Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время решение вопросов обеспечения надежности и безопасности атомных станций и других потенциально опасных объектов ядерно-энергетического комплекса является принципиальным вопросом, определяющим перспективы развития атомной энергетики и ее место в мировой экономике.
Важность этой проблемы обусловлена потенциальной опасностью используемых технологий для персонала станции, населения и окружающей среды. В связи с тем, что атомные электростанции относятся к числу наиболее ответственных с экономической, экологической и социальной точек зрения объектов, безопасность станции рассматривается в качестве самостоятельного свойства, обеспечение которого осуществляется с помощью специальных технических средств и методов как п условиях нормальной эксплуатации, так и в случае аварийных ситуаций, вызванных экстремальными природными и техногенными воздействиями (землетрясения, авиакатастрофы, технологические аварии, экстремальные метеорологические воздействия и т. п.).
Актуальность и сложность учета комплекса экстремальных воздействий применительно к АЭС связана со следующими основными обстоятельствами:
-особая экономическая, социальная и экологическая ответственность объекта;
сложность и уникальность рассматриваемых прнродно-техннческнх систем;
высокая интенсивность возможных воздействий;
существенная роль случайных и неопределенных факторов;
возможность возникновения многочисленных отказов по общей причине, в результате которых сценарии развитая аварии могут сильно отличаться от наиболее изученных аварийных ситуаций, вызванных внутренними авариями.
Все вышеперечисленное подтверждает важность развития методологии вероятностного анализа надежности и безопасности атомных электростанций с учетом комплекса экстремальных воздействий.
Цель диссертационной работы - разработка системного подхода и методов его практической реализации для вероятностного анализа безопасности
атомных станций с учетом комплекса экстремальных природных и теногенных
воздействий.
Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи: -разработка общей методологии вероятностной оценки безопасности
АЭС с учетом экстремальных воздействий;
-разработка методик построения моделей сложных природно-техннческнх
систем, включающих разнообразные технические средства защиты окружающей
среды, принципы учета случайных и неопределенных факторов и способы
выявления корреляционных связей между элементами системы, необходимых
для практической реализации системного подхода;
- решение задач оценки надежности грунтовых оснований, подземных
коммуникаций, строительных конструкций и оборудования при сейсмическом
воздействии с учетом основных случайных и неопределенных факторов;
-разработка вероятностной методики оценки надежности защитных конструкций и оборудования ответственных инженерных объектов при авиакатастрофах;
проведение вероятностных оценок безопасности АЭС с реакторами .РБМК при технологических авариях, вызванных разрывами трубопроводов циркуляционного контура;
решение задач, связанных с оценкой надежности и безопасности АЭС с учетом взрывной опасности и экстремальных метеорологических явлений;
-разработка программного обеспечения, необходимого для решения задач оценки надежности и безопасности АЭС при экстремальных воздействиях;
решение и анализ соответствующих модельных задач динамики и надежности конструкций;
создание структуры информационно-аналитической системы и банков данных для решения задач, связанных с оценкой и обеспечением безопасности атомных станций;
выполнение количественных оценок надежности и безопасности элементов атомных станций на примере конкретных компоновок эксплуатируемых и проектируемых АЭС.
Научная новизна исследований заключается в разработке общей методологии и практических методов проведения вероятностных оценок
безопасности атомных станций с учетом комплекса экстремальных природных и техногенных воздействий. Научный вклад автора заключается в следующем:
-
Разработаны методические основы для вероятностного анализа безопасности АЭС с учетом комплекса экстремальных воздействий.
-
Решен ряд задач, связанных с оценкой надежности грунтовых оснований, подземных коммуникаций, строительных конструкций и оборудования при сейсмическом воздействии с учетом основных случайных факторов.
-
Разработаны методики определения нагрузок на сооружение при авиакатастрофах с использованием механики тела переменной массы И. В. Мещерского, оценки надежности защитных конструкций на основе теории предельного равновесия и комплекс соответствующих имитационных моделей.
-
Дана методика оценки надежности оборудования с учетом комплекса возможных нагрузок при авиакатастрофах.
