Gadó János Nukleáris biztonság - 4 Valósz ín ségi alapú biztonsági elemzések

Átírás

1 Valósz színőségi alapú biztonsági elemzések

2 Tartalom A valósz színőségi elemzések céljaic A valósz színőségi elemzések terjedelme, szintjei Eseményf nyfák és s hibafák Az elemzések adatbázisa Az elemzések eredményei A leáll llított állapot speciális kezelése A belsı és s külsk lsı hazárdok speciális kezelése A zónasz nasérülési si gyakoriság és s az erımősérülési si állapotok A kibocsátási si kategóri riák és s a nagy radioaktív kibocsátások sok gyakoriságai gai bme_4.ppt 2

3 A valósz színőségi elemzések céljai Valamely esemény valósz színőségének/gyakoriságánaknak számítása sa: pontért rték - a biztonsági színvonal minısítése se A befolyásol soló hatások mértékének számszer mszerősítése: érzékenységi tényezık - a gyenge pontok azonosítása sa Az eredmény bizonytalanságának nak számszer mszerősítése: eloszlás- és sőrőségfüggvények - a hihetıség igazolása bme_4.ppt 3

4 A valósz színőségi elemzések terjedelme, szintjei -1 Berendezés: önálló feladatot ellátó rendszerelem Rendszer: adott funkció ellátásához szüks kséges rendszerelemek összessége Blokk: az energiatermelés céljából együttm ttmőködı rendszerek összessége Rendszer: hardver + mőködtetı személyek hardver = gépészeti + irány nyítástechnikai + villamos + építészeti elemek bme_4.ppt 4

5 A valósz színőségi elemzések terjedelme, szintjei -2 Szintek - a végesemény megválaszt lasztásasa 1. szint: zónakárosodás 2. szint: nagy radioaktív kibocsátás 3. szint: egyéni/t ni/társadalmi károk Kezdeti események nyek: : mint a determinisztikus elemzésekn seknél Üzemállapotok (névl. teljesítm tmény, leáll llás/ s/átrakás/indulás) bme_4.ppt 5

6 Eseményf nyfák: Eseményf nyfák és s hibafák - 1 a kezdeti események következményeit írják le logikailag rendezett grafikus formában ban,, a rendszerek beavatkozásának sikere/ eredménytelens nytelensége szerinti elágaz gazásokkal - eseményl nyláncokncok összessége bme_4.ppt 6

7 Hibafák: Eseményf nyfák és s hibafák - 2 az adott rendszer funkciókövetelm vetelményéneknek teljesülését veszélyeztet lyeztetı elemi hibaesemények logikai kapcsolatát írják le (Boole( Boole-algebrai szimbólumok segíts tségével) grafikus formában bme_4.ppt 7

8 Eseményf nyfák és s hibafák - 3 Az 1. szintő eseményf nyfáknál (eseménylánconként nt) alkalmazott sikerkritérium rium: nem történt zónakárosodás (Y/N) A 2. szintő eseményf nyfáknál (eseménylánconként nt) alkalmazott sikerkritérium rium: nem történt nagy radioaktív kibocsátás (Y/N1,N2, ) (a kibocsátásokat sokat kategorizáljuk ljuk,, Ni - I-ik fajta kibocsátás történt) A hibafákn knál alkalmazott sikerkritérium rium: mőködési feltétel tel + mőködési idıtartam megfelelı-e az eseményfa sikerkritérium rium teljesüléséhez szüks kséges és elégs gségesges feltétel tel rendszer/funkció szinten teljesül-e bme_4.ppt 8

9 Eseményf nyfák és s hibafák - 4 Ha minden eseményl nyláncrancra ismerjük a kezdeti esemény gyakoriságát és a beavatkozások sikerességének valósz színőségeit, akkor könnyen megkapjuk a végesemény gyakoriságát is: f vég = f kezdeti * p 1 * p 2 * p n ahol n a beavatkozó rendszerek száma és p i annak valósz színősége, hogy az i-ikik rendszer beavatkozása az adott eseményl nyláncnakncnak megfelelıen en sikeres, avagy sikertelen. Azt elemi megfontolások sok, vagy az eseményl nyláncnc determinisztikus elemzése alapján kell eldönteni, hogy az eseményl nyláncnc végeseménye sikeres, vagy sikertelen. Ha a sikertelen eseményl nyláncokncok gyakoriságait gait minden eseményf nyfára összegezzük, akkor megkapjuk a sikertelenség gyakoriságát. bme_4.ppt 9

