 |
|
Анализ устойчивости ПООЭ к авариям
Анализ устойчивости ПООЭ чаще всего основан на использовании вероятностных методов, что связано с рядом обстоятельств.
Детерминистские методы, позволяя выделить критические пути развития аварий, приводят к необходимости их сопоставления при различном количестве отказов элементов, устройств, ошибок персонала и тем самым к необходимости количественного сравнения при отсутствии единой меры осуществимости аварий.
Использование детерминистского анализа позволяет рассматривать только полностью зависимые системы, когда отказ одной системы неизбежно приводит к отказу другой. В то же время практика аварий свидетельствует о том, что зависимые отказы также являются случайными событиями. Например, случаи отказа нескольких однотипных систем по общей причине могут иметь или не иметь место. Две однотипные системы, имеющие одинаковое назначение, могут существенно отличаться по частоте отказов вследствие особенностей эксплуатации, конструкции или технологии изготовления.
Вероятностный анализ устойчивости представляет собой системный анализ причин возникновения, всевозможных путей развития и последствий аварий с использованием различных методов исследований устройств, конструкций и систем ПООЭ, дополненный исследованием надёжности противоаварийных систем и вероятностной оценкой развития событий.
В процессе проведения анализа обычно выделяют три этапа. На первом этапе оценивается интенсивность исходных событий, вызывающих аварию, а также надёжность ПАС. Интенсивности исходных событий определяются на основе статистических данных по этим событиям, надёжность ПАС- вышеизложенными методами.
На втором этапе анализируются аварийные процессы, которые могут привести к аварии ПООЭ, выявляются их причины и частоты возникновения.
На третьем этапе рассматриваются физические и химические процессы, протекающие при аварии, оценивается её вероятность, экономические, экологические и социальные последствия.
Для решения рассматриваемой задачи необходим метод выделения и последовательного перебора возможных путей развития аварии. В качестве такого метода используется метод дерева событий. Анализу подвергаются деревья событий второго и третьего этапов.
За начальную точку дерева принимается исходное событие, ведущее к аварии. Для построения дерева событий определяются элементы, системы, устройства, влияющие на развитие аварии. Элементы, системы, устройства располагаются в порядке по времени воздействия на протекание аварийного режима. При этом в первую очередь рассматриваются те из них, состояние которых оказывает влияние на наибольшее число других элементов, систем и устройств. Затем в зависимости от состояния систем, влияющих на развитие аварийной ситуации, осуществляется логический перебор различных путей развития аварии, представляющих собой ветви дерева событий, и её последствий. Вид получаемого дерева событий показан на рис.2.24.
Из рисунка 2.24 видно, что в общем случае может быть "2n" путей развития аварии, если на её протекание влияет "n" независимых систем, каждая из которых может находиться в одном из двух состояний: работоспособном и неработоспособном.
Однако системы не всегда независимы. Между ними могут быть связи, влияющие на функционирование. Кроме функциональных связей могут быть общие элементы, отказ которых приведёт к отказу этих систем.
Если учесть существующие функциональные и схемные связи, то отдельные пути развития аварии могут быть опущены, и, соответственно, упрощено дерево событий. Так, если системы В, С и D функционально зависимы или имеют общие элементы, в результате чего при отказе системы В происходит отказ систем С и D, дерево событий может быть представлено в виде, показанном на рис. 2.24б.
Необходимо также иметь в виду, что вероятность отказа одной и той же системы может быть различной при разных путях развития аварии в связи с возможным влиянием на работоспособность её элементов и системы в целом особенностей протекания аварии.
В общем случае система может находиться не только в работоспособном или неработоспособном состоянии, но и в состоянии частичной работоспособности. В зависимости от числа работоспособных каналов может потребоваться выделение у некоторых из рассматриваемых систем трёх и более состояний. Эти обстоятельства учитываются при более детальном анализе. При этом рассматриваемые состояния системы должны образовывать полную группу событий, т.е. должны быть несовместимыми и иметь суммарную вероятность состояний, равную единице.
При построении дерева событий необходимо учитывать возможные отказы по общей причине и ошибки производственного персонала. Если они приводят к отказам или к неэффективной работе систем, системам приписывается вероятность исходного нарушения по этим причинам и на идущей от него критической цепочке сосредотачивается дальнейший анализ.
