ОЦЕНКА РИСКОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА

Инженерный центр АО РНПК начинает серию публикаций на темы оценки рисков в различных отраслях промышленности Российской Федерации. В прошлом году центр выпустил три отраслевых дайджеста, доступных на сайте компании, в этом году запланированы еще три дайджеста, в том числе по предприятиям атомной отрасли.

Атомную отрасль, в рамках страхования, можно разделить на два направления — это ядерно-топливный цикл (производство ядерного топлива и его утилизация) и генерация (производство электрической энергии на АЭС). И очень часто не видно разницы между этими направлениями, поскольку риски очень высокие, а страхи ещё больше. Для уменьшения страхов мы начинаем со статьи по оценки рисков на предприятиях ядерно-топливного цикла. В следующей статье мы расскажем об оценке рисков на атомных электрических станциях.

Михаил Ищенко
Фото: Риск-инженер по атомной промышленности

Ядерный топливный цикл (ЯТЦ) — это последовательность процессов, начиная от добычи урана, производство топлива для ядерных реакторов, сжигание топлива в ядерном реакторе (производство электроэнергии), хранение и утилизация отработанного ядерного топлива. В зависимости от вида ядерного топлива и конкретных условий, отдельные процессы ядерного топливного цикла могут различаться в деталях, но их общая принципиальная схема сохраняется.

Различают два основных варианта топливного цикла: открытый ЯТЦ и закрытый ЯТЦ. Их отличия друг от друга заключаются в том, что отработанное топливо в открытом ЯТЦ не перерабатывается и рассматривается как отходы, а в закрытом — перерабатывается для извлечения урана и плутония для повторного изготовления ядерного топлива.

Особенности оценки рисков

Большая часть рисков, характерных для предприятий ЯТЦ, являются типовыми для объектов других отраслей промышленности. Исключение составляют сопутствующие специфические риски, характерные для всех предприятий ЯТЦ, а именно риски, связанные с эксплуатацией объектов использования атомной энергии (ОИАЭ) и обращением радиоактивных материалов — ядерные и радиационные риски, в результате наступления которых может быть причинен ядерный ущерб имуществу, жизни и здоровью. Под ядерным ущербом понимается смерть, любое телесное повреждение или любая потеря имущества, или любой ущерб имуществу, которые возникают или являются результатом радиоактивных свойств или комбинации радиоактивных свойств с токсическими, взрывными или другими опасными свойствами радиоактивных материалов (в том числе ядерного топлива, или радиоактивных продуктов или отходов на ядерной установке, или ядерного материала, поступающего с ядерной установки, произведенного в ней или направленного на ядерную установку).

Под ядерным ущербом понимается смерть, любое телесное повреждение или любая потеря имущества, или любой ущерб имуществу, которые возникают или являются результатом радиоактивных свойств или комбинации радиоактивных свойств с токсическими, взрывными или другими опасными свойствами радиоактивных материалов

СОБЫТИЯ, ПРИВОДЯЩИЕ К АВАРИЙНЫМ СИТУАЦИЯМ НА ОИАЭ

Фото:

Оценка ядерных и радиационных рисков всегда осуществляется с учетом возможных аварийных ситуаций и радиоактивного загрязнения, следствием которого является радиационное облучение и воздействие на окружающую среду.

ВНУТРЕННИЕ СОБЫТИЯ

ЯДЕРНАЯ АВАРИЯ — это возникновение неконтролируемой цепной ядерной реакции в системе или на установке, содержащей делящиеся материалы. Частным случаем ядерной аварии является СЦР (самоподдерживающаяся цепная реакция).

Ядерные аварии могут возникнуть в реакторах или при обращении с делящимися материалами, когда их соберётся достаточное количество с учетом окружающей их обстановки. Профилактика ядерных аварий объединяется понятием ядерная безопасность.

Ядерные аварии сопровождаются выделением энергии, которое может быть довольно значительным, с образованием и возможным распространением продуктов деления и испусканием интенсивного потока гамма-излучения и нейтронов. Наиболее важным следствием таких аварий являются физическое повреждение и уничтожение имущества выделившейся энергией, а при отсутствии защиты высокая доза прямого облучения (обычно смертельная), которая может быть получена техническим персоналом.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ — еще один класс внутренних событий, приводящих к аварийным ситуациям, в результате которых будет причинен ядерный ущерб.

Многие этапы топливного цикла включают процессы, связанные с выделением или поглощением энергии. Например, аппараты испытывают высокую тепловую нагрузку, связанную с разогревом за счет распада продуктов деления, и требуют мер охлаждения; при радиолизе воды (расщепление молекулы воды под действием радиационного излучения) образуются водород и кислород. В случае потери контроля, такие процессы могут заканчиваться пожаром и/или взрывом.

