РАЗДЕЛ 2
Методика прогнозирования безопасности АЭС
по вероятности поражения объектов АЭС осколками турбины
В данном разделе работы приведена методика, предложенная в диссертационной работе, для прогнозирования безопасности АЭС по вероятности поражения объектов АЭС осколками турбины. Рассмотрены опытные данные эксплуатации турбин и дан их анализ. Представлены теоретические модели и оценки вероятностей разрушения турбины и попадания осколков в важные объекты АЭС. С использованием статистических методов при анализе данных об эксплуатации турбин показано, что наибольшую вероятность разрушения, сопровождаемого опасными летящими осколками, имеет ротор низкого давления паровой турбины. Дано обоснование для выбора характеристик летящих осколков и сформулированы математические модели их полета. Определены траектории осколков в плоской и трехмерной постановках. Численными расчетами установлены зоны вылета и падения осколков.
В заключение представлены выводы по разделу и сформулированы основные направления исследований по повышению конструктивной прочности роторов, отнесенных к наиболее вероятным источникам летящих осколков при аварии на АЭС, способных привести к тяжелым последствиям.
2.1. Постановка проблемы прогнозирования
В "Общих положениях" для обеспечения безопасности атомных станций [5,6] и в "Требованиях" к отчету по анализу безопасности энергоблоков АЭС [11,12] сформулирован общий критерий безопасности в виде ограничения на величину предельной вероятности аварийного выброса. Согласно принятому в этих регламентирующих материалах критерию, величина предельного значения вероятности выброса осколков при аварии турбины не должна превышать значения 10-7 на один реактор в год. При этом вероятность разрушения корпуса реактора не должна превышать 10-7 на один реактор в год, а вероятность разрушения систем (элементов), важных для безопасности АЭС и тех объектов, которые предназначены для выполнения функций безопасности, не должна превышать 10-6 на один объект АЭС в год.
Рассмотрим постановку задачи прогнозирования безопасности АЭС по вероятности повреждения объектов АЭС летящими осколками турбины. С этой целью вероятность события, представляющего собой поражение объектов АЭС летящими осколками турбины - p, из расчета на один объект в год, представим произведением трех вероятностей: р1 - вероятности разрушения турбины с вылетом одного или нескольких осколков, р2 - вероятности попадания хотя бы одного осколка в важный объект АЭС и р3 - вероятности повреждения или разрушения объекта АЭС. Так, что
р = р1(р2·р3. (2.1)
Отсюда следует, что задача прогнозирования безопасности АЭС по вероятности поражения объектов АЭС летящими осколками турбины может быть сведена к определению вероятностей разрушения турбины - р1 и вероятности попадания осколков - р2, для чего используются теоретические модели и опытные данные эксплуатации турбин. Решение задачи об определении внешнебаллистических характеристик, таких как массы и скорости разлета осколков, необходимо для последующего определения вероятности повреждения, пробивания или разрушения объектов в зонах падения осколков.
Значение вероятности повреждения или разрушения объекта АЭС - р3, должно быть определено на этапе проектирования рассматриваемого объекта. После определения вероятности поражения объектов АЭС осколками турбины - р, можно осуществить защитные мероприятия для объектов АЭС.
Согласно (2.1), вероятность поражения важного объекта АЭС летящими осколками турбины можно понизить до величины ниже предельно допустимой, обеспечив безопасность АЭС, осуществив защитные мероприятия важных для безопасности АЭС объектов в трех направлениях:
- снижением величины р1, за счет внедрения мероприятий по повышению надежности потенциально опасных элементов паровой турбины;
- понижением значения р2, путем размещения важных объектов на территории АЭС по возможности в безопасном месте;
- выполнением неуязвимой физическую защиту важных объектов, например, возведением защитных бетонных стен, что снизит величину р3.
Безопасность корпуса реактора определяется требованием к оценке вероятности его механического повреждения от внешних воздействий. Эта вероятность должна быть ниже 10-7 в год. Обычно это требование удовлетворяют при проектировании реактора, что позволяет практически исключить из рассмотрения аварию реактора вследствие попадания летящих осколков турбины. Так, при гарантированном значении р1 < 10-7 проблему безопасности реактора АЭС от его повреждения летящими осколками турбины можно не рассматривать. Вероятность события 10-7 в год считается малой величиной, поэтому вероятность возникновения аварии весьма мала. Вместе с тем, при р1 >10-7, но при выполнении условия, что произведение р1(р2 < 10-7, можно исключить из рассмотрения определение вероятности повреждения или разрушения реактора АЭС - р3. Очевидно, что в случаях, когда р1(р2 >10-7, но р=р1(р2(р3 < 10-7, то будет выполнено предельное условие безопасности объекта АЭС и развитие аварии можно считать маловероятным. Вместе с тем, когда вероятность повреждения реактора АЭС р=р1(р2(р3 >10-7, должен быть рассмотрен вопрос о дополнительных защитных мероприятиях, способствующих уменьшению значения вероятности р. Это справедливо и для объектов более низкой классификации по требованиям безопасности, чем реактор, например, для объектов, предельная вероятность поражения которых должна быть меньше величины 10-6 разрушений в год.
Наиболее распространенной мерой для обеспечения безопасности АЭС являются мероприятия повышающие прочность конструкций турбин. В данной работе представлены как научное обоснование, так и меры по повышению прочности конструкций сварных роторов, ведущих к снижению величины р1, так как они повышают эксплуатационную надежность роторов паровых турбин.
Расчеты значений вероятности попадания осколков в объекты - р2, могут быть использованы для принятия научно обоснованных рекомендаций по более безопасному размещению важных объе
- Киев+380960830922