В статье рассматривается понятие класса безопасности систем и элементов атомных электростанций, обоснование классовой принадлежности, признаки и критерии отнесения систем и элементов к определенному классу. Приведен обзор нормативных требований, определяющих классификацию по безопасности в Российской Федерации и международных стандартах МАГАТЭ.
Необходимость классификации оборудования атомной электростанции по степени его важности для безопасности признается с первых дней проектирования и эксплуатации реакторов. Методы классификации систем и элементов по безопасности сформировались в свете опыта, приобретенного в результате проектирования и эксплуатации существующих станций.
Классификация систем и элементов по безопасности является одной из основ обеспечения ядерной и радиационной безопасности атомных станций. В зависимости от возможных последствий отказов систем и элементов устанавливаются требования к их надежности, проектированию, изготовлению и контролю качества. В России вопросы классификации определяются федеральными нормами и правилами:
- НП‑001‑15 «Общие положения обеспечения безопасности атомных станций»
- НП‑033‑11 «Общие положения обеспечения безопасности исследовательских ядерных установок».
1. Понятие класса безопасности
Класс безопасности — это категориальная характеристика систем и элементов, отражающая степень их влияния на ядерную безопасность при отказах, которые являются исходными событиями аварий.
К элементам атомной станции, относятся следующие категории систем и компонентов:
- Системы безопасности. Данные системы предназначены для непосредственного предотвращения или ограничения последствий проектных и запроектных аварий.
- Системы нормальной эксплуатации, отказ которых может привести к тяжелым последствиям. В эту категорию входят элементы, выход из строя которых нарушает штатный режим работы атомной станции или препятствует устранению неполадок. Критерием отнесения является высокая условная вероятность (≥10⁻¹) перехода такого отказа в тяжелую аварию.
- Системы, обеспечивающие соблюдение радиационных нормативов. Сюда включены элементы, отказ которых приводит к превышению установленных предельно допустимых выбросов или сбросов радиоактивных веществ, а также к превышению допустимых уровней радиоактивного загрязнения в рабочих помещениях станции.
- Системы управления авариями. Эта группа включает элементы, предусмотренные проектом для локализации и управления аварийной ситуацией в течение критического периода, который, как правило, составляет не менее 72 часов (трое суток) с момента исходного события.
- Системы радиационного контроля. Данные системы являются ключевыми для мониторинга радиационной обстановки как в нормальных условиях, так и в ходе аварийного реагирования, предоставляя оперативному персоналу необходимую информацию для принятия решений.
2. Принципы отнесения оборудования к классу безопасности
Системы и элементы атомной станции по влиянию на безопасность разделяются на важные для безопасности и остальные, не влияющие на безопасность.
Чем выше потенциальный риск, тем выше класс безопасности и, соответственно, жёстче требования к проектированию, изготовлению и контролю качества. Если какой-либо элемент одновременно содержит признаки разных классов, то он должен быть отнесен к более высокому классу безопасности.
3. Классы безопасности
В целях обеспечения надежности и безопасности атомных станций все их элементы подразделяются на четыре класса в зависимости от потенциального влияния их отказов на безопасность.
Класс 1: К данному классу относятся элементы, отказы которых могут привести к наиболее тяжелым последствиям. В первую очередь, это тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), а также оборудование, отказы которого являются исходными событиями для аварий, приводящих - даже при штатной работе систем безопасности - к повреждению ТВЭЛов с превышением максимального проектного предела. Значения этого предела строго регламентированы федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии
Класс 2: В этот класс входят элементы, не отнесенные к классу 1, но чьи отказы оказывают критическое воздействие на безопасность. Он включает два типа систем:
- Элементы, отказы которых инициируют аварии, приводящие к повреждению ТВЭЛов, но без превышения максимального проектного предела. При этом учитывается нормируемое для проектных аварий количество сопутствующих отказов в системах безопасности.
- Элементы систем безопасности, единичный отказ которых в условиях проектной аварии приводит к нарушению установленных для таких аварий проектных пределов.