-
Разработаны методики количественной оценки последствий технолопічсских аварий с разрывами циркуляционного контура применительно к АЭС с канальными реакторами.
-
Решен ряд задач, связанных с оценкой безопасности АЭС с учетом воздействия воздушной ударной волны при взрыве авиационного топлива при авиакатастрофе и экстремальных метеорологических явлений.
-
Разработана структура информационно-аналитического обеспечения и банков данных для вероятностного анализа безопасности.
-
Для ряда объектов ядерной энергетики проведены оценки безопасности с учетом различных экстремальных воздействий.
Ррактнческзя ценность диссертации заключается в следующем: -На основе системного подхода разработана общая методология и практические методики получения вероятностных оценок безопасности атомных станций с учетом комплекса экстремальных природных и техногенных воздействий.
- В рамках нормативной методики разработаны практические подходы к оценке надежности ряда подсистем АЭС (грунтовые основания, подземные сооружения, строительные конструкции, оборудование) при сейсмическом воздействии с учетом основных случайных факторов.
Получены решения уравнений, описывающих динамическое взаимодействие деформируемого летящего тела со строительными конструкциями и позволяющих получить нагрузки на сооружение с учетом основных случайных и неопределенных факторов.
На основании полученного набора нагрузок с использованием теории планирования эксперимента и теории предельного равновесия были построены имитационные модели для практического расчета защитных конструкций при авиакатастрофах.
Реализована практическая методика оценки надежности оборудования при авиакатастрофах.
-Даны количественные оценки последствий технологических аварий с разрывами контура многократной принудительной циркуляции АЭС с реакторами РБМК-1500.
- Проведены исследования влияния воздействия воздушной ударной волны
при взрыве авиационного топлива при авиакатастрофе и экстремальных
метеорологических явлений на безопасность объектов атомной энергетики.
-Разработана структура базы данных для информационного обеспечения анализа безопасности объектов атомной энергетики.
- Получены количественные вероятностные оценки безопасности с учетом
различных экстремальных воздействий для основных подсистем и элементов
конкретных АЭС.
Результаты научных исследований были использованы при разработке проектов, исследовании н планировании мероприятий по повышению безопасности таких станций как Игналпнская и Курская АЭС с реакторами РБМК, АЭС нового поколения с реактором ВВЭР-640, АЭС с реактором на быстрых нейтронах CEFR в КНР и ряда других объектов атомной энергетики. Отдельные разделы работы выполнены в рамках мездународных программ (БАРСЕЛИНА - по вероятностному анализу безопасности Игналинской АЭС, Международного Центра Ядерной Безопасности и др.)
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на ряде. международных м российских конференций и семинаров: Динамика энергетических сооружений СДЭС-91, Москва, 1991 и ДЭС-95, С-Петсрбург, 1995); SMiRT-12 (Вена, Австрия,
1993); Научные семинары в Санкт-Петербургском Доме Ученых РАН "Вероятностно-статистические методы в расчетах прочности инженерных сооружений" (С-Петербург, 1994) и "Проблемы надежности в строительной механике" (С-Петербург, 1996); 3-я международная конференция "Проблемы прочности материалов н сооружений на транспорте" (С-Петербург, 1995); ICIAM 95 (Гамбург, Германия, 1995); Российская научно-техническая конференция "Инновационные наукоемкие технологии для России" (С-Петербург, 1995); 1-я и 2-я международные конференции "Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности металлоконструкций и методы их решения" (С-Петербург, 1995 и 1997); Экобалтика XXI век. (С-Петербург, 1996); 6-я всероссийская конференция по инженерным проблемам термоядерных реакторов (С-Петербург, 1997); Семинар молодых ученых "Проблемы нелинейной теории расчета сооружений" (С-Петербург, 1997); Международная конференция "Средства математического моделирования" (С-Петербург,1997); Международная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы современного строительства" (С-Петербург, 1998).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 30 научных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы (253 наименований) и приложений. Работа содержит 291 страницу текста, включая таблицы и 40 рисунков,