10 Az elemzések adatbázisa - 1 A kezdeti események gyakorisága ga tapasztalati adatok f [1/[ 1/év] Hardver meghibásod sodásoksok tapasztalati adatok meghibásod sodási si ráta r λ [1/óra] funkcióelmarad elmaradások mőködtetm dtetések számára vetített tett értéke λ d [1/mőködtet dtetés] mőködtetési, javítási, karbantartási és s tesztelési si adatok T mis [óra], T rep [óra], T per [óra], T test [óra] Általános, típust pus-specifikus specifikus és s erımő-specifikus adatok kombinálása szüks kséges bme_4.ppt 10

11 Emberi hibák Az elemzések adatbázisa - 2 ezeket különösen nehéz értékelni,, de igen fontosak szimulátoros tesztek (de: más stresszhelyzetben) kitérı: miért fontos a tréningszimul ningszimulátor operátorok oktatása sa, rendszeres képzése gyakoribb és ritkább események kezelésére operátor tor-csoportok vizsgáztat ztatása a vezényl nylı ergonómiai felülvizsg lvizsgálatalata kezelési utasítások sok ellenırz rzése erımővi módosításoksok tesztelése se (hardware in the loop) PSA-adatok győjt jtése bme_4.ppt 11

12 Az elemzések adatbázisa - 3 A vezényl nylı a szimulátorban bme_4.ppt 12

13 Az elemzések adatbázisa 4 Az operátor képernyk pernyıi i a szimulátorban bme_4.ppt 13

14 Az elemzések eredményei - 1 Az 1. szintő PSA egyik fontos eredménye a zónasérülésisi gyakoriság (CDF) pontért rtéke. Ennek jelentıségét sokszor túlbecsülik: nem annyira az állapotot,, mint inkább a fejlıdést jellemzi. A jövıben épülı atomerımővekre (Gen-3, Gen-4) megkövetelik vetelik, hogy CDF kisebb legyen,, mint 10-5 /év. Ha a világon mőködım blokkok száma lenne, akkor annak valósz színősége, hogy valahol zónasz nasérülés s lenne: 0,01 (vagyis minden száz évben egyszer várható). Az üzemelı atomerımővi blokkokra a követelmény általában 10-4 /év, de a mai tényleges t helyzet ennél l jobb. bme_4.ppt 14

15 Az elemzések eredményei - 2 A valósz színőségi elemzések a Rasmussen-jelent jelentéssel és a német kockázati tanulmánnyal nnyal kezdıdtek dtek a hetvenes években.. A paksi atomerımő elsı valósz színőségi elemzése a kilencvenes évek elején készült (az AGNES projekt keretében ben). A valósz színőségi elemzések elısz ször mindenütt magas zónkárosodásisi gyakoriságot got adtak,, de kimutatták azokat a gyenge pontokat, amelyek kiküsz szöbölésével azután a zónasérülésisi gyakoriságot got jelentısen lecsökkentett kkentették. Pakson például egyedül a kiegész szítı üzemzavari tápvízrendszer vezetékeinek áthelyezésével a zónasérülésisi gyakoriság 10-4 /év alá csökkent még a kilencvenes években (névleges teljesítm tményrıl induló folyamatokra). A biztonságn gnövelési program következtében a zónasérülésisi gaykoriság ma elfogadható mértékő. bme_4.ppt 15

16 Az elemzések eredményei - 3 Hogyan lehet kitalálni lni, hogy hogyan lehet a zónasérüési gyakoriságot got a leghatékonyabban csökkenteni kkenteni? Érzékenységi vizsgálatokat kell végezni: mekkora a pontért rtékhez való hozzájárul rulás mértéke: - az egyes kezdeti eseményekre - az egyes rendszerekre - tulajdonképpen a minimális hibaesemény kombináci ciókra. bme_4.ppt 16

