Gadó JánosNukleáris biztonság - 2 Az üzemzavar elemzések alapjai.

Az előadások a következő témára: "Gadó JánosNukleáris biztonság - 2 Az üzemzavar elemzések alapjai."— Előadás másolata:

1 Gadó JánosNukleáris biztonság - 2 Az üzemzavar elemzések alapjai

2 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt2 Tartalom  A kockázat determinisztikus megközelítése  Kezdeti események  A fizikai gátak  Elfogadási kritériumok  Determinisztikus tervezési elvek

3 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt3 A kockázat determinisztikus megközelítése A lehetséges eseményeket gyakoriság szerint csoportosítjuk, és a különböző gyakorisági csoportokra a gyakoriság növekedésével egyre szigorúbb kritériumok teljesülését követeljük meg. Problémák:  az események körének teljessége  az elfogadási kritériumok helyessége  az alkalmazott modellek konzervativizmusa

4 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt4 Az üzemzavarelemzések alapelemei A legfontosabb tisztázandó kérdések:  a kezdeti események kiválasztása  az elfogadási kritériumok meghatározása

5 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt5 A kezdeti események kiválasztása - 1 A kezdeti események normál üzemben következhetnek be Normál üzem:  stacioner teljesítményüzem  leállás és felterhelés különböző állapotai (24 mozzanat) A kezdeti események típusai:  technológiai események  belső veszélyek (tűz, elárasztás)  külső veszélyek (földrengés, repülőgép, stb.)

6 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt6 A kezdeti események kiválasztása – 2 A blokk sematikus rajza

7 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt7 A kezdeti események kiválasztása - 3 Technológiai eredetű események csoportjai: A szekunderköri hőelvonás növekedése gőzvezetéktörés (8) A szekunderköri hőelvonás csökkenése tápvízszivattyú kiesése (16) A primerköri forgalom csökkenése főkeringtető szivattyúk kiesése (7) Reaktivitás-zavarok szabályozórúd szándékolatlan kihúzása (3), bórhígulás, szabályozórúd kilökődés (4)

8 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt8 A kezdeti események kiválasztása - 4 Technológiai eredetű események csoportjai (folytatás): Primerköri hűtőközegmennyiség növekedése szándékolatlan ZÜHR működés Hűtőközegvesztés primerköri csővezetékek törése, gőzfejlesztő csőtörés (6) Az aktív zónát nem érintő problémák pihentető medence üzemzavarai, kibocsátás radioaktív anyagok tárolóiból

9 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt9 A kezdeti események kiválasztása - 5 A kezdeti események kategorizálása: A kezdeti eseményeket gyakoriság szerint kategorizálni kell Várható üzemi esemény:f > 10 -2 /év AOO Tervezési üzemzavar: 10 -2 /év > f > 10 -5 /év PA A két kategóriára kissé eltérő elemzési szabályok és erősen eltérő elfogadási kritériumok vonatkoznak (AOO szigorúbb, PA kevésbé szigorú)

10 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt10 A vizsgálandó esetek - 1 A várható üzemi eseményeket követő folyamatokat úgy kell elemezni, hogy fel kell tételezni a biztonsági funkciót ellátó rendszerek egyikének működésképtelenségét (mégpedig azét, amelyik a legsúlyosabb következményekre vezet) - ez az egyszeres meghibásodás feltételezése. Így kell igazolni, hogy a biztonsági rendszer kapacitása megfelelő. Hasonló feltételezést szokás tenni a tervezési üzemzavaroknál is.

11 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt11 A vizsgálandó esetek - 2 ATWS A várható üzemi eseményeket a biztonságvédelmi rendszer működésének elmaradásával is vizsgálni kell (a szabályozó rudak nem esnek be - ATWS, ennek gyakorisága f < 10 -5 /év alatt kell legyen) Teljesség Az elemzések elvben mindegyik esetet lefedik - de részleteiben ez nem mindig igaz, ha valami módosul a blokkon

12 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt12 A fizikai gátak - 1 A reaktor működése során keletkező aktivitás (radioaktív bomlásra képes anyagmennyiség) elsősorban a fűtőelemek belsejében található. A biztonsági célkitűzések akkor valósíthatók meg, ha ennek az aktivitásnak döntő része semmilyen esetben sem jut ki a környezetbe. A kijutás meggátlására a reaktorblokk fizikai gátakat tartalmaz. Ezek a fizikai gátak:  a fűtőelem  a primerkör  a konténment.

13 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt13 A fizikai gátak - 2 A fűtőelem: A fűtőelem tablettaoszlopból és burkolatból áll. A tabletták anyaga általában UO 2. A hasadások során gázok és más anyagok keletkeznek, amelyek jórészt az UO 2 -mátrixban maradnak, de a gázok egy része a burkolat alá kikerül.

