Тема 2. Суз 2011г . Новые методы проектирования и эксплуатаци аэс.

Цель этой темы заключается в изучении таких важных вопросов:

1. Как избавиться от старых методов проектирования и эксплуатации АЭС, при которых господствовала коллективная безответственность и возникали аварии на АЭС и почему мы не в состоянии с этим справиться сами?

2. Почему эта миссия возложена на МАГАТЭ?

3. Какой новый подход к старой проблеме безопасности предлагает МАГАТЭ, за нарушение которого должно отвечать Правительство!

Начнём с первого вопроса.

До аварии на ЧАЭС проектирование СУЗ ЯР осуществлялось по аналогии с проектированием механических систем, при котором вся механическая система разделялась на ряд как бы независимых подсистем контроля, управления и аварийной защиты.

Такой способ « Декомпозиции « пригоден только для механических систем и в этом заинтересованы некомпетентные подрядные организации, которые не хотят отвечать за свои ошибки, но он не пригоден для проектирования ядерно опасных систем, в результате чего произошла авария в Чернобыле.

Для АЭС в Чернобыле подсистемы СУЗ ЯР разрабатывались, изготавливались, монтировались и налаживались 150 различными организациями, каждая из которых отвечала за работу только своей подсистемы (как в пьесе с пошивом костюма у Райкина), а в результате получили Чернобыльскую аварию!

За рубежом персональная ответственность за работу каждого исполнителя уже внедряется около 100 лет и давно разработаны многочисленные способы для персонального наказания виновных.

Начнём с того, что за рубежом давно существует определенная система принятия решений по проектированию, эксплуатации и наказанию виновных, суть которой излагается ниже.

Экспертный совет при правительстве вначале вырабатывает стратегию развития атомной энергетики в данной стране, основанную на количественных оценках ядерной и радиологической безопасности, а также её экономическую эффективность и целесообразность внедрения в данный момент времени.

Назначается научный руководитель по этому проекту.

Для реализации проекта на конкурсной основе привлекаются крупные концерны, которые себя уже хорошо зарекомендовали в этой области ( например, фирма Вестингауз, которая возглавляет в США работы по оснащению военно-морского флота ядерными энергетическими установками с реакторами ВВЭР много лет ).

Разрабатываются количественные показатели качества ( по безопасности и экономичности АЭС ), которые предлагаются для реализации проекта этой фирме. После выпуска опытного образца, он поступает в эксплуатацию, где с участием проектной организации выясняется соответствие расчётных данных реальным и осуществляется модернизация элементов системы той же самой проектной организацией.

Требования Правительства к основным показателям качества проектируемых АЭС

Показатели качества проектируемой АЭС

Опыт эксплуатации и проверка реальных показателей качества

Проектирование АЭС с

заданными показателями

Модернизация АЭС для их достижения заданных показателей качества

Рис.1 Структура взаимодействия организаций для достижения заданных количественных показателей качества работы создаваемой АЭС.

Примерно по такой же структуре проводилась модернизация американских АЭС после аварии в США в 1979г. Однако предварительные оценки проектантов в США показали, что производить модернизацию АЭС с реакторами под давлением типа ВВЭР нецелесообразно и необходимо проектировать новые АЭС с кипящими ЯР типа ВВЭР.

Как уже отмечалось выше, в проектировании и модернизации АЭС с ЯР типа РБМК-1000 принимало участие 150 организаций в течение 20 лет, на это было затрачено около 20 млрд.долларов и в настоящее время решено « догонять и перегонять США по ЯР типа ВВЭР с электрической мощностью 1600 МВт.»

Одновременно с этим правительство США обратилось к МАГАТЭ с просьбой – разработать новый системный подход к проектированию АЭС, который позволял бы создавать более надёжные и безопасные АЭС в короткие сроки с минимальными затратами на модернизацию.

Почему все 87 стран, входящих в эту организацию, согласились с этой идеей?

Последствия Чернобыльской аварии потрясли не только население всех стран, но и даже видных специалистов по атомной энергетике.

Стало ясно, что для дальнейшего бурного развития атомной энергетики нужен авторитетный международный орган, который мог бы контролировать её безопасное развитие в международном масштабе.

Именно таким органом и является Международное Агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), которому в 2007 г исполнилось 50 лет .

