Статья посвящена обеспечению безопасности плавучих атомных теплоэлектростанций при запроектных авариях в условиях Арктики. Проведен анализ основных источников опасностей и составлен сценарий запроектной аварии на атомной станции, определены последствия воздействия поражающих факторов пожара и взрыва. Произведен расчет эквивалентных доз от ингаляции радиоактивных изотопов, а также от облучения на открытой местности. Предложены технические и организационные мероприятия по предотвращению техногенных аварий и чрезвычайных ситуаций техногенного характера.
Аварии на объектах атомной энергетики всегда являлись, и будут являться одними из наиболее опасных источников чрезвычайных ситуаций, потому, что обладают не только краткосрочными, но и долгосрочными последствиями. Важность обеспечения безопасности плавучих атомных теплоэлектростанций обуславливается несколькими основными причинами: комбинированностью воздействия ПФ техногенной аварии на объект; сложностью исследуемого технического объекта — ПАТЭС, на ограниченном пространстве которого в силу конструктивных особенностей сосредоточены большое количество опасных веществ и энергии; высокой степенью уязвимости объекта к воздействию поражающих факторов (ПФ) в арктической зоне РФ, недостаточной возможностью защиты расстоянием в связи с сосредоточенностью в ограниченном пространстве нескольких источников техногенной аварии и конструктивными особенностями объекта, нерешенностью вопросов, связанные с полным перечнем характеристик ПФ техногенной аварии при техногенной аварии (ТА), особенно при их комбинированном действии, недостаточной разработанностью общетеоретических основ механической и радиационной (МР) защищенности потенциально опасных объектов (ПОО) при ТА, невозможностью оценки эффективности вложения финансовых средств в мероприятия по защите населения и территорий от угроз природного и техногенного характера и недостаточной разработанностью показателей эффективности мероприятий по повышению защищенности объектов от ПФ техногенной аварии..
Объектом исследования является плавучая атомная теплоэлектростанция проекта 20870, относящаяся к атомным станциям малой мощности. Составляющими частями данной станции являются: плавучий энергоблок с двумя реакторными установками (КЛТ-40С) и две турбинные установки ТК-35/80-3,4с, а также гидротехнические сооружения для установки и раскрепления оборудования и береговые сооружения.
В 2019 году силами различных крупных организаций, корпораций и холдингов введена в эксплуатацию ПАТЭС «Академик Ломоносов», на основе энергоблока с двумя реакторными установками КЛТ-40С. Данная станция размещена в городе Певек Чукотского автономного округа, который относится к АЗРФ.
Основной целью является повышение уровня безопасности ПАТЭС, окружающей среды, а также населения г. Певек и персонала ПАТЭС от чрезвычайных ситуаций техногенного характера в условиях техногенной аварии за счет разработки превентивных мероприятий.
Описание и основные характеристики объекта исследования
ПАТЭС «Академик Ломоносов» или проект 20870 относится к атомным станциям малой мощности. В состав ПАТЭС входят (рис. 1):
Рис. 1. Схема ПАТЭС «Академик Ломоносов»
• плавучий энергоблок с двумя реакторными установками (РУ) КЛТ-40С и двумя паротурбинными установками (ПТУ) ТК-35/38-3.4с;
• гидротехнические сооружения, для установки и закрепления ПЭБ, а также передачи вырабатывающейся электроэнергии и теплоэнергии на берег;
• береговые сооружения, используемые в целях передачи выработанной электрической и тепловой энергии во внешние сети для распределения потребителям.
В корпусе ПЭБ размещаются реакторные и паротурбинные установки. Здесь же размещены хранилища свежих тепловыделяющих сборок (СТВС), отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), твердых радиоактивных отходов (ТРО) и жидких радиоактивных отходов (ЖРО), электроэнергетическая система (ЭЭС), автоматическая система управления (АСУ) «Лагуна», общесудовые системы и оборудование, а также жилые и служебные помещения [1]. Проект плавучего энергоблока разрабатывал ОАО «ЦКБ «Айсберг». Проектированием и изготовлением оборудования хранилищ и перегрузки занималось «ОКБМ Африкантов» (Нижний Новгород). Поставкой и проектированием паротурбинной установки руководил ОАО «Калужский турбинный завод», общесудовое оборудование поставлял ОАО «Балтийский завод».