17 Az elemzések eredményei - 4 Kezdeti események hozzájárulása a zónasérülési gyakorisághoz Nagy és közepes LOCA 1.4% 6.9% 18.8% 12.8% 60.0% Kis és interface LOCA Gız- és tápvízáram csökkenése Villamos és irányítástechnikai meghibásodások Egyéb tranziensek bme_4.ppt 17

18 A leáll llított állapot speciális kezelése - 1 A kilencvenes évek elején felismerték, hogy zónasérülés a leáll llított állapotokban is gyakran bekövetkezhet vetkezhet. Leáll llított állapotok: leáll llítás, lehőtés - n állapot reaktorfedél le, a zóna átrakása, reaktorfedél fel - n állapot felmelegítés, kritikusság, felterhelés - n állapot Ez az összesen 24 állapot egyenként nt ugyanolyan elemzést kíván,, mint a névleges teljesítm tményő állapot. Az állapot éves hossza csökkenti az éves gyakoriságot got, mégis az elsı elemzések (1997 körül) szerint a leáll llított állapotok járulj ruléka a zónasérülési si gyakorisághoz ghoz meghaladta a névleges n teljesítm tményő állapot jaárul rulékát.. Mára M ez biztonságn gnövelı intézked zkedések következtében erısen lecsökkent. bme_4.ppt 18

19 A leáll llított állapot speciális kezelése Névleges teljesítm tményő üzem 1 Alacsony teljesítm tményő üzem egy turbinával 2 A reaktor szubkritikus állapotba hozatala felbóroz rozással 3-5 Lehőtés 6-7 Természetes cirkuláci ció 8 A reaktorr felnyitása 9-13 Nyitott reaktor, átrakás 14 A reaktor lezárása A primerkör r nyomásra hozása, integrális tömörst rségvizsgálat Felfőtés 23 A reaktor kritikus állapotba hozatala 24 A teljesítm tmény növeln velése bme_4.ppt 19

20 A leáll llított állapot speciális kezelése - 3 Az alábbi diagram a mai helyzetet mutatja: Nem névleges teljesítményő állapotok 16.9% zárt hermetikus tér 35.7% 6.8% 40.6% nyitott reaktor, átrakási szint nyitott reaktor, RFS szint nyitott hermetikus tér, zárt reaktor bme_4.ppt 20

21 A belsı és s külsk lsı hazárdok speciális kezelése - 1 Belsı hazárdok tőz belsı eláraszt rasztás nagyenergiájú csıtörés turbinarepeszek nehéz tárgy leesése se Tőz és belsı eláraszt rasztás a fontos, ezeket a paksi PSA kezeli (névleges teljesítm tményő és leáll llított állapotokra egyaránt nt). Minden folyamathoz tartozik determinisztikus elemzés. A belsı hazárdok általában többszörös kezdeti eseményk nykéntnt jelennek meg, mert egyszerre több rendszer meghibásod sodását is okozhatják (pl. kábeltőz). bme_4.ppt 21

22 A belsı és s külsk lsı hazárdok speciális kezelése - 2 A mai PSA eredményeket az alábbi diagram szemlélteti lteti: Technológiai események és belsı hazárdok hozzájárulása a zónasérülési gyakorisághoz 25% 36% Névleges üzem, technológiai események Névleges üzem, tőz 19% 20% Névleges üzem, elárasztás Leállás, technológiai események bme_4.ppt 22

23 A belsı és s külsk lsı hazárdok speciális kezelése - 3 Külsı hazárdok természeti veszélyek földrengés áradás szélv lvész ember okozta veszélyek repülıgép rázuhanás robbanás, mérgezés száll llítási útvonalon szabotázs zs Minden veszélyt figyelembe kell venni. Pakson egyedül a földrengésnek van akkora esélye lye, hogy a valósz színőségi elemzésekben figyelembe kell venni. bme_4.ppt 23

