Конструктивные особенности перегрузки топлива реактора ВВЭР-1000.

Итак, система перегрузки предназначена для извлечения из активной зоны ЯР тепловыделяющих сборок (ТВС) с выгоревшим топливом, перестановки частично выгоревших сборок внутри активной зоны, а также замены неисправных стержней управления ЯР.

Степень ядерной опасности этой операции на различных типах ЯР различна. Так, например, на ЯР типа РБМК-1000 из-за особенности конструкции канальных ЯР эта перегрузка осуществляется ежедневно путем замены нескольких рабочих каналов на номинальном уровне мощности под контролем автоматического регулятора и аварийной защиты. Поэтому она более экономична и безопасна, чем на ЯР типа ВВЭР.

Вопрос 1 к лекции №2. Расскажите о пяти видах опасностей, которые возникают при перегрузке на ЯР типа ВВЭР.

В ЯР типа ВВЭР корпусного типа, к сожалению, осуществлять перегрузку как на ЯР типа РБМК-1000 нельзя и поэтому возникает пять видов опасностей, при которых выполняется операция перегрузка: 1) ядерная, 2) радиационная, 3) механическая, 4) информационная и 5) ошибки персонала, принимающего участие в операции.

Ядерная опасность может быть двух видов: 1) ядерная авария и 2) аварийная ситуация.

Под ядерной аварией понимают (2) аварии, связанные с нарушением правил контроля или управления цепной реакции и образование локальной критичности при перегрузке ядерного топлива.

Под аварийной ситуацией (2) понимают такое состояние ЯР, которое при нарушении правил безопасной эксплуатации не привело к ядерной аварии.

Ядерная опасность возникает при снятии крышки с ЯР для возможности доступа к активной зоне при перегрузке и отцеплении при этом приводов стержней управления и аварийной защиты. По этой причине ЯР остается без управления и аварийной защиты в случае аварийной ситуации или ядерной аварии.

Под радиационной опасностью (2) понимают возможность облучения персонала выше пределов, установленных нормами безопасной эксплуатации.

Эта опасность возникает сразу после снятия крышки с ЯР, когда доза излучения становится смертельной для персонала, работающего без защиты вблизи ЯР, а также при извлечении любого рабочего канала при перегрузке.

Под механической опасностью понимают возможность повреждения рабочего канала или активной зоны при дистанционных загрузках или выгрузках рабочего канала оператором перегрузочной машины.

Эта опасность в значительной степени зависит от опыта работы и квалификации оператора перегрузочной машины и используемых при этом технических средств. Необходима ювелирная точность дистанционного наведения крана с каналом 10м длиной и весом 700 кг на ячейку активной зоны размером 20 см с помощью промышленной телевизионной камеры.

Под информационной опасностью понимают потерю любой информации о ядерной, радиационной или механической опасности во время операции перегрузка. Эта потеря может быть связана с точностью работы технических средств, их надёжности или ошибочным восприятием её персоналом.

Поэтому при модернизации системы перегрузки вопросам надёжности сбора, обработки и использования информации необходимо обратить внимание.

«Человеческий фактор» или ошибки специалистов при проектировании и эксплуатации системы перегрузки по оценкам МАГАТЭ являются не случайными, а закономерными.

Более половины всех нарушений и аварий на АЭС происходят из-за недостаточной культуры безопасности, которая заключается в отсутствии персональной ответственности и недостаточной компетентности специалистов.

Таким образом, показателями качества системы перегрузки топлива является уменьшение опасностей следующего вида:

1.Ядерной опасности, связанной с нарушением правил контроля и управления цепной реакции и образованием локальной критичности при перегрузке ядерного топлива,

2.Радиационной опасности облучения персонала,

3.Механической опасности повреждения рабочих каналов или активной зоны ЯР при перегрузке,

4.Ошибок персонала, приводящих к трем выше перечисленным опасностям и

5. Информационной опасности, которая может быть связана с потерей любой информации о ядерной, радиационной или механической опасности во время операции перегрузка. Она также может быть связана с точностью работы технических средств, их надёжности или ошибочным восприятием её персоналом.

Согласно системному подходу к проектированию и эксплуатации любых систем при выборе главных целей и направлений их модернизации, необходимо вначале ранжировать эти опасности на основе количественных оценок рисков потерь, а затем в зависимости от выбранного приоритета рассматривать методы повышения их показателей качества.

