Atomic-Energy.ru

Системы безопасности, контроля и мониторинга

29 мая 2013

Защита окружающей среды и населения в процессе эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов наиболее актуальны в настоящее время. Первостепенными задачами являются безопасное ведение технологических процессов, радиационный и дозиметрический контроль, контроль радиационной обстановки вокруг производственных объектов, промышленных площадок и санитарно-защитных зон, постоянный мониторинг данных объектов для предупреждения нештатных ситуаций и аварий, оперативное реагирование и устранение их.

В данной статье представлен обзор базовых систем, разработанных в ОКБ КИПиА ФГУП «ПО «Маяк» и внедренных в производственном объединении. Они обеспечивают безопасную эксплуатацию радиохимического, химико-металлургического, реакторного и изотопного производств. Ряд систем внедрен на других предприятиях Госкорпорации «Росатом».

САС СЦР

Система аварийной сигнализации о возникновении самоподдерживающейся цепной реакции деления (САС СЦР) предназначена для регистрации аномально высокого уровня мгновенного γ-излучения, сопровождающего самоподдерживающуюся цепную реакцию деления, подачи звуковых и световых сигналов оповещения персонала, оценки мощности поглощенной дозы (МПД) γ-излучения.

В соответствии с руководящими документами, система является неотъемлемой частью комплекса технических мер на ядерно опасных производствах. Приборная комиссия по методам и средствам контроля параметров ядерной безопасности Министерства по атомной энергии Российской Федерации дала положительный отзыв и своим решением рекомендовала САС СЦР разработки ОКБ КИПиА для применения в отрасли. Решение утверждено руководителем Департамента безопасности, экологии и чрезвычайных ситуаций А.М. Агаповым. Впоследствии система была рекомендована к применению методическими указаниями Управления ядерной и радиационной безопасности Федерального агентства по атомной энергии «Организация аварийного радиационного контроля внешнего облучения персонала при проведении работ на ядерно опасных участках предприятий Минатома России».

САС СЦР разработана на базе серийно выпускаемых технических и программных средств, имеет распределенную структуру (рис. 1) и включает технические средства трех уровней:

  • нижний – блоки детектирования (БД) и устройства сигнализации (УС);
  • средний – устройства сбора, обработки информации и управления;
  • верхний – устройство обработки и представления информации оператору.

Программируемый логический контроллер (ПЛК) предназначен для обеспечения сбора и обработки информации с блоков детектирования БДМГ-3504, управления устройствами сигнализации, передачи информации о текущем состоянии радиационной обстановки и результатов диагностики узлов системы на ПДО. Алгоритм функционирования управляющей программы ПЛК согласован с отделом ядерной безопасности ГНЦ РФ – ФЭИ (город Обнинск).

Пульт дежурного оператора (ПДО) обеспечивает интерактивное взаимодействие персонала с системой, обработку и отображение контролируемой информации на экране видеомонитора, архивирование и протоколирование информации, обмен информацией с ПЛК.

Автономность функционирования ПЛК независимо от ПДО снимает особые требования к средствам верхнего уровня.

САС СЦР обеспечивает выполнение следующих функций:

  • обнаружение и регистрация СЦР;
  • подача аварийных сигналов на устройства звуковой и световой сигнализации;
  • приблизительная оценка МПД γ-излучения до и после возникновения СЦР;
  • автоматическая самодиагностика и оповещение оператора о сбоях и отказах;
  • автоматическая регистрация событий в архиве текущих событий;
  • выдача информации на пульт дежурного оператора системы;
  • работоспособность и сохранность информации при потере питания.

Технические характеристики САС СЦР:

  • пороговое значение МПД для включения аварийной сигнализации – 0,3 мкГр/с;
  • пороговое значение накопленной поглощенной дозы, при котором происходит включение аварийной сигнализации о возникновении СЦР – не более 1 мкГр;
  • регистрация СЦР минимальной длительностью до 1 мс;
  • сохранение работоспособности БД и УС после воздействия дозой смешанного нейтронного и γ-излучения от СЦР не менее 100 Гр;
  • диапазон оценки МПД γ-излучения – от 0,003 до 55 мкГр/с (30 %);
  • возможность оценки МПД γ-излучения после СЦР до 12000 мкГр/с;
  • время реакции – не более 50 мс;
  • защита от импульсных помех по линиям связи;
  • количество подключаемых блоков детектирования БДМГ-3504 – от 2 до 240;
  • количество подключаемых громкоговорителей ГР-1 и устройств световой сигнализации не ограничено.

САС СЦР успешно функционирует на ФГУП «ПО «Маяк» (город Озерск) – девять систем, на ФГУП «ПСЗ» (город Трехгорный), ФГУП «ГХК» (город Железногорск) и в ОАО «МСЗ» (город Электросталь) – по одной системе.