24 A zónasz nasérülési si gyakoriság és az erımősérülési si állapotok - 1 Az eddigiekben gyakorlatilag csak az 1. szintő PSA-val foglalkoztunk. A 2. szint célja a nagy radioaktív kibocsátás gyakoriságának meghatároz rozása. Mekkora a nagy?? Errıl l a következı elıad adásban lesz szó. 1. szint eseményl nyláncaincai közül csak azok érdekesek, amelyek zónasérülésresre vezettek.. De: nem mindegy, hogy a zóna sérülésekorsekor az egyéb körülmények milyenek - a reaktortartály nyomása - az üzemzavari hőtırendszer állapota - a konténment nment izolálása - a konténment nment rendszerek mőködıképessége bme_4.ppt 24

25 A zónasz nasérülési si gyakoriság és az erımősérülési si állapotok - 2 Az 1. szintá PSA rengeteg eseményl nylánca nca vezet zónasz nasérülésre. sre. A helyzet rendezésére bevezetjük k az erımősérülési si állapot fogalmát. Minden olyan állapotot, amelyet a fenti négy jellemzı egy-egy minısége jellemez, erımősérülési si állapotnak (PDS) nevezünk nk.. A paksi kategorizálás szerint 180 PDS különböztethetı meg. Bizonyos PDS-ek gyakorisága ga eleve zérus.. A többi gyakoriságát a kiegész szített 1. szintő PSA alapján lehet meghatározni rozni, ahol a kiegész szítés azt jelenti, hogy az 1. szintő PSA eseményl nyláncainál nem csak a zónasérülés bekövetkez vetkezését, hanem a fenti paraméterek minıségét is értékelni kell. Ennek alapján meghatározhat rozható, hogy az egyes eseményl nyláncokncok milyen eséllyel jutnak le az egyes PDS-ekhez ekhez. Felösszegz sszegzésselssel létrejön az erımásérülési si állapotok gyakoriságait gait tartalmazó mátrix. bme_4.ppt 25

26 A zónasz nasérülési si gyakoriság és az erımősérülési si állapotok - 3 Minden nem-zérus gyakoriságú erımősérülési si állapothoz tartozik egy eseményfa nyfa. Az eseményf nyfák felépítése valamelyest külöbözik az 1. szintő PSA eseményf nyfáitól, mert itt az idıbelis beliséget is figyelni kell, ugyanis nem mindegy, hogy melyik fázisban történik a radioaktív anyagok kibocsátása sa. Az eseményl nyláncoknakncoknak megfelelı folyamatokról súlyos baleseti elemzések vagy megfontolások alapján el lehet dönteni, hogy milyen konténment nment-végállapothoz, milyen kibocsátási si kategóri riához vezetnek. Az elemzésekben modellezni kell - a zónaolvadás elırehalad rehaladását - a reaktortartály tönkremenetelét - a keletkezı hidrogén égését - a konténment nment teherbírását. bme_4.ppt 26

27 A zónasz nasérülési si gyakoriság és az erımősérülési si állapotok - 4 Az egyes folyamatokhoz tartozó idık k nagyon lényegesek. l (minden idıadat percben) Folyamat LBLOCA SBLOCA LOEP Zóna kiszárad radás s kezdete Hasadási si gázok g kibocsátása sa A tartólemez sérüléses se A tartály sérüléses se A VVER reaktorokban viszonylag sok idı áll rendelkezésre a helyreáll llítás s elvégz gzéséhez. bme_4.ppt 27

28 A zónasz nasérülési si gyakoriság és az erımősérülési si állapotok - 5 A TMI reaktor képe k az olvadás s után bme_4.ppt 28

29 A zónasz nasérülési si gyakoriság és az erımősérülési si állapotok - 6 A reaktortartály sérüléses se bme_4.ppt 29

30 A zónasz nasérülési si gyakoriság és az erımősérülési si állapotok - 7 A hidrogén égése/robbanásasa csak bizonyos feltételek telek teljesülésekor sekor jön létre.. A robbanás s lehetıségét t ki kell zárni. z Hidrogénégés diagramja bme_4.ppt 30