Поэтому вначале я рассмотрю причины нарушений и аварий, возникавших за рубежом и в России при перегрузках топлива, и примерно оценю их риски потерь.

После этого я перейду к количественным оценкам показателей опасности этих пяти опасностей и способам технической и организационной реализации их уменьшения в процессе модернизации.

Место операции перегрузка среди других режимов работы и её опасность за рубежом и в СССР.

На каждом энергоблоке АЭС существуют четыре основных режима работы, которые отличаются:

а) своими целями, б) степенью безопасности, в) длительностью их выполнения, г) степенью автоматизации, д) измерительной аппаратурой и е) требованиями, которые предъявляются к аппаратуре с точки зрения вероятностей Q аварийно-опасных отказов, как показано в таблице 1.

Эта таблица приведена для представления регламента работы и методов управления ЯР типа ВВЭР и она сильно отличается от ЯР типа РБМК и БН.

Значения вероятностей отказов соответствуют новым требованиям надёжности и безопасности (10 и 11).

Таблица 1.

Наименование	Перегрузка	Пуски	Работа На мощности	Остановки
Цель работы	Замена топлива	Перевод ЯР на номинальный уровень мощности	Желательно без остановок	Только в аварийных режимах работы
Время работы	60 суток	3 суток	300 суток	2 суток
Управление	Ручное	Полуавтоматич.	Автоматическое	Автоматич.
Аппаратура	СКП	СП и АРМ	АРМ	АЗ-1
Значение Q	10^-6	5х 10^-6	5х 10^-6	10^-6

Эта таблица полезна для модернизации по нескольким причинам:

1.Из неё видно, что при проектировании системы перегрузки с системой контроля (СКП) требования к вероятности аварийно опасных отказов самые высокие.

2.Старые нормы времени перегрузки (60 суток) должны быть сокращены в настоящее время примерно вдвое для повышения норм КИУМ к реакторам типа ВВЭР, поскольку стоимость потерь из-за недодачи электроэнергии в сеть составляет около 20 млн. рублей в сутки.

Поэтому сокращение времени перегрузки на 15 суток при модернизации дает экономию 300 млн.руб. в год, а за 30 лет эксплуатации 9 млрд.руб!

Ручные операции снижают надёжность работы, ухудшают ядерную безопасность и поэтому их желательно автоматизировать!

Таким образом, количественными показателем экономичности режима работы перегрузка является сокращение длительности этой операции, а показателем надёжности аппаратуры следует принять Q = 10^-6 .

Автоматизация этого процесса также должна уменьшить ошибки оперативного персонала и повысить безопасность перегрузки, сократив число аварийно-опасных и безопасных отказов.

Так, в результате нарушения норм ядерной безопасности по сообщению американской печати (4) в 1961 г в США произошла ядерная авария типа Чернобыльской на ЯР ВВЭР-100 с тяжелыми последствиями при перегрузке топлива и при выполнении плановых предупредительных работ по замене неисправного управляющего стержня.

Исполнителям этой операции внушалось, что подкритический ЯР всегда безопасен и для достижения ядерной безопасности нужно только работать строго по инструкции. В этом случае никаких аварий произойти не может.

Однако такая авария произошла с тяжелыми последствиями – взорвался ЯР, погиб весь персонал, а опасные радиоактивные продукты распада выделились в радиусе 100 км и их дезактивация продолжалась один год.

Как было установлено позже комиссией, коренной причиной аварии явились два факта:

1. Степень подкритичности ЯР во время проводимых работ составляла около - 1b и

2. Поглотительная способность заменявшегося неисправного управляющего стержня составляла 2b.

Поэтому в результате извлечении управляющего стержня суммарная реактивность составила +1b и ЯР стал мгновенно критическим. За одну секунду мощность ЯР увеличилась в 10³⁰ раз, вскипела вода в активной зоне и выбросила из активной зоны другие управляющие стержни. Произошёл ядерный взрыв.

После устранения последствий этой аварии в нормы по ядерной безопасности (2 и 3) были внесены рекомендации для исключения таких аварий в будущем на ЯР типа ВВЭР.

На основе этой аварии МАГАТЭ были сформулированы предварительные рекомендации проектантам по модернизации существующей системы перегрузки.

Дата добавления: 2015-11-26