Очевидно, многие из Вас в последние годы много слышат это название, но не знают - чем занималась раньше эта организация и какое место ей выделено теперь?

Образование МАГАТЭ, его цели, права и обязанности.

Оно было создано в 1957г по инициативе Организации Объединенных Наций (ООН) после применения США атомного оружия против мирного населения Хиросимы и Нагасаки.

Первичной целью МАГАТЭ была разработка конкретных мер только по мирному использованию атомной энергии и изъятия из национальных вооружений атомного оружия.

Однако в период холодной войны и секретности, связанной с мирным и военным применением ЯР, эта цель не была достигнута и МАГАТЭ занималось обменом доступной информации о мирном использовании ядерных технологий во всех странах мира.

В настоящее время, когда существует потребность строительства АЭС во всех даже слабо развитых странах, возникает острая необходимость контроля за проектированием и эксплуатацией этих АЭС с точки зрения культуры безопасности его создания и применения.

Деятельность МАГАТЭ в области ядерной и радиационной безопасности всех стран.

Штаб-квартира МАГАТЭ располагается в Вене - столице нейтральной Австрии . Её финансирование 230 млн.долларов в год осуществляется за счёт взносов 130 стран мира –членов этой организации, куда входит и Россия.

Хотя МАГАТЭ юридически не является международной управляющей, а в большей степени рекомендующей организацией в области ядерной безопасности АЭС, однако оно внедряет свои рекомендации путем международных юридически обязательных соглашений, на основе которых создаются внутригосударственные общие положения по безопасности АЭС (ОПБ) и правила ядерной безопасности ( ПБЯ).

Разработку принципов, норм и правил ядерной безопасности МАГАТЭ осуществляет с помощью 100 международных экспертов на основе опыта передовых в этой области стран.

С целью обмена опытом МАГАТЭ регулярно проводит международные конференции и выпускает серию изданий по безопасности четырех категорий:

1.Нормы МАГАТЭ по безопасности. Они являются обязательными для реализации работ, выполняемых МАГАТЭ по соглашениям с заинтересованными странами,

2.Руководства МАГАТЭ по безопасности. Они методически дополняют нормы по способам их осуществления,

3.Рекомендации. Они описывают практику применения принципов в различных странах,

4.Документы информационного и процедурного характера.

В тесном сотрудничестве с МАГАТЭ разработку стандартов для СКУЗ АЭС осуществляет Международная Электротехническая Комиссия (МЭК), в которую входит и наша страна. Поэтому при проектировании и эксплуатации СКУЗ ЯР необходимо придерживаться этих стандартов для строящихся и модернизируемых АЭС.

Новый подход к старым проблемам экономичности и безопасности АЭС.

После трех катастрофических аварий в Англии, США и СССР на различных типах ЯР перед МАГАТЭ была поставлена задача – разобраться в их коренных причинах и разработать принципы и нормы, которым должны придерживаться все страны, входящие в эту международную организацию.

Главная задача заключалась в разработке количественных оценок безопасности АЭС для того, чтобы можно было сравнивать уровень безопасности различных типов АЭС.

В качестве первого показателя опасности была выбрана частота аварий ¦:

¦ = n / N x T ( 1- 1 )

где: n - число аварий, произошедших за время T,

N - количество энергоблоков, работавших в этот период,

T - длительность времени наблюдения .

Пример: За период времени T=30 лет ( с 1956 по 1986г) произошло три катастрофических аварии ( n=3 ), а общее число энергоблоков в среднем составляло N=100.

Таким образом, в 1986г частота аварий с самыми тяжелыми последствиями составляла ¦ = 10^-3 аварий /на энергоблок за год.

Что давала эта цифра? На основе такой бедной статистики на разных типах ЯР по этой формуле можно было ожидать, что к 2016г (через последующие 30 лет, если число N составит 1000) и уровень безопасности не изменится, то число таких аварий возрастет в 10 раз и составит 30 аварий !

Если умножить ¦ на время t =1году, то получим вероятность аварий Q =10^-3 и многим казалось, что в качестве показателя опасности можно использовать вероятность аварий.

Этот показатель очень удобен для связи безопасности АЭС с надёжностью её оборудования.

