Конкретные проектные решения

Для обеспечения конкретных функций безопасности должны быть разработаны конкретные проектные решения:

1) Защита при аварийных изменениях мощности.

Принцип: реактор проектируется таким образом, чтобы была обеспечена с консервативным запасом защита от аварий, вызванных вводом реактивности.

Два ряда свойств АС являются важными для противодействия увеличению реактивности. Один состоит в обратной отрицательной связи по реактивности; второй – система, которая вводит поглотитель нейтронов или уменьшает реактивность другими способами. Для своевременного подавления мощностных переходных процессов, вызванных реактивностью, и предотвращения повреждения активной зоны реактора должна быть спроектирована надежная и эффективная система остановки реактора.

2) Целостность активной зоны реактора.

Принцип: активная зона проектируется таким образом, чтобы обеспечить ее механическую устойчивость. Она проектируется нечувствительной к ожидаемому изменению эксплуатационных параметров в определенном диапазоне. Конструкция активной зоны такова, что ожидаемая деформация или перемещение активной зоны во время проектной аварии не может нарушить эффективность системы управления реактивностью или системы аварийной остановки реактора или препятствовать охлаждению топлива.

Деформация активной зоны может произойти вследствие резкого радиального градиента тепловыделения в активной зоне, вибрации ТВЭЛов из-за теплогидравлических условий, в случаях возможных землетрясений, низкого качества элементов активной зоны. Для предотвращения нежелательных эффектов тепловой, механической и радиационной деформации активной зоны могут потребоваться соответствующие меры предосторожности, такие как ограничительные устройства. Должна быть подтверждена (анализом и экспериментами) геометрическая устойчивость активной зоны в случаях землетрясений, переходных процессов и других динамических сил, которым она может быть подвергнута. Должно быть обеспечено высокое качество топлива.

3) Автоматические системы аварийной остановки.

Принцип: в проекте предусматривается независимый от оборудования и процессов, используемых для управления мощностью реактора, действующий и высоконадежный ввод отрицательной реактивности. Функция аварийной остановки обеспечивается постоянно в течение всего времени, когда предпринимаются преднамеренные шаги для осуществления самоподдерживающейся цепной реакции или когда цепная реакция может начаться аварийно.

Системы аварийной остановки должны быть функционально независимыми от систем управления реактивностью, используемых при нормальной эксплуатации АС. В них могут использоваться общие датчики или устройства, если анализом обоснована такая возможность. Одним из маловероятных событий, которое должно быть проанализировано, является отказ автоматической системы остановки в случае, когда имелась необходимость в ее срабатывании. АС должна быть спроектирована таким образом, чтобы ожидаемые процессы без срабатывания системы аварийной остановки не могли бы внести существенного вклада в риск. Это достигается путем уменьшения вероятности такой аварии или посредством обеспечения того, чтобы она не могла привести к тяжелому повреждению активной зоны (например, введением дополнительной системы воздействия на реактивность).

4) Нормальный теплоотвод.

Принцип: для обеспечения высоконадежного отвода тепла при нормальной эксплуатации в проекте предусматриваются системы теплоотвода. Они могут также служить средством для отвода тепла от активной зоны реактора при ожидаемых нарушениях и при большей части тех типов аварий, которые могут произойти.

Системы теплоотвода первого контура – надежное средство охлаждения активной зоны при нормальной эксплуатации. Они являются желательным средством теплоотвода после остановки реактора и отвода тепла после аномального события и в большинстве аварийных случаев. Другим средством в выполнении этой важной функции безопасности по отводу тепла могут служить другие системы, которые не являются системами безопасности, но используются при нормальной эксплуатации реактора. Их наличие и надежность дополняют глубоко эшелонированную защиту.

5) Аварийный отвод тепла.

Принцип: предусматриваются альтернативные средства для восстановления и поддержания охлаждения топлива при аварийных условиях, даже в случае отказа нормальной системы теплоотвода или нарушения целостности границы системы охлаждения первого контура.