31 A zónasz nasérülési si gyakoriság és az erımősérülési si állapotok - 8 A konténment nment teherbíróképess pességét a fragilitási görbe jellemzi Mean Fragility 95% Confidence Fragility 0.60 Probability Pressure [MPa] bme_4.ppt 31

32 A kibocsátási si kategóri riák - 1 A kibocsátási si kategóri riákat a forrástag és a kibocsátási si útvonal jellemzi. Forrástag stag: a zónaleltár hány %-a kerül a környezetbe (izotópcsoportokat kell megkülönb nböztetni) Kibocsátási si útvonal: - konténment nment szivárg rgás, sérülés vagy bypass - kibocsátási si magasság (talajszint, kémény) A kibocsátási si kategóri riák kötik össze a 2. és 3. szintő valósz színőségi elemzéseket seket. bme_4.ppt 32

33 A kibocsátási si kategóri riák - 2 Kibocsátási útvonalak megoszlása 77.3% 2.2% 20.5% Zsilipajtó szigetelés Szerelıfödémek szigetelése Egyéb Valamennyi útvonal a reaktorcsarnokba vezet, a szellızés s vagy mőködik, vagy nem. A kibocsátás s 2%-át t közvetlenk zvetlenül l kiengedjük k a számításokban. sokban. bme_4.ppt 33

34 A nagy radioaktív v kibocsátások sok gyakoriságai gai - 1 Az egyes kibocsátási si kategóri riák gyakoriságait gait a különbözı erımősérülési si állapotokból induló eseményf nyfák eseményl nyláncainakncainak elemzésébıl lehet kideríteni teni.. Meg kell állapítani, hogy az egyes eseményl nyláncokncok milyen eséllyel végzıdnek az egyes kibocsátási si kategóri riákba esı kibocsátásokkal sokkal és a gyakoriságokat gokat a kibocsátási si kategóri riákra összegezni kell. Általában azt követelik meg, hogy egy valamekkora kibocsátásn snál nagyobb kibocsátások sok kumulatív gyakorisága ga ne haladja meg a zónasérülésisi gyakoriság egytizedét,, de igazi számszer mszerő követelmények csak Finnországban és Nagy-Britanni Britanniában vannak. A kibocsátási si kategóri riák egy részében a kibocsátás a határért rték alatt, másik részében a határért rték felett van. bme_4.ppt 34

35 A nagy radioaktív v kibocsátások sok gyakoriságai gai - 2 A balesetkezelés feladata a baleseti kibocsátások sok csökkent kkentése annak révén, hogy az egyes folyamatok nagyobb valósz színőséggel kisebb kibocsátással ssal járjanak, azaz az eseményl nyláncokncok kisebb kibocsátású végállapotokban végzıdjenek. Tipikus eredmények Paksra: zónasérülési si gyakoriság: g: 2, /év nagy kibocsátás s gyakorisága: ga: 5, /év nagy kibocsátás s gyakorisága ga a balesetkezelés s után: 2, /év A balesetkezelés s megvalósítása sa re várhatv rható. bme_4.ppt 35

36 Összefoglalás Beszélt ltünk a valósz színőségi elemzések céljairc ljairól, l, a valósz színőségi elemzések terjedelmérıl és s szintjeirıl Az eseményf nyfák és s hibafák k adják k a logikai keretet Az elemzések adatbázisa igen kiterjedt Az elemzések eredményei zónasérülési si gyakoriság A leáll llított állapot speciális kezelése szüks kséges A belsı és s külsk lsı hazárdok speciális kezelése szüks kséges Az erımősérülési si állapotok jelentik a PSA-2 2 elemzések kezdeti eseményeit Kibocsátási si kategóri riákat definiáltunk. Pakson a nagy radioaktív kibocsátások sok gyakoriságai gai kielégítıek ek lesznek a következménycsökkentı balesetkezelés s bevezetésével. vel. bme_4.ppt 36