Однако в 1974 г американский учёный Расмуссен показал, что пользоваться такими статистически неопределенными показателями нельзя и предложил новую тоже Вероятностную Оценку Безопасности (ВОБ), основанную на риске потерь от аварий:

R=Q x C ( 1- 2 )

где : R – риск потерь, выраженный в деньгах или дозах облучения персонала,

17. вероятность любого вида аварии,

С – потери от этого вида аварии в деньгах или дозах облучения персонала.

Важность этой методики заключалась в следующем:

1.Она позволяла ранжировать все виды опасностей по рискам потерь и поэтому поставить на первое место ядерную опасность,

2.Учитывать надёжность технических средств управления по важности их для обеспечения безопасности и, самое главное,

3. Учитывать влияние проектантов и персонала на безопасность АЭС.

Так возник новый современный подход к количественно-расчётному этапу развития безопасности АЭС, т.е. фактически начала создаваться теория безопасности АЭС, которая раньше отсутствовала.

Кратко суть нового подхода можно перечислить следующими пунктами:

1.Узаконена обязательная количественная оценка уровня безопасности каждого энергоблока АЭС в мире, в которой нужно учитывать влияние человеческого фактора на безопасность,

2.Приоритет в оценке безопасности отдается ядерной и радиационной опасностям, исходя из рисков потерь,

3.Предложены новые принципы ( Законы ) обеспечения безопасности АЭС,

4.Разработана международная классификация степени аварийной опасности состояний АЭС с 7 уровнями, из которых о четырех самых опасных обязательно нужно сообщать в печати,

5.Все технические средства на АЭС стали делить на важные для безопасности и не влияющие на безопасность. К первым из них предъявляются повышенные требования по надёжности и регламенту обслуживания,

6. При проектировании и эксплуатации АЭС введен в качестве обязательного требования - Системный Подход (СП).

Эта работа МАГАТЭ была завершена к 1990г и начала внедряться в практику проектирования АЭС во многих странах. Она получила название системного подхода к проектированию и эксплуатации АЭС.

Ниже приводится краткое изложение сущности этого подхода.

Первая задача заключалась в том, что нужно было определить источники опасности и системы оборудования и приборов, связанные с этой опасностью.

Главную опасность представляет ядерное топливо, находящееся под герметичной оболочкой в тепловыделяющих элементах « рабочих кассет».

Это топливо опасно по трём причинам:

1.Оно « ядерно опасно « даже потому, что может взорваться при сближении между собой около 10 необлученных кассет при перегрузке топлива в бассейне перегрузки, если будет достигнута мгновенная критичность,

2.При управлении цепной реакцией во время пусков или работе на мощности также возможно возникновение мгновенной критичности и

3.При выделении продуктов деления из под оболочки тепловыделяющих элементов ( твэлов) даже при малейшем нарушении этой оболочки.

4 Последняя авария в Японии ( в 2011г) показала, что из-за отказа циркуляционных насосов после Цунами оставшееся после остановки реактора в активной зоне реактора тепло ( 6% от номинальной мощности ) расплавило топливные стержни и привело к ядерной аварии хотя и без взрыва к радиоактивному заражению всей территории Японии!

Чем опасно с радиационной точки зрения это нарушение герметичности?

Откуда возникает эта опасность даже при нормальной работе ЯР без всяких аварий ?

При тепловой мощности 1Вт в 1см³ топлива ЯР происходит 3х10¹⁰ делений в сек.

Одновременно с выделением тепловой мощности в твэлах накапливается огромное количество Радиоактивных Продуктов Распада (РПР), из которых наибольшей опасностью обладает плутоний со временем полураспада 80 тыс.лет!

Общая Активность «А» этих РПР составляет огромную величину:

А=к х Р х Т / Кюри /

где:к= коэффициент пропорциональности,

Р- тепловая мощность=3х10⁶ квт,

Т- время= 7000 час в год.

Тогда за год накапливается около 10¹²кюри.

Не трудно себе представить последствия от выхода этих РПР даже в нормальных условиях из под герметичной оболочки твэлов, если в Чернобыле от выделения даже 1% или около 10¹⁰ Кюри облучилось 1,5 млн.людей и 200 тыс. из них погибло от рака!

Экологами установлено, что норма выхода всех видов (газообразных, жидких и твердых) РПР за территорию АЭС не должно превышать 500 кюри в сутки!

Это составляет очень малую величину от всех РПР, имеющихся в активной зоне ЯР !

