна, как минимум, содержать информацию о расположении кабелей оборудования, моделируемого в ВАБ АЭС для внутренних пожаров. В том случае, если в исследовании, с целью сокращения объема анализа используются упрощения, в частности, определено "ИС по умолчанию" (Задача 4 ВАБ АЭС для внутренних пожаров, описанная в Главе 2), то данные по расположению кабелей оборудования, отказ которого учитывается исходным событием "по умолчанию" могут быть исключены из рассмотрения. Такой подход, например, был использован при разработке кабельной БД для блока N5 НВАЭС. Определение ИС "Останов насосов питательной воды" в качестве "ИС по умолчанию", позволило сократить объем работ по сбору и представлению кабельной информации за счет исключения из рассмотрения ряда элементов оборудования питательной воды, основная масса кабелей которого проходит через машинный зал, где идентификации соответствующих кабельных трасс была затруднена из-за отсутствия части необходимой документации.
3) Раздельное представление данных по силовым и управляющим кабелям. База данных должна предоставлять возможность идентифицировать отдельно силовые и управляющие кабели. Это обусловлено следующими причинами:
- Повреждение силовых кабелей оборудования может привести к отказу работающего оборудования или к невозможности запустить оборудование, находящееся в режиме ожидания. При рассмотрении аварийных сценариев пожара в случае повреждения силовых кабелей, в модели ВАБ отказ оборудования учитывается путем назначения вероятности отказа Р=1 для соответствующего элемента оборудования. Если отказ работающего оборудования приводит к ИС (например, останов ГЦН), то этот факт также учитывается при разработке сценариев пожара, однако в целом, повреждение силовых кабелей значимо, прежде всего, с точки зрения неработоспособности оборудования.
- Повреждение управляющих кабелей оборудования (в частности, короткое замыкание из-за спекания кабелей в случае пожара) может вызвать ИС, обусловленные ложным срабатыванием. Примером таких ИС может быть ложное открытие предохранительных или паросбросных клапанов, или ложное открытие/закрытие изолирующей арматуры. В этом случае, ситуация может усугубиться тем, что не будет возможности устранить такое ИС путем закрытия арматуры с других мест управления (а в некоторых случаях и вручную).
В том случае, если база данных не будет предоставлять возможности раздельной идентификации силовых и управляющих кабелей, то анализ последствий пожара в пожарных зонах будет значительно затруднен.
4) Возможность поиска всех кабелей оборудования, расположенного в ПЗ. База данных должна предоставлять возможность (содержать процедуры), позволяющие обеспечивать поиск всех кабелей оборудования, расположенного в ПЗ и зоне распространения пожара (отдельно для силовых и управляющих кабелей). Эта информация необходима для проведения отборочного анализа аварийных сценариев.
5) Возможность идентификации кабельных трасс и лотков. База данных должна позволять идентифицировать кабельные трассы и лотки, в которых проложены кабели. Эта информация не требуется на стадии отборочного консервативного анализа, который проводится в предположении повреждения всех кабелей, расположенных в зоне распространения пожара, однако она является необходимой для проведения детального анализа аварийных сценариев. В частности, при анализе последствий пожаров в кабельных тоннелях, необходимо идентифицировать конфигурацию кабельных лотков, где расположены кабели оборудования ВАБ с тем, чтобы было возможно определить время до критического повреждения (с помощью анализов тепломассопереноса) и сделать вывод о вероятности реализации аварийного сценария. В случае отсутствия данных, позволяющих определить кабельные трассы и лотки, выполнение детального анализа ряда аварийных сценариев будет практически невозможно.
Основные результаты ВАБ блока N5 НВАЭС для внутренних пожаров
Оцененное значение показателя частоты повреждения активной зоны для блока N5 НВАЭС равно 6.2Е-4/реактор-год, что сравнимо с показателем ЧПЗ для внутренних ИС (6.9Е-4/реактор-год), который был получен в результате широкомасштабных исследований по ВАБ уровней 1 и 2 для внутренних ИС, выполненных при активном участии автора [122-125]. Результаты анализа параметрической неопределенности показывают, что оцененное значение лежит в диапазоне от 1.1Е-3 (95% граница доверительного интервала) до 2.2Е-4 (5% граница доверительного интервала).
Результаты показывают, что не было выявлено аварийных сценариев, инициированных пожаром, которые могли бы привести к повреждению активной зоны реактора без возможности предпринять восстанавливающие действия для обеспечения охлаждения активной зоны.
Распределение вкладчиков в показатель ЧПЗ от пожаров для различных групп сценариев пожаров в помещениях АЭС представлено на рис. 12. Из этого рисунка видно, что наибольший вклад в ЧПЗ вносят сценарии пожаров на БЩУ, в помещениях устройств логического управления и РЩУ. Этот вклад обусловлен, в основном, конструктивными особенностями управляющих схем оборудования, для которых, вследствие пожара, вероятно возникновения ложного сигнала при замыканиях в контурах управления, расположенных в этих помещениях. Значительная часть ЧПЗ от пожаров на блочном щите управления обусловлена пожаром в панелях систем безопасности. Три панели систем безопасности расположены друг рядом с другом и не разделены боковыми перегородками, как другие панели и пульты управления на БЩУ. Моделирование пожара с помощью кода COMPBRN [107] показало, что соседняя панель в случае возгорания может повредиться уже через 3 мин. Учитывая этот результат, в качестве базового сценария был принят сценарий пожара с потерей 3-х каналов систем безопасности в случае возгорания на одной из панелей систем безопасности. Вклад этого сценария оказался достаточно значительным.
Следующей по значимости явилась группа сценариев пожаров в машинном зале, включающих горение масла и водорода. Вклад этой группы во многом обусловлен тяжелыми пожарами, приводящими к обрушению кровли машинного зала и массовому повреждению оборудования второго контура с
Достаточно большой вклад в оцененную ЧПЗ для блока N5 НВАЭС внесли сценарии пожаров в кабельных тоннелях и шахтах. Для некоторых кабельных шахт было выявлено, что кабели оборудования, важного с точки зрения безопасности, расположены в одной и той же шахте. Конструктивные особенности управляющих схем, для которых вероятно возникновения ложного сигнала при замыканиях в контуре управления в случае пожара, также явились причиной сравнительно высокого вклада в показатель ЧПЗ для ряда сценариев.
Риск от сценариев пожаров на открытой площадке трансформаторов, расположенных недалеко от стены машинного зала, имеющей значительные оконные проемы, обусловлен сценарием взрыва трансформатора и возможным распространением пожара внутрь машинного зала в случае повреждения маслобаков, установленных на стене.
Следует подчеркнуть, что значения относительно высокого вклада в ЧПЗ ряда сценариев, например, сценариев пожара в помещениях комплектных распределительных устройств (КРУ), обусловлены частотами событий пожаров, которые оценивались на основе статистических данных по инцидентам, связанным с пожарами. При анализе статистических данных и при оценке частот использовался консервативный подход. Консервативный подход использовался также при недостатке или отсутствии необходимой информации. В частности, при анализе сценариев пожара в кабельных тоннелях в тех случаях, когда отсутствовала информация о расположении кабелей оборудования в лотках, принимался ряд консервативных допущений о возможности повреждения оборудования. Для оценки влияния консервативных допущений и данных был проведен анализ чувствительности результатов, который показал, что, неопределенность, связанная с неточностью знания, сопоставима с диапазоном параметрической неопределенности.