В некоторых реакторах для отвода остаточных тепловыделений может быть достаточно естественной циркуляции, если не нарушена граница теплоносителя первого контура, а во втором контуре поддерживается способность теплоотвода. В случаях, когда может произойти серьезное повреждение активной зоны, если не предусмотрен альтернативный способ отвода тепла, необходимо обеспечить аварийный теплоотвод. Такой аварийный теплоотвод обеспечивается системами аварийного охлаждения зоны и аварийной системой питательной воды, чтобы обеспечить теплоотвод от первого контура. Необходимость высоконадежного отвода тепла после остановки реактора приводит к использованию специальных защитных систем отвода остаточного тепла к конечному поглотителю.

6) Целостность системы теплоносителя реактора

Принцип: ядерные нормы и стандарты по корпусам и трубопроводам дополняются мерами по предотвращению условий, которые могли бы привести к повреждению границы системы теплоносителя в любое время в течение всего срока службы АС.

Границы теплоносителя первого контура реактора являются ключевой системой, разрушение которой в экстремальных случаях может привести к потере функции удержания топлива. Особое значение имеет корпус высокого давления реактора, разрушение которого недопустимо. Должны предъявляться особые требования к проектированию, изготовлению, монтажу, инспекциям и испытаниям компонентов контура. Особый акцент делается на применении установленных норм и правил и привлечении опытных поставщиков, детальное внимание должно уделяться достижению высокого качества. Во время изготовления, монтажа и в процессе эксплуатации проводятся разнообразные инспекции, включающие неразрушающие методы контроля и гидравлические испытания. Необходимо учитывать механизмы деградации границ системы первого контура, включая явления усталости, коррозии, эффекты охрупчивания под действием облучения и водорода. Следует избегать расположения сварных швов корпуса реактора в зонах повышенных нейтронных потоков.

7) Удержание радиоактивных веществ.

Принцип: АС проектируется таким образом, чтобы обеспечить удержание массы радиоактивных веществ, которая может быть высвобождена из топлива, во всем диапазоне аварий, рассматриваемых в проекте.

Необходимо предусматривать специальные системы, которые обладают следующими общими чертами:

имеется сооружение, ограждающее зону, в которую могут высвободиться радиоактивные вещества из топлива в случае его разгерметизации и разрушения границы теплоносителя реактора;

удержание может быть достигнуто за счет обеспечения достаточной прочности сооружения. В этом случае данное сооружение называется защитной оболочкой (контайментом), которая может быть оснащена системами герметизации и защиты этой конструкции;

удержание может быть достигнуто за счет придания этому сооружению свойств, которые обеспечат сброс давления, в то время как большая часть радиоактивных веществ удерживается внутри;

сооружение сохраняет свою целостность как краткосрочно, так и в продолжительный период в условиях давления и температур, которые могут сложиться в ходе проектных аварий.

Должны быть предусмотрены проектные меры для предотвращения условий, при которых в случае аварий радиоактивные вещества могут байпасировать функцию удержания и выйти в окружающую среду. Также должны быть предусмотрены меры для проведения функциональных испытаний, чтобы убедиться в достижении проектных целей.

8) Защита сооружений для удержания

Принцип: если специфические и внутренние свойства АС не могут противостоять воздействию разрушительных эффектов тяжелой аварии на сооружения для удержания, то предусматривается специальная защита от воздействия таких аварий в той степени, в которой это необходимо для удовлетворения общей цели безопасности.

В экстремальных случаях при некоторых тяжелых запроектных авариях могут создаваться давления, более высокие, чем их проектные значения для конструкции защитной оболочки. Эти обстоятельства могут внести существенный вклад в риск. Для исключения этого предусматриваются специальные меры по защите конструкции защитной оболочки. Например, системы дожигания водорода, вентиляционно-фильтрующие системы, спринклерные системы и др.

9) Контроль за состоянием безопасности.