ПАТЭС по своему определению является плавучей, следовательно, одними из основных факторов, оказывающими влияние на ядерную, радиационную и прочие безопасности объекта, является характеристики корпуса ПЭБ.
ПЭБ является гладкопалубным, плоскодонным, несамоходным судном стоечного типа с обводами корпуса, близкими к прямоугольным, и большой многоярусной надстройкой.
Следовательно, в основном режиме эксплуатации — судно долгий период времени стоит у причала. Класс регистра судна КЕ*(2) А2. Символ (КЕ*) означает принадлежность судна к классу несамоходных плавучих сооружений, имеющих суммарную мощность двигателей 100 кВт и более, а также то, что судно было построено в соответствии с правилами другой классификационной организации, и прошло освидетельствование в процессе изготовления и постройки. Цифра (2) в обозначении класса регистра означает что в случае затопления 2х смежных отсеков, судно не потеряет способности оставаться на плаву, не лишится остойчивости и плавучести
Символ (А2) означает возможность контроля и эксплуатации механических установок при участии только одного оператора ЦПУ (т.е. постоянное присутствие другого обслуживающего персонала не нужно).
Проектная модель эксплуатации плавучего энергоблока подразумевает периоды эксплуатации в 10-12 лет между ремонтами, в течении которых будут производиться 3 перезарядки реакторов. При этом в периоде эксплуатации должно быть произведено две перезарядки, а третья совпадет с моментом проведения заводского ремонта. Следовательно, в хранилище ПЭБ до перезарядки находятся 4 активные зоны свежих материалов, а после перезарядки 4 зоны отработавших материалов.
В целях перезарядки реакторов и хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), с последующей его передачей на берег в период ремонта, устанавливается крановое оборудования для перегрузки, находящееся в защитном ограждении. Также на ПЭБ имеются хранилища мокрого типа с системами снятия остаточных тепловыделений от ОТВС. В процессе эксплуатационных работ ПЭБ, перегрузочных работах образуются различные материалы, которые попадают под определение и классификации ТРО.
Подразумевается, что храниться твердые и жидкие радиоактивные отходы должны на протяжении всех 12 лет без привлечения специальных судов атомнотехнологического обслуживания (АТО) и плавучих технологических баз перезарядки (ПТБ)
Поэтому хранилище ОТВС и ТРО должно будет выполнять следующие функции:
• прием, хранение и выдачу ОТВС и ТРО;
• поддержание температуры ОТВС в приемлемых пределах с учетом фактического уровня остаточных тепловыделений;
• локализацию радионуклидов в пределах хранилища ОТВС и ТРО;
• поддержание показателей качества теплоносителя, контактирующего с ОТВС, в пределах, обеспечивающих минимальную скорость коррозии ТВЭЛ;
• контроль технологических параметров;
• снижение уровня излучения от радиоактивных источников, размещенных в хранилище ОТВС и ТРО до установленных пределов в помещении хранилища и в смежных с ним.
В период ремонта и обслуживания, все ядерное топливо, что накопилось в процессе отработки за период эксплуатации, перегружается в специальные контейнеры для транспортировки и отправляется на переработку.
Анализ поражающих факторов и возможного ущерба в процессе эксплуатации ПАТЭС
Анализ опасностей возникновения аварий
Аварии на ПАТЭС, в особенности те, что способны вызвать разрушения корпуса, конструкций, повреждению оборудования, а в последствии и к радиационной аварии, должны быть классифицированы.