14 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt14 A fizikai gátak – 3 A fűtőelem (követő kazetta és munkakazetta)

15 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt15 A fizikai gátak - 4 A fűtőelem (folytatás): Normál üzemben és várható üzemi események során a fűtőelemek burkolata (kevés kivétellel) ép marad, nincs, vagy minimális a kibocsátás a primerkörbe. Tervezési üzemzavarok során a burkolat megsérül, a gázok, az illékony anyagok és a tabletták össze- töredezéséből származó anyagok a primerkörbe kerülnek. Balesetek során az üzemanyag elolvadhat, a teljes aktivitás a primerkörbe kerülhet.

16 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt16 A fizikai gátak - 5 A primerkör: A primerkör tartalmazza a fűtőelemekből felépített aktív zónát. A primerkör főbb elemei a reaktortartály, a hidegági és melegági csővezetékek, a szivattyúk, a térfogatkiegyenlítő, a gőzfejlesztők, a víztisztító és a gáztalanító. A primerkör aktivitása a fűtőelemek belsejéből, felületéről, felaktiválódott korróziós termékekből és egyéb anyagokból származik.

17 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt17 A fizikai gátak – 6 A primerkör

18 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt18 A fizikai gátak - 7 A primerkör (folytatás): A primerkörből aktivitás tud kikerülni  a primerkör sérülése miatt a konténmentbe  a gőzfejlesztő sérülése miatt a szekunderkörbe  a szervezett szivárgás révén. A primerkör aktivitását ellenőrzik. Az aktivitást a víztisztító és a gáztalanító bekapcsolásával csökkenteni lehet.

19 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt19 A fizikai gátak - 8 A primerkör (folytatás): Normál üzemben és várható üzemi események során a primerkör ép marad. A tervezési üzemzavarok egy részét éppen a primerkör sérülése (csővezetékek, gőzfejlesztőcsövek törése) váltja ki. A többi tervezési üzemzavar oka más. A balesetek egy részét a primerkör sérülése váltja ki, de a primerkör más balesetek során is megsérülhet.

20 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt20 A fizikai gátak - 9 A konténment: A konténment egy bonyolult felépítésű rendszer, amely magában foglalja a primerkört, és biztosítja, hogy az aktivitás annak sérülése esetén sem jut ki a környezetbe. A konténment fő jellemzői a tervezési nyomás és a tervezési szivárgás.

21 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt21 A fizikai gátak – 10 A konténment két nézete

22 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt22 A fizikai gátak - 11 A konténment (folytatás): Normál üzemben és várható üzemi események során a konténmentnek csak biológiai védelmi funkciója van. Tervezési üzemzavarok során a konténment ép marad és a szivárgása miatti aktivitás-kibocsátás elfogadható mértékű. Balesetek során a konténment általában nem sérül, de a zóna olvadásakor a kibocsátás jelentős mértékű. Egyes súlyos baleseti folyamatokban a konténment megsérül, ekkor a kibocsátás igen nagy lehet.

23 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt23 A fizikai gátak - 12 A determinisztikus biztonsági elemzések a fizikai gátak épségét vizsgálják különböző helyzetekre, továbbá meghatározzák az egyes sérülésekhez tartozó aktivitás- kibocsátásokat. A valószínűségi biztonsági elemzések a fizikai gátak sérülésének valószínűségét hivatottak meghatározni.

24 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt24 Elfogadási kritériumok - 1 Az üzemzavarokat többféle aspektusból lehet vizsgálni:  a fűtőelemek épsége  a primerkör épsége a reaktortartály épsége (csak PA) a reaktortartály épsége (csak PA)  a konténment épsége (csak PA)  a kibocsátás mértéke, a személyzet dózisterhelése Az elfogadási kritériumok alapvetően a kibocsátási és dózisterhelési limitekből visszaszármaztatott mennyiségeket tartalmaznak.

25 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt25 Elfogadási kritériumok - 2 A fűtőelem épsége: Várható üzemi események ne történjék burkolatsérülés (vagy csak nagyon kevés) DNBR > 1,33 (ne legyen hőátadási krízis) entalpia < 586 J/gUO 2 (ne szabaduljon fel túl sok energia) ennélfogva AOO esetben a normál üzemi kibocsátási korlátok tarthatóak

26 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt26 Elfogadási kritériumok - 3 A fűtőelem épsége (folytatás): Tervezési üzemzavarok ne menjen tönkre a fűtőelem, ne szóródjék szét, a zóna hűthető maradjon  T burkolat < 1204  C  burkolatoxidáció < 17%  hidrogéntermelés < a burkolat 1%-a  ne legyen szubcsatorna-elzáródás  entalpia < 963 J/gUO 2

27 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt27 Elfogadási kritériumok - 4 A primerkör épsége: Várható üzemi események a biztonsági szelepek ne nyissanak ki p < 1,1 *135 bar Tervezési üzemzavarok (és ATWS) p < 1,35*135 bar