АСРК

Автоматизированная система радиационого контроля (АСРК) предназначена для обеспечения радиационной безопасности технологического персонала предприятий путем дистанционного непрерывного контроля радиационной обстановки (РО) и управления устройством сигнализации и исполнительными механизмами.

Система разработана на базе серийно выпускаемых технических и программных средств, имеет распределенную структуру (рис. 2) и состоит из технических  средств трех уровней:

  • нижний – блоки устройства и детектирования, устройства сигнализации;
  •   средний – устройства сбора, обработки информации и управления;
  • верхний – устройства обработки и представления информации.

Программируемый контроллер дозиметрический (ПКД) – модульное, конструктивно законченное устройство со специальным программным комплексом. Он обеспечивает:

  • сбор и обработку текущих значений контролируемых параметров РО;
  • контроль отклонений контролируемых параметров за заданные установки;
  • формирование управляющих сигналов для устройств сигнализации;
  • формирование управляющих сигналов для исполнительных механизмов;
  • автоматическую диагностику комплекса технических средств АСРК;
  • обмен информацией с верхним уровнем системы.

ПКД функционирует автономно, независимо от работоспособности коммуникационных средств и верхнего уровня АСРК.
Блоки и устройства детектирования, устройства сигнализации размещаются на рамных конструкциях – стендах.
Автоматизированное рабочие место (АРМ) обеспечивает централизованную обработку и отображение контролируемой информации, интерактивное взаимодействие персонала с системой, в том числе формирование системных диагностических функций.
На серверах происходит концентрация принимаемой информации, ее архивирование и протоколирование.
Состав периферийных устройств и вычислительная мощность АРМ и серверов определяются набором реализуемых функций и обеспечением требуемых технических и эксплуатационных параметров. Средства вычислительной техники поставляются со специальным программным обеспечением.

АСРК обеспечивает выполнение следующих функций:

  • контроль РО в неограниченном количестве точек контроля;
  • все виды основного радиационного контроля (α, β, γ, η);
  • управление устройствами сигнализации и исполнительными механизмами;
  • непрерывная диагностика технических средств;
  • автоматическая регистрация и просмотр архива текущих событий;
  • выдача информации на АРМ системы.

Технические характеристики АСРК:

  • число каналов регистрации дозиметрических величин, сигнализации, управления – не ограничено;
  • диапазон регистрации МПД γ-излучения – от 3*10-5 до 8 мкГр/с (блоки детектирования БДМГ-2001, БДМГ-02);
  • диапазон регистрации поверхностной активности α-излучающих нуклидов – от 1,5*10-2 до 1,0*103 Бк/см2 (блок детектирования – БДАА-01);
  • диапазон регистрации объемной активности α-излучающих нуклидов – от 1,0*10-4 до 1,0 Бк/л (устройство детектирования – УДЗА-01);
  • диапазон регистрации поверхностной активности β-излучающих нуклидов – от 2*10-1 до 2*103 Бк/см2 (устройство детектирования – УДАБ-01);
  • диапазон регистрации объемной активности β-излучающих нуклидов – от 2,59*102 до 2,59*106 Бк/см3 (устройство детектирования – УДАБ-01);
  • диапазон регистрации плотности потока нейтронов – от 4 до 250 см-2*с-1 (устройство детектирования – УДПН-02).

По три системы АСРК внедрено на ФГУП «ПО «Маяк» и ФГУП «ГХК».

АСКРО

Автоматизированная система контроля радиационной обстановки (АСКРО) обеспечивает:

  • оперативный контроль мощности дозы γ-излучения (МЭД) в санитарно-защитной зоне (СЗЗ) и зоне наблюдения (ЗН) и на промышленной площадке ФГУП «ПО «Маяк»;
  • сбор и обработку данных измерения;
  • оперативное оповещение территориальных и федеральных органов исполнительной власти по обеспечению радиационной безопасности об аварийных ситуациях и информационная поддержка принятия решений, направленных на ликвидацию аварий и их последствий;
  • предоставление информации персоналу ФГУП «ПО «Маяк»;
  • информирование общественности с целью подтверждения безопасности работы предприятия.

На территории предприятия насчитывается 15 постов контроля, расположенных в радиусе до 20 км от промышленной площадки.

СНТК

Целями создания системы нейтронного технологического контроля (СНТК) являются:

  • получение достоверной информации, характеризующей концентрацию (массу) плутония в растворах технологических установок, для обеспечения технологического процесса;
  • обеспечение ядерной безопасности, радиационная защита персонала и окружающей среды;
  • получение оперативной диагностической информации об исправности технических средств системы;
  • уменьшения времени ремонта и поверки измерительного канала.

Система нейтронного технологического контроля относится к системам, важным для безопасности. Она предназначена для измерения частоты импульсов, характеризующей поток нейтронов растворов плутония в технологических аппаратах, с подготовкой и передачей информации в систему центрального технологического контроля на автоматизированные рабочие места.
Плутоний в растворах, находящийся в технологических аппаратах, является ядерноопасным материалом. Нарушение технологических регламентов его переработки или ошибочные действия персонала при нормальной эксплуатации не могут привести к образованию критической массы, учитывая геометрию аппарата. Вторым барьером, исключающим образование критической массы в аппарате, являются приборы нейтронного технологического контроля.