В общих чертах, аварии можно подразделить на проектные и запроектные аварии. В данном случае деление не может производиться по принципу единичного отказа. Их разделение на подобные группы основывается на оценке вероятности их реализации. В случаях, когда авария, вызванная внешними воздействиями, на радиационно-опасном объекте реализуется с вероятностью меньше 10-6 событий в год, ее можно отнести к запроектной. Соответственно при большей вероятности авария будет отнесена к проектной.
Без разделения на проектные и запроектные, к основным типам аварий на ПАТЭС относятся:
• аварии в следствие сейсмического воздействия;
• навигационные аварии;
• пожары;
• взрывы (внешние и внутренние источники);
• воздействие летящих тел (при разрушении турбины);
• падение летательного аппарата.
На рисунке 2 представлена классификация возможных аварий с учетом деления на проектные и запроектные.
Отдельной группой можно выделить радиационные аварии, однако они могут являться последствиями любой из вышеперечисленных.
К авариям в следствие сейсмического воздействия можно отнести последствия землетрясений, так как район размещения ПАТЭС (чукотский регион) является сейсмически активным. Очаги землетрясений в данном регионе возникают из-за расположения полуострова на стыке литосферных плит (Тихоокеанская и Северо-американская плиты). Более того, землетрясениям в данном регионе свойственна также и систематичность. По данным карт общего сейсмического обоснования OCP-97 побережье Чукотского автономного округа подвержено землетрясениям с вероятностью не менее 10% за 50 лет (данные учитывали вероятности возникновения землетрясений интенсивностью более 10 баллов по шкале MSK-64)
Рис.2. Классификация возможных типов аварий на ПАТЭС
К навигационным авариям можно отнести:
• Столкновения с другими судами;
• Затопление ПЭБ;
• Посадка на мель;
В случае со столкновениями с другими судами возможны на этапе буксировки ПАТЭС или подходе танкера для передачи топлива (навал швартующегося танкера). Анализ статистических данных по столкновениям судов мирового флота показывает, что вероятность получения станцией в подобном случае водотечной пробоины имеет приблизительное значение в 4*10-5 год-1, а повреждение корпуса в районе реакторного отсека и хранилищ ТРО и ОТВС составляют 1,1•10-7 год-1 и 0,7•107 год1 соответственно (т. е. их можно отнести к запроектным). [2]
Непотопляемость ПЭБ обеспечивается при затоплении любых двух смежных отсеков для всех спецификационных случаев нагрузки [3]. Затопление ПЭБ в принципе возможно при затоплении не менее 3 – 4 отсеков [4]. Следовательно, для затопления ПЭБ должно произойти такое воздействие (например, взрыв на борту), которое приведет к корпусным повреждениям ниже ватерлинии с последующим проникновением воды в соседние отсеки через поврежденные переборки.
Пожары можно отнести к наиболее распространенным видам происшествий на судах. К основным источникам воспламенения в таких случаях можно считать:
• появление открытого огня в результате нарушения правил пожарной безопасности (57-68% случаев);
• искры и дуга, возникающие при коротких замыканиях в электрооборудовании (13-14%);
• нагретые поверхности механизмов, паропроводов, газоходов (12%);
• самовозгорание горючих материалов (5-6%).
Основными источниками взрыва внутри ПАТЭС можно назвать газовые баллоны. Их детонационное воздействие может привести как к выходу из строя оборудования, так и разрушению конструкционных элементов.
К взрыву газовых баллонов может привести как повреждение или коррозия корпуса при неправильной эксплуатации. В таких случаях взрыв произойдет при рабочем давлении баллона.
Но более опасным будет являться взрыв в результате превышения предельного значения давления, к которому может привести пожар. Для баллонов с газами по типу азота, аргона и воздуха (нереагирующими газами) в случае несрабатывания предохранительного клапана будет происходить повышения давления до момента взрыва. В случае же реагирующих газов, таких как кислород и ацетилен, при достижении критического давления произойдет детонация, которая приведет к скачкообразному росту давления с последующим взрывом.