Класс 3: Все прочие элементы, важные для безопасности, которые не вошли в классы 1 и 2. Эти системы обеспечивают безопасность, но их отказ напрямую не приводит к столь тяжелым последствиям, как отказы элементов высших классов.
Класс 4: Данный класс включает в себя элементы нормальной эксплуатации, которые не влияют на безопасность и не отнесены к классам 1–3. К примеру, часть вентиляции, энергоснабжение неприоритетных потребителей.
4. Классификационные обозначения
Классификационное обозначение отражает принадлежность элемента к классам безопасности 1, 2, 3, 4. Классификационное обозначение дополняется символом, отражающим характер выполняемых элементом функций:
Н — элемент нормальной эксплуатации;
3 — защитный;
Л — локализующий;
О — обеспечивающий;
У — управляющий элемент системы безопасности;
Т — элемент специальных технических средств для управления запроектными авариями.
Если элемент имеет несколько назначений, то все они входят в его обозначение.
Примеры классификационного обозначения: 2Н, 3З, 2НЗ, 3Т.
5. Международные подходы
МАГАТЭ (SSR‑2/1, SSG‑30) устанавливает, что все узлы, важные для безопасности, должны быть определены и классифицированы на основе их функции и их значимости с точки зрения безопасности.
Метод классификации узлов, важных для безопасности, на основе их значимости с точки зрения безопасности прежде всего должен быть основан на детерминистических методах, дополненных при необходимости вероятностными методами, с учетом таких факторов, как:
a) функция(и) безопасности, которую(ые) выполняет данный узел;
b) последствия отказа выполнять функцию безопасности;
c) частота, с которой от данного узла потребуется выполнение функции безопасности;
d) время после постулируемого исходного события или период, в течение которого от узла потребуется выполнение функции безопасности.
Проектирование должно проводиться таким образом, чтобы предотвращалось любое взаимодействие между узлами, важными для безопасности, и, в частности, чтобы любой отказ узлов, важных для безопасности, в системе, относящейся к более низкому классу безопасности, не распространялся на систему, относящуюся к более высокому классу безопасности.
Во всех состояниях станции должно обеспечиваться выполнение фундаментальных функций безопасности:
- управление реактивностью
- отвод тепла от реактора и бассейна выдержки топлива
- локализация радиоактивного материала, защита от излучения и контроль за плановыми радиоактивными выбросами, а также ограничение аварийных радиоактивных выбросов
Тяжесть последствий отказов следует считать «высокой», если отказ функции может в наихудшем случае:
- привести к выбросу радиоактивного материала сверх пределов, принятых регулирующим органом для проектных аварий
- привести к тому, что значения основных физических параметров превысят критерии приемлемости для проектных аварий;
Тяжесть последствий следует считать «средней», если отказ функции может в наихудшем случае:
- привести к выбросу радиоактивного материала сверх пределов, установленных для ожидаемых при эксплуатации событий, или
- привести к тому, что значения основных физических параметров превысят проектные пределы для ожидаемых при эксплуатации событий;
Тяжесть последствий следует считать «низкой», если отказ функции может в наихудшем случае:
- привести к получению работниками доз облучения, превышающих разрешенные пределы.
Российская система гармонизирована с международной.
6. Процедура определения класса безопасности
Этапы:
- определение влияния отказа оборудования на безопасность реактора
- анализ последствий с точки зрения барьеров безопасности
- отнесение к соответствующему классу
- утверждение проектной организацией и контроль надзорных органов
Упрощенный алгоритм:
- отказ влияет на активную зону/СУЗ/теплоотвод → Класс 1
- влияет на локализацию аварии → Класс 2
- влияет на нормальную эксплуатацию → Класс 3
- минимальное влияние → Класс 4
Заключение
Классификация оборудования по безопасности — обязательный элемент обеспечения безопасности АЭС. Отнесение к классу безопасности определяет уровень требований к конструкции, качеству и контролю оборудования на всех этапах жизненного цикла.