Многие пути развития аварий идентичны по последствиям, что позволяет значительно упростить анализ. Исходными данными для построения и анализа деревьев событий являются результаты физического и химического анализа аварийных процессов, а также анализа надёжности ПАС. С другой стороны моделирование путей развития аварии позволяет определить условия работы ПАС, для которых должна быть рассчитана их надёжность.
Анализ устойчивости ПООЭ к авариям по методу дерева событий является итерационным, т.к. предполагает выделение определяющих по последствиям аварийных цепочек и тщательный их повторный анализ с уточнением характера и условий протекания аварийных процессов.
Необходимо иметь в виду, что метод не гарантирует охват всех путей развития аварии. Многое зависит от квалификации и опыта исследователя. Правдоподобность результатов подтверждается анализом полноты и чувствительности полученных количественных оценок.
В качестве примера рассмотрим анализ противоаварийной устойчивости наиболее характерного ПООЭ, каковым является ядерная энергетическая установка. В качестве исходного события примем потерю внешнего электропитания, т.е. событие, моделируемое перед катастрофой на ЧАЭС.
При нормальной работе реактора его охлаждение обеспечивается конденсатно-питательной системой. При отказе этой системы по каким- либо причинам реактор остаётся без охлаждения. Для предотвращения плавления его активной зоны ядерная энергетическая установка имеет систему аварийной защиты, обеспечивающую быстрое снижение мощности, и систему аварийного отвода тепла, обеспечивающую отвод остаточных тепловыделений.
При потере внешнего электропитания конденсатно-питательная система перестаёт функционировать, реактор останавливается с помощью системы аварийной защиты и переводится в режим расхолаживания, которое осуществляется с использованием системы аварийного отвода тепла. Поэтому авария ядерной энергетической установки, сопровождающаяся плавлением активной зоны реактора, зависит от срабатывания или несрабатывания указанных систем. Дерево событий, отражающее возможные пути аварии в этом случае, будет иметь вид, показанный на рис. 2.25.
 |
Там же указаны последствия: П- авария (плавление активной зоны), НП- отсутствие аварии (нет плавления активной зоны) и вероятностные характеристики событий: интенсивность исходного события l, вероятность отказа соответствующих систем Р и интенсивность аварии lа.
Ветвь 1 соответствует проектному протеканию процесса. Ветвь 2 – срабатыванию системы аварийной защиты и отказу системы аварийного отвода тепла с последующим плавлением активной зоны. Ветвь 3 - несрабатыванию аварийной защиты и срабатыванию системы аварийного отвода тепла, в результате чего может иметь место необходимое охлаждение активной зоны и предотвращение её плавления. Ветвь 4 – несрабатыванию обоих аварийных систем с неизбежным плавлением активной зоны.
Если принять время эксплуатации ядерной энергетической установки t равной 25 годам, то вероятности аварий, развивающихся по путям 2 и 4, с учётом зависимости (2.7) будут соответственно равны:
Ра2 = lа×t = 4×10-6×25 @ 10-4 и Ра4(t) @ 10-8, вероятности безаварийной работы: Rа2(t) = 1 – Ра2(t) = 0,9999 и Rа4(t) @ 1, суммарная вероятность аварии Ра(t) = Ра2(t) + Ра4(t) = 10-4 + 10-8 @ 10-4 и соответственно безаварийной работы Rа(t) @ 0,9999.
Судить о наличии или отсутствии противоаварийной устойчивости ПООЭ можно при наличии соответствующего критерия. В качестве такого
критерия целесообразно выбрать приемлемую вероятность аварии ПООЭ [Ра ПООЭ]. В этом случае противоаварийная устойчивость обеспечивается, если выполняется условие:
Ра ПООЭ £ [Ра ПООЭ],
где Ра ПООЭ – найденная вероятность аварии ПООЭ.
Например, приемлемая вероятность аварии ядерной энергетической установки за год эксплуатации определяется значением [Ра ЯЭУ] = 10-5 и, следовательно, её противоаварийная устойчивость обеспечена, если Ра ЯЭУ £ 10-5.