На основе истории эксплуатации паротурбинных установок, а именно случаев отрыва лопаток турбины ТА при превышении скорости вращения, можно сделать вывод, что разрушение оборудования паротурбинной установки (далее ПТУ) имеет место и рассматривается как проектная авария.
Падение летательных аппаратов (вертолетов) рассматривается как запроектная авария ввиду того, на станции отсутствует взлетно-посадочная площадка, а также то что при оценке безопасности ПЭБ используется апробированный подход на основе величины дистанции обзора с заданным уровнем отбора по безопасности, за счет чего обуславливается удаление границ воздушных трасс и маршрутов полетов
Минимальное удаления границ воздушных трасс и маршрутов полетов летательных аппаратов от ПЭБ [4] составляет:
• для дозвуковых самолетов - 18 км;
• для сверхзвуковых - 34 км;
• для вертолетов - 6 км.
Наиболее опасный сценарий развития запроектной аварии
В качестве сценария запроектной аварии на станции выбрана следующая последовательность событий: в результате пожара в центральном пункте управления, огонь распространяется до помещений с ацетиленовыми баллонами, вследствие превышения предельного значения давления из-за пожара происходит взрыв баллонов с последующим распространением пожара в помещения для хранения твердых радиоактивных отходов. Это приводит к разгерметизации контейнеров для хранения и участию радиоактивных материалов в образовании продуктов горения.
Консервативный подход подразумевает, что во время пожара в ЦПУ выходит из строя все оборудование, а также то, что в смежных помещениях при температуре свыше 45оС также выходит из строя оборудование. Более того в консервативном подходе подразумевается возрастание температуры при пожаре до 450 оС через 35 мин. При отсутствии принятых мер по эвакуации баллонов с ацетиленом из подобных помещений, происходит их взрыв.
В соответствии со статистическими данными о пожарах на судах вероятность возникновения пожара в ЦПУ будет составлять приблизительно 8,7 10-5 1/год [5].
Существуют определенные условия, при которых пожар сможет распространиться в смежные помещения, к ним относятся:
• разрушение ограждающих конструкций;
• критический прогрев ограждающих конструкций;
• заброс пламени через открытые проемы.
При возникновении корабельных пожаров в обычных условиях не происходит разрушения стальных конструкций, а в случае прогрева ограждающих конструкций происходит воспламенение горючих материалов (если таковые имеются), которые расположены в непосредственной близости от этого ограждения или на нем самом. Для целей работы заострим внимание на последнем из условий – то есть на забросе пламени.
Основными условиями распространения пожара являются:
• повышение до 160°С температуры на поверхности, ограждающей конструкций в смежном с аварийным помещении;
• повышение до 200°С среднеобъемной температуры в аварийном помещении при наличии открытого проема между аварийным и смежным помещением.
В ситуациях аналогичных нашей принимается факт того, что при достижении пламенем среднеобъемной температуры в 250 °С возможно возникновение заброса пламени через открытые проемы. Существует также условия нераспространения пожара, которое определяет, что если время закрытия проема будет меньше, чем время достижения пожаром ГВС температуры в 250 °С, то пожар не распространится.
Не стоит забывать о том факте, что некоторые помещения ПАТЭС оборудованы специальными подсистемами, входящими в комплекс системы противопожарной сигнализации, которые управляют автоматическим закрытием проемов в случае возникновения пожара. Тогда вышеописанное условие принимает несколько иной вид: в случае если время закрытия проема совпадет со временем, за которое будет достигнута температура срабатывания датчика, то пожар не распространится в смежные помещения. В случае недостижения данных условий произойдет заброс пламени и последующее распространение пожара.
Так как в предлагаемом нами сценарии запроектной аварии происходит пожар в ЦПУ, рассмотрим его параметры.