ПОЖАР является критическим механизмом распространения и выхода радиоактивных материалов. Кроме этого, в результате пожара возможно повреждение и уничтожение оборудования и систем, потеря которых может послужить инициатором ядерной аварии и других опасных физико-химических процессов. В связи с этим на предприятиях ЯТЦ всегда должно особое внимание уделяться мерам по его предотвращению, обнаружению, локализации и тушению, как в отношении основного оборудования, так и различных вспомогательных систем предприятия. При выборе средств борьбы с огнем или систем противопожарной защиты следует принимать во внимание возможные неблагоприятные последствия, к которым может привести их применение: повышение давления и вероятности выброса радиоактивных материалов, образованию токсичных соединений, а появление замедлителя (воды) в делящихся материалах может привести к возникновению СЦР и последующим «трудностям».

ВЗРЫВ. На некоторых ОИАЭ существует вероятность создания взрывоопасной атмосферы. Эти процессы связаны с образованием водорода при пароциркониевой реакции и радиолизе воды, с химическими реакциями или реакциями коррозии в присутствии тонко размолотого окисляющегося порошка или пирофорных материалов, с химическими реакциями с участием азотной кислоты, тяжелых металлов и органики, а также других процессов. Взрыв может привести к физическому повреждению, например, нарушению контейнмента, и (или) к выбросу радиоактивного материала и продуктов деления.

СБОЙ В ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ. Для того, чтобы обеспечить выполнение системами безопасности возложенных на них функций безопасности, система энергоснабжения предприятия должна быть спроектирована таким образом, чтобы снабжение необходимой энергией осуществлялось за счет как внешних (вне площадки), так и местных источников электроснабжения в случае аварийной ситуации.

Принимаются специальные меры по обеспечению достаточного количества рабочих и резервных источников электроснабжения.

ОТКАЗ ОБОРУДОВАНИЯ. Существует возможность отказа как оборудования, так и установки в целом, приводящего к нарушению важных функций безопасности, например, контейнмента или охлаждения, а также к опасным химическим реакциям. Отказы случаются по причине поломок.

Для защиты от неблагоприятных последствий, обусловленных такими отказами, в проекте предусматриваются различные меры, например, дублирование систем, установка дополнительного контрольного оборудования и строгое обеспечение качества.

Отказы могут быть постепенными, например, вследствие коррозии или эрозии, или внезапными, например, падение тяжелых предметов на предохранительный клапан, столкновение крана с трубопроводом или повреждение окна камеры при работе с манипулятором, пожара в помещении. Постепенные отказы должны быть обнаружены и предупреждены прежде, чем возникнут серьезные последствия, тогда как внезапные отказы требуют немедленного реагирования операторов и срабатывания защитных систем.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами внедрены в установках ядерного топливного цикла и часто используются для снижения ошибок оператора. Но в таких системах также существует возможность сбоя. Некоторые сбои обусловлены отказами механических систем, в то время как другие сбои могут быть связаны с нарушениями в работе программного обеспечения и самих систем.

Нарушения в работе механических систем могут быть вызваны поломками, связанными с отказами датчиков, соединительных элементов или приводов. Работа таких систем периодически проверяется, а техобслуживание обычно предотвращает отказ элементов. Сбои, вызванные основным программным обеспечением, обычно можно предотвратить путем проведения испытаний и тестирования правильности работы программ. Важная часть автоматизированной системы управления состоит в дублировании систем, что повышает их надежность и минимизирует, таким образом, время простоя или нарушение в управлении при эксплуатации, вызванные единичным отказом в компьютерной системе. Кроме того, безотказность механических систем и связанных с ними систем управления, насколько это возможно, должна быть предусмотрена уже в проекте (то есть, отказ должен приводить к безопасному состоянию объекта).

ВНЕШНИЕ СОБЫТИЯ

При оценке безопасности ОИАЭ должна быть рассмотрена роль внешних событий как возможных причин аварий. Внешние события могут быть естественного происхождения, например, наводнения, землетрясения, лесные пожары, смерчи или техногенного происхождения, например, падение самолета, попадание снаряда, объемный взрыв облака паров (ЛВЖ — легко воспламеняющиеся жидкости) от соседних площадок или транспортных магистралей.

Выбор площадки и проект объекта играют важную роль в уменьшении таких рисков, могут также потребоваться такие меры, как контроль за деятельностью вне пределов площадки, например, за транзитным движением через площадку. Хотя вероятность падения самолета на относительно небольшую площадь, которую представляет собой площадка ОИАЭ, очень низка, необходимо обеспечить защиту от такого события с учетом характеристик площадки и технологических процессов, использующихся на установке.

Выбор проектных решений, направленных на минимизацию опасности, обусловленной возможными внешними воздействиями, основываются в большой степени на статистических и исторических данных.

Резюме

Оценка рисков ОИАЭ должна учитывать наличие радиоактивных материалов и рисков с ним связанных. Без понимания этих процессов оценка будет не полная. В остальном оценка рисков ОИАЭ ничем не отличается от оценки рисков на других промышленных объектах.

Стоит отметить, что, учитывая повышенную потенциальную опасность ОИАЭ, а также существующую в мире радиофобию, к предприятиям атомной отрасли всегда предъявляются повышенные требования по безопасности. Это делает их одними из самых безопасных объектов.

Читать статью в pdf формате