Системы безопасности АЭС: чем активные отличаются от пассивных
Одни системы безопасности работают от насосов, электропитания и команд автоматики, другие — от силы тяжести и разницы температур. Разбираем, как устроены обе группы, в чём сильные и слабые стороны каждой, почему современные проекты используют их вместе и что из этого следует для подрядчиков.
После Фукусимы вопрос о безопасности АЭС перестал быть вопросом о прочности конструкций. Там всё было спроектировано правильно, а станция встала из-за того, что кончилось электричество. Отсюда простое инженерное соображение: система, которой для работы нужен насос, хороша ровно настолько, насколько надёжно питание этого насоса. Система, которой нужна только сила тяжести, не зависит ни от чего. Из этого противопоставления и выросло деление систем безопасности на активные и пассивные.
Что относят к активным
Активная система требует для срабатывания внешнего воздействия: электропитания, сжатого воздуха, управляющего сигнала, действия оператора. Типичный набор — насосы аварийного охлаждения зоны, спринклерные насосы, приводная арматура, вентиляционные системы, дизель-генераторы и аккумуляторные батареи, автоматика, которая всё это запускает.
Надёжность активных систем обеспечивают не запасом прочности одного устройства, а архитектурой:
- Резервирование. Несколько независимых каналов, каждый из которых способен выполнить функцию в одиночку.
- Разделение. Каналы разнесены физически, чтобы пожар, затопление или падение конструкции не вывели их одновременно.
- Разнообразие. Разные принципы действия и разные производители, чтобы одна конструктивная ошибка не повторилась во всех каналах.
- Принцип единичного отказа. Система обязана выполнить функцию при отказе любого одного элемента плюс при выводе другого в ремонт.
- Безопасный отказ. Потеря питания переводит элемент в безопасное положение: органы регулирования падают в зону сами.
Что относят к пассивным
Пассивная система работает на силах, которые существуют без участия человека и энергоснабжения: тяжести, разности плотностей, накопленного давления, разности температур. Ей не нужен запуск в привычном смысле — она включается самим ходом аварийного процесса.
- Гидроёмкости системы аварийного охлаждения. Баки с раствором борной кислоты под давлением газа. Когда давление в контуре падает ниже давления в баке, вода идёт в реактор сама — команда не требуется.
- Пассивный отвод тепла от парогенераторов. Контур с естественной циркуляцией и теплообменниками в баках, размещённых выше: горячий теплоноситель поднимается, охлаждённый опускается, круг замыкается без насоса.
- Пассивный отвод тепла от защитной оболочки. Теплообменники внутри оболочки и запас воды над ней: пар конденсируется, давление под куполом не растёт.
- Ловушка расплава. Устройство под корпусом реактора, куда при тяжёлой аварии стекает расплав активной зоны. Там он распределяется по наполнителю, удерживается и охлаждается, не проплавляя фундамент.
- Рекомбинаторы водорода. Каталитические устройства без движущихся частей и без питания, связывающие водород до того, как он станет взрывоопасным.
- Двойная защитная оболочка. Внутренняя герметичная и внешняя, рассчитанная на внешние воздействия, с разрежением в пространстве между ними.
Сравнение по существу
| Критерий | Активные системы | Пассивные системы |
|---|---|---|
| Что нужно для работы | Питание, сигнал, иногда действие оператора | Физические силы и начальные условия аварии |
| Уязвимость | Полная потеря электроснабжения | Ошибки в геометрии, закрытая арматура, исчерпание запаса воды |
| Управляемость | Можно запустить, остановить, отрегулировать | Сработала — идёт до конца по своей логике |
| Мощность воздействия | Высокая, задаётся напором насосов | Ограничена естественным напором |
| Время работы | Пока есть питание и подпитка | Ограничено запасом среды, обычно часы и десятки часов |
| Проверка работоспособности | Регулярные опробования по графику | Проверка положения арматуры, уровней, плотности; полное испытание затруднено |
Почему в проекте нужны обе
Пассивная система — не универсальный ответ. Её движущая сила невелика, а запас среды конечен. Она даёт станции время, обычно исчисляемое часами и десятками часов, без единого действия персонала. Но перевести блок в устойчивое холодное состояние и удерживать его неделями всё равно нужно активными средствами. Логика современного проекта поэтому такая: пассивные системы обеспечивают первый и самый уязвимый интервал, когда питания может не быть, а активные принимают эстафету, когда энергоснабжение восстановлено.
Обратное тоже верно: активная система управляема, её можно испытать, продиагностировать и отремонтировать, а пассивную только осмотреть. Взаимное дополнение здесь не компромисс, а разнообразие принципов действия — то самое, которое требуется нормами.
Пассивная система выигрывает время, активная доводит дело до конца. Проект, который полагается только на одну из них, экономит не на деньгах, а на сценариях.
Классификация и подтверждение соответствия
В документах элементы АЭС разносят по классам безопасности в зависимости от последствий их отказа. От класса зависит всё остальное: объём расчётного обоснования, требования к материалам и сварке, объём неразрушающего контроля, порядок оценки соответствия перед поставкой на площадку. Требования собраны в федеральных нормах и правилах в библиотеке ЯРБ, порядок подтверждения соответствия оборудования — в НП-071-18. Международные подходы к классификации и к сочетанию активных и пассивных средств обобщает МАГАТЭ.
Что это значит для организаций на площадке
Для подрядчика различие между активным и пассивным оборудованием оборачивается разным объёмом обязанностей. Насос или арматура системы безопасности требуют документов о соответствии, прослеживаемости материалов, аттестованных сварщиков и технологий, программы обеспечения качества, охватывающей входной контроль и работу с несоответствиями. Пассивные устройства не проще: к ним предъявляются требования по материалам, ресурсу и подтверждению работоспособности расчётом и испытаниями, а их обслуживание сводится к контролю состояния, который должен быть документирован. Работа с такими элементами без лицензии Ростехнадзора на соответствующий вид деятельности недопустима.
Атом-Плюс готовит организации к работе с оборудованием и системами, важными для безопасности: разрабатывает программы обеспечения качества, собирает комплекты документов на лицензию Ростехнадзора, помогает выстроить входной контроль и оформить разрешения работникам. Если ваша компания поставляет или обслуживает такое оборудование, оставьте заявку в форме ниже.
Фото: Andrew B. Cecala, Andrew D. O’Brien, Joseph Schall et al., Wikimedia Commons, Public domain