Основными средствами пожаротушения в помещении ЦПУ являются:
• первичные средства огнетушения (углекислотные огнетушители);
• система углекислотного пожаротушения
В первую очередь в случае возникновения пожара применяются углекислотные огнетушители. Они позволяют производить тушение электрооборудования, которое находится под напряжением. Если локализация подобного пожара данным путем невозможна, то применяется автоматическая система углекислотного пожаротушения, способная заполнить помещение по всему объему углекислым газом. На рисунке 3 можно увидеть результаты моделирования возможных вариантов развития пожара в ЦПУ [5]. Наиболее опасным из этого рисунка можно принять тот сценарий, при котором примерно через 20 минут пожар начнет распространяться в соседние помещения достигнув температуры приблизительно в 500 °С, с последующим нарастанием ее до 1250 °С.
Подобное моделирование динамики развития пожара в различных помещениях (не только ЦПУ) имеет следующие допущения:
• Действия, которые для борьбы с пожаром производит экипаж ПАТЭС не учитываются;
• Закрыты все двери и люки, которые имеют систему дистанционного закрытия и самозакрывания;
• Если в пределах расчетного отсека ПЭБ имеются люки и двери без систем дистанционного управления с самозакрытия, они остаются открытыми;
• В момент начала расчетов автоматически останавливаются вентиляторы в аварийной зоне, а также происходит перекрытие каналов воздухозабора, имеющих автоматический и (или) дистанционный привод;
• Остаются открытыми те захлопки и задвижки, которые не имеют систем автоматического или дистанционного управления.
Рис. 3. Изменение температуры пожара в зависимости от времени в помещении ЦПУ
Так как возникновение пожара в ЦПУ может привести к потере контроля над реакторной установкой (РУ), операторы РУ в подобном случае должны незамедлительно произвести вывод обеих установок из действия путем нажатия специальных кнопок «Сброс АЗ».
Также в случае пожара в ЦПУ может быть поврежден сам пульт управления, что в свою очередь приведет к следующим типам отказов:
• потеря изоляции в жгутах управляющих и сигнальных проводов (проводка замыкается между собой и на «землю». В результате происходит потеря информационных сигналов, и невозможность передачи и формирования команд управления на механизмы – исполнители);
• нарушение электрического контакта проводов с органами управления и показывающими приборами, вследствие нарушения паянных соединений (аналогично предыдущему пункту появляется невозможность передавать команды);
• разрушение ЭВМ и ее клавиатуры (прекращение отображения информации на дисплеях и мониторах, а также потеря функций управления);
• деформация механических элементов органов управления (потеря функций управления, в том числе и функции аварийной остановки реактора «Сброс АЗ»).
Оценка последствий взрыва баллонов с газом на ПАТЭС
Учитывая факт того, что взрывы газовых баллонов не относятся к проектным авариям, но в рамках консервативного подхода они являются возможными (частота реализации подобной аварии не превышает 10-6 раз в год), стоит оценить поражающие факторы и возможные последствия подобного сценария аварии.
Расчеты воздействия поражающих факторов при взрыве баллонов с ацетиленом базируются на методиках [6, 7, 8, 9, 10, 11,12].
Энергия взрыва баллона с ацетиленом рассчитывается по формуле (1):
(1)
где А – энергия взрыва баллона с ацетиленом, кДж;
P – давление, образующееся в баллоне перед разрушением , кПа;
P = 317.1, кПа;
Pо – атмосферное давление, кПа;
Pо = 101,3 кПа;
V – объем баллона, м3;
V = 40л = 0,04 м3;
γ – показатель адиабаты;
γ = 1,24;
Тротиловый эквивалент взрыва газового баллона с ацетиленом определяется по формуле (2)
(2)
Где ТЭ – тротиловый эквивалент, кг;
А – энергия взрыва баллона с ацетиленом, кДж;
Qтнт – теплота взрыва тротила, кДж/кг;
Qтнт = 4,18*103 кДж/кг.
Исходя из формулы (2) получаем:
Избыточное давление во фронте ударной волны определяется по формуле (3):
(3)
где ∆Рф - избыточное давление во фронте ударной волны, кПа;
R – расстояние от эпицентра взрыва, м;
R = 7,5 м;
qу.в. – тротиловый эквивалент во фронте ударной волны, кг.