28 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt28 Elfogadási kritériumok - 5 A reaktortartály (csak tervezési üzemzavarok): A veszély a ridegtörés lehetősége - az esetleges repedések ne induljanak el A kezdeti eseménykor a minimális lehetséges hűtőközeg hőmérsékletet kell feltételezni (fordítva, mint általában) Repedéseket kell (szabványok szerint) feltételezni Ismerni kell az anyagtulajdonságokat, amelyek a sugárkárosodás (és a termikus öregedés) miatt folyton romlanak  üzemidő A reaktortartály sérülése nem megengedhető, nem része a tervezési alapnak

29 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt29 Elfogadási kritériumok - 6 A konténment épsége (csak tervezési üzemzavarokra): Primerköri hűtőközegvesztéskor a hűtőközeg (víz+gőz, primerkör+ZÜHR) a konténmentbe jut A konténment tervezési nyomását nem szabad elérni (Pakson 1,5 bar túlnyomás)

30 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt30 Elfogadási kritériumok - 7 A kibocsátás mértéke: Normál üzem az éves dózisterhelés kicsi legyen - a négy blokkra összesen 90 µSv/év Várható üzemi események A dózisterhelés kicsi legyen: 90 µSv/esemény Tervezési üzemzavarok a dózisterhelés 5 mSv/év/esemény alatt maradjon A megfelelő kibocsátási limitek éppen kidolgozás alatt vannak

31 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt31 Determinisztikus tervezési elvek - 1 Az atomerőmű blokkjai rendszerekből épülnek fel. Vannak elvárások  a blokk szintjén  a rendszerek szintjén.

32 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt32 Determinisztikus tervezési elvek - 2 Rendszerszintű elvárások: A rendszer normál üzemi és üzemzavari (biztonsági) funkcióját megbízhatóan lássa el (szabványok, anyag, gyártás, ellenőrzés és vizsgálat lehetősége, javíthatóság, karbantartás, cserélhetőség) egész tervezett élettartama során.

33 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt33 Determinisztikus tervezési elvek - 3 A gépészeti rendszerekhez segédrendszerek, továbbá irányítástechnika (mérések és automatikus védelmek) és villamos betáplálás tartoznak. Ezeket együttesen kell megbízhatóra tervezni. Ugyanakkor a villamos- és irányítástechnikát blokkszinten is tervezni kell. Definiálni kell a rendszerek határait. Meg kell határozni a rendszerek kapacitását, működési tartományát, szilárdsági igénybevehetőségének határait.

34 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt34 Determinisztikus tervezési elvek - 4 A rendszerekkel szemben alapkövetelmény a megbízhatóság. Ennek egyik összetevője az egyszeres meghibásodással szembeni védettség. A biztonsági rendszereket megfelelő redundanciával kell tervezni (3*100, 4*100, 4*50, stb.), azaz az adott biztonsági funkció ellátásához egyszerre több független rendszernek is rendelkezésre kell állnia, miközben egyikük működése is elegendő a biztonsági funkció ellátásához.

35 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt35 Determinisztikus tervezési elvek - 5 A függetlenség soha sem tökéletes (pl. ugyanazok végzik a karbantartást), ezért arra is szükség lehet, hogy ugyanazt a biztonsági funkciót diverz (egymástól alapjaiban különböző) rendszerek lássák el.

36 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt36 Determinisztikus tervezési elvek - 6 Blokkszintű elvárások: A rendszerek viseljék el a blokk normál üzeme és üzemzavarai során fellépő terheléseket. A blokk biztonsági rendszerei akadályozzák meg az üzemzavarok tervezettnél súlyosabbá válását, az elfogadási kritériumok betartását. Az automatizálás és az emberi beavatkozások optimális megosztását kell elérni.

37 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt37 Determinisztikus tervezési elvek - 7 A blokkszintű és a rendszerszintű elvárások egyensúlyba hozásának elérése iteratív tervezési folyamatra vezet, amelyben döntő szerephez jutnak a determinisztikus biztonsági elemzések. Ezek a blokk különböző üzemállapotaiban fellépő kezdeti események utáni folyamatokat (reaktorfizika, termohidraulika, fűtőelemviselkedés, aktivitásterjedés) modellezik. Meghatározzák az egyes rendszerek üzemzavari terheléseit és az elfogadási kritériumokkal összevethető paraméterek aktuális értékeit.

38 Gadó János Nukleáris biztonság - 2 bme_2.ppt38 Összefoglalás Megismerkedtünk az üzemzavarelemzések alapelemeivel:  a kezdeti eseményekkel  a fizikai gátakkal és  az elfogadási kritériumokkal. Áttekintettük a determinisztikus tervezési elveket