СНТК выполняет следующие задачи:

  • непрерывный контроль частоты импульсов, характеризующей поток нейтронов растворов плутония;
  • проверку на достоверность импульсов, поступающих от детектора нейтронов;
  • контроль выхода текущих значений за установленные технологические и аварийные значения;
  • выбор и задание рабочего режима измерительного канала;
  • выполнение диагностических операций;
  • отображение планов размещения технологических устройств, измеренных параметров и состояния оборудования;
  • обеспечение и контроль электропитания технических устройств;
  • автоматическую регистрацию событий с указанием времени;
  • архивирование информации.

Система имеет распределенную, многоуровневую структуру (рис. 4).

Система включает в себя технические средства трех уровней:

  • нижний уровень – совокупность интеллектуальных измерительных каналов, обеспечивающих сбор данных поступающих от блоков детектирования, их математическую обработку и подготовку для передачи среднему уровню в виде цифровых кодированных сигналов, диагностику технических средств;
  • средний уровень – контроллеры, обеспечивающие централизованный сбор информации от группы присоединенных к ним измерительных каналов по локальной промышленной сети RS 485 с помощью протокола ModBus, а также контроллеры блокировок, служащие для управления исполнительными устройствами и механизмами блокировок с целью обеспечения ядерной безопасности технологических процессов;
  • верхний уровень – автоматизированные рабочие места инженера-технолога, инженера по КИПиА, сетевые коммутаторы, сервер архивирования и документирования, переносной стенд.

Для бесперебойного питания СНТК и поддержания ее в случае исчезновения основного питания на непродолжительное время (до 20 мин) применяются источники бесперебойного питания.

Система СНТК внедрена на радиохимическом заводе ФГУП «ГХК».

АСМЯРОГ

В 2008 году ФГУП «ПО «Маяк» стало площадкой для разработки и пилотного внедрения автоматизированная системы непрерывного мониторинга ядерно и радиационно опасных объектов и грузов (АСМЯРОГ). Система разработана в соответствии с «Программой развития отраслевой автоматизированной системы непрерывного комплексного мониторинга ядерно и радиационно опасных объектов и грузов до 2010 года и на перспективу до 2015 года» и впоследствии должна охватить все ядерно и радиационно опасные объекты Госкорпорации «Росатом».

АСМЯРОГ предназначена для обеспечения комплексного оперативного мониторинга состояния ядерной, радиационной, экологической, пожарной безопасности, энергообеспечения отрасли, радиационного и метеорологического контроля санитарно-защитных зон и зон наблюдения, а также передачи оперативных данных в отраслевой центр – на  ФГУП «СКЦ Росатома».

Целями создания системы являются:

  •   предупреждение и локализация угроз, снижение рисков опасности для жизни и здоровья персонала предприятия, населения районов, прилегающих к площадкам ядерно и радиационно опасных объектов, за счет предупреждения и снижения последствий аварий и инцидентов;
  • снижение экологических рисков для окружающей среды за счет своевременного выявления потенциальных источников загрязнения и их локализации.

Архитектура системы (рис. 5) имеет иерархическую структуру. Верхний уровень – общий для объекта мониторинга, нижний включает комплекс типовых программно-технических средств.

Система содержит:

  • типовой центр комплексного мониторинга и оперативного управления объектового уровня (ЦКМ);
  •   типовые центры комплексного мониторинга и оперативного управления подразделений и заводов (ЦКЗ);
  • типовые контроллеры сбора параметров безопасности (КСПБ) с информационных и контрольных подсистем объектового уровня и непосредственно с датчиков технологических установок, аппаратов и т.д.;
  •   системы и средства телекоммуникаций, сбора, передачи данных и оповещения.

В состав ЦКМ входят сервер и автоматизированные рабочие мест. Сервер ЦКМ является комплексом технических средств вычислительной техники, включающий коммуникационное оборудование, вычислительные ресурсы, подсистемы архивного хранения и резервирования. АРМ предназначены для отображения и сигнализации состояния параметров безопасности ядерно и радиационно опасных производств предприятия.

Все КСПБ имеют информационную связь с ЦКМ посредством общей локальной вычислительной сети.
ФГУП «ПО «Маяк» пока является единственным предприятием, на котором действует автоматизированная система АСМЯРОГ. Она может быть внедрена и на других предприятиях Госкорпорации «Росатом» как система верхнего уровня, а также вместе с другими перечисленными выше системами – комплексно или по отдельности.

Авторы:
С.В. МЯГКОВ, к.т.н.,
В.В. ШУСТОВ,
Е.В. ЛЕВИН (ФГУП «ПО «Маяк»)