Принцип: параметры, которые необходимо контролировать на щите управления, отбираются и отображаются для обеспечения того, чтобы операторы имели четкую и однозначную картину состояния условий станции, важных для безопасности, особенно для целей идентификации и диагностики автоматического срабатывания и функционирования систем безопасности или нарушения функций глубоко эшелонированной защиты.

Щит управления АС должен быть оснащен средствами отображения информации о переменных параметрах систем, необходимых для оценки состояния при нормальной эксплуатации, для обнаружения и диагностики аномальных условий и для наблюдения за последствиями корректирующих действий, осуществляемых системами управления и безопасности. Должно быть предусмотрено раннее предупреждение о возникших неполадках (вибрации, шум, утечка теплоносителя, повышение параметров сред в помещениях и др.). Проект должен обеспечить, чтобы у операторов имелись средства контроля за наиболее полезной и важной информацией, и чтобы меньшее внимание уделялось менее существенной информации.

10) Сохранение способности управления.

Принцип: щит управления проектируется таким образом, чтобы поддерживать его обитаемость при нормальных условиях эксплуатации, ожидаемых аномальных событиях и авариях, учитываемых в проекте. Для обстоятельств, при которых щит управления может оказаться необитаемым или может быть поврежден, на удалении от основного щита управления обеспечивается независимый контроль и возможности управления наиболее важными функциями, необходимыми для поддержания полного расхолаживания, остановки реактора и удержания радиоактивных веществ.

В проекте АС должны быть предусмотрены меры защиты щита управления и его помещений от аномальных событий, которые могут угрожать эффективности действий и здоровью операторов. Должны быть предусмотрены средства для защиты персонала. Если щит управления может стать необитаемым или поврежден в такой степени, что не может быть использован, должны быть предусмотрены альтернативные средства, обеспечивающие поддержание безопасных условий АС, в виде одного или нескольких дополнительных рабочих мест, оснащенных средствами для обеспечения выполнения и поддержания основных функций безопасности.

11) Обесточивание станции.

Принцип: АС проектируется таким образом, чтобы одновременная потеря нормального электроснабжения переменным током на площадке и вне ее (обесточивание станции) не вела к быстрому повреждению топлива.

Для обеспечения высокой надежности систем электроснабжения предусматривается как нормальное, так и резервное электроснабжение. Надежность резервного электроснабжения для систем безопасности увеличивается за счет применения разнотипных источников (дизель-генераторы, электроаккумуляторы и т.д.). АС должны проектироваться таким образом, чтобы они могли выдерживать без потери функций безопасности одновременную потерю электроснабжения переменным током в течение определенного периода времени (за счет надежности отвода тепла от активной зоны посредством естественной циркуляции и посредством специальных мер по восстановлению охлаждения и электроснабжения перед тем, как произойдут повреждения).

12) Удержание проектных аварий под контролем.

Принцип: на этапе проектирования принимаются меры для удержания под контролем проектных аварий, которые включают набор средств информации и контрольно-измерительных приборов, необходимых персоналу АС для слежения за ходом и вмешательства в ход аварии.

Проект предусматривает, что при аномальных событиях в первую очередь срабатывают автоматические средства для восстановления нормальных условий эксплуатации. Дальнейшая защита обеспечивается работой систем безопасности. Оператор в течение определенного интервала времени (10 – 30 минут) не может вмешиваться в работу систем с целью оценки ситуации для принятия решения о своих действиях. Для реализации этого в проекте должны быть предусмотрены диагностические средства поддержки и аварийные руководства (инструкции), основанные на симптомах возможных состояний АС. Роль оператора в этих условиях заключается в обеспечении правильной реакции на аномальные условия всех систем, в своевременной диагностике события, во вмешательстве, если это необходимо, и в восстановлении функций безопасности

Контрольные вопросы:

1. Какие основные принципы проектирования?

2. Какая организация выполняет проект АЭС?

3. На каком основании принимаются и разрабатываются конкретные проектные решения?