1. Основным типами ЯР, которые показали на практике себя в работе как наиболее экономичные и безопасные, являются ЯР с водой под давлением и кипящие ( в Японии ). В результате этого они требуют минимального оборудования и персонала для их обслуживания, а как следствие этого- меньшее число отказов оборудования и ошибок персонала.

2. Для централизации изготовления , ремонта и ответственности за

качество работы СКУЗ АЭС с реакторами ВВЭР выступает только одна фирма ( Вестингауз ). Она обслуживает все АЭС с ЯР типа ВВЭР и несёт экономическую ответственность за качество . Как это сделано ?

Фирма экономически заинтересована в высоком качестве изготовления , профилактических осмотрах и квалифицированном ремонте оборудования АЭС , поскольку она дает гарантию и несёт экономическую ответственность за любые нарушения и аварии, которые происходят на АЭС по вине изготовителя, т.е. отвечает сразу за несколько видов показателей качества эксплуатации ( сокращенно ПОКАС ).

За это она постоянно получает проценты от выработки электроэнергии своей АЭС пока она работает и перестает их получать при нарушениях или авариях !

В случае любых нарушений и остановки ЭБ она автоматически по договору лишается этих процентов. Поэтому она экономически заинтересована в решении всех проблем ПОКАС и сама организует и проводит все необходимые работы не формально , а по существу.

Другой вид экономически заинтересованной организация труда на АЭС в США заключается в том, что она является частной организацией, которой правительство поручает все финансовые работы на АЭС.

Большинство АЭС в США ведут самостоятельные экономические операции по организации труда, подготовке персонала и повышении

его квалификации за счёт прибыли, получаемой за электроэнергию.

У нас – за производство электроэнергии отвечает персонал АЭС а финансовыми операциями и распределением электроэнергии занимаются чиновники типа Чубайса. Отсюда и вытекает отсутствие материальной заинтересованности и экономических рычагов у исполнителей этой многочисленной цепочки организаций, связанных с ПОКАС АЭС !

Теперь рассмотрим, как осуществлялся до сих пор инспекторский контроль на АЭС и какие новые методы контроля за безопасностью вводятся в последние годы ?

До последнего времени –главная цель контроль и поиск виновных !

Назначение АЭС	Производство Электро-энергии	Обеспечение безопасности
Главные качества	Экономичность работы	Ядерная,Радиационная и Техническая Опасности
Колич.показ. качества	КИУМ и другие	Нормы безопасности
Обеспечивающие системы	Системы нормальной эксплуатации ( СНЭ )	СНЭ и Системы Безопасности ( СБ )
От чего зависит их работа	Надежность персонала и техники	Надежность техники и персонала
Объект инспекции	Готовность техники и свои функции	персонала выполнять
Методы инспекции -	Управление ПОКАС	Управление ПОКАС
Практика инспекции	Контроль и анализ нарушений	Контроль и анализ последствий аварий
Результаты инспекции	Рекомендации	Рекомендации

Вся деятельность контроля за качеством создания и эксплуатации АЭС регламентируется общей программой обеспечения качества на АС - ПОКАС ( О ) , на основе которой разрабатываются частные программы для каждого этапа жизненного цикла АС :

1. ПОКАС ( ВП ) – по выбору площадки для строительства АС ;

2. ПОКАС ( П ) – по проектированию АС;

3. ПОКАС ( С ) - по строительству АС ;

4. ПОКАС ( РУ ) – по созданию реакторной установки ;

5. ПОКАС ( Р ) – по разработке оборудования для АС ;

6. ПОКАС ( И ) – по изготовлению оборудования ;

7. ПОКАС ( ВЭ ) – по вводу в эксплуатацию ;

8. ПОКАС ( Э ) – по эксплуатации АС ;

9. ПОКАС ( СЭ ) – по снятию с эксплуатации ;

10.ПОКАС ( К и Р ) – по консервации и расконсервации незаконченных строительством энергоблоков АС.

Все эти частные программы обеспечения качества разрабатываются на основе требований МАГАТЭ ( чего не было раньше ! )

Если раньше подход к инспекции АС малой мощности из-за малого риска потерь ограничивался формальными правилами, общепринятыми для промышленных предприятий и он был чисто качественным , то в последние 20 лет из-за увеличения мощности энергоблоков , их сложности и количества в мире при разборе нарушений и различной степени аварий потребовался новый- системный и количественно обоснованный подход к анализу их коренных причин.