Определим величину тротилового эквивалента во фронте ударной волны по формуле (4)
(4)
где qу.в. – тротиловый эквивалент во фронте ударной волны, кг.
ТЭ - тротиловый эквивалент взрыва газового баллона с ацетиленом, кг
Согласно формуле (4) получим:
По полученным выше данным рассчитаем избыточное давление во фронте ударной волны по формуле (3):
Ввиду того, что в отсеке находится 14 баллонов с ацетиленом, произведем перерасчет значения тротилового эквивалента и избыточного давления согласно формулам (3 и 4):
Зная значение предельно допустимого давления (∆Рф = 50 кПа) можно построить график зависимости избыточного давления во фронте ударной волны от расстояния, при этом указав на графике предельно допустимое значение (рис. 4).
Из графика видно, что значение предельного давления достигнет на расстоянии R = 8 м. Ввиду того, что в соответствии с планами баллоны стоят на расстоянии 7,7 м. от края борта, а толщина стенки борта составляет всего 22 мм., можно сделать вывод, что ударная волна от взрыва даже одного баллона с ацетиленом может пробить борт атомного судна.
Рис.4. График зависимости избыточного давления ΔP(R), кПа от расстояния R1, м
Оценка областей разрушения при поражении осколками
Помимо ударной волны, одним из поражающих факторов будут являться осколки газовых баллонов. Соответственно, следует оценить скорость разлета данных осколков и толщину эквивалентной непробиваемой стальной преграды.
Определим плотность ацетилена в рабочих условиях по формуле (5)
(5)
где рр – плотность газа в рабочих условиях, кг/м3;
Рр – рабочее давление в баллоне, МПа;
Рр = 18,6 МПа;
R – газовая постоянная, Дж/(кг∙К);
Для ацетилена R = 320 Дж/(кг∙К);
Тр – температура газа в баллоне c ацетиленом при рабочих условиях, К;
Тр = 293 К;
Исходя из формулы (5), получим значение плотности ацетилена в рабочих условиях равное рр = 19,838 кг/м3.
Определим скорость звука в газе в момент разрушения баллона с ацетиленом по формуле (6):
(6)
где а – скорость в газе в момент разрушения баллона, м/с;
y – показатель адиабаты газа;
Для ацетилена y = 1,24;
Р в – внутреннее давление при разрушении баллона с ацетиленом, Па;
Р в = 48,7 МПа;
рр – плотность газа в рабочих условиях, кг/м3;
Произведя расчет по формуле (6), получим значение скорости звука в момент разрушения баллона с ацетиленом равное a = 551,73 м/с
Определим значение приведенного давления по формуле (7)
(7)
где - приведенное давление, Па;
Рв – внутреннее давление при разрушении баллона с ацетиленом, Па
Ро – атмосферное давление, Па;
V – объем баллона, м3;
Мс – масса стенок баллона, кг;
Мс = 6,7 кг
а - скорость в газе в момент разрушения баллона, м/с.
В результате расчетов получим значение приведенного давления равное = 0,96 Па.
Определим скорость разлета осколков газового баллона по формуле (8)
(8)
где U – скорость разлета осколков газового баллона, м/с;
a – скорость звука в газе в момент разрушения баллона с ацетиленом, м/с;
– безразмерная приведенная скорость. Она определяется из графика зависимости приведенной скорости осколков от безразмерного давления при количестве осколков равном 10.
В соответствии с данными, определим скорость разлета осколков газового баллона по формуле (8):
Зная то, что толщина обшивки борта составляет 22 мм, определим толщину эквивалентной стальной преграды, которая не разрушится при ударе летящим осколком, для того чтобы оценить возможные последствия. Расчет производится по формуле (9):
(9)
где бэ – толщина эквивалентной стальной преграды, мм;
Кc – коэффициент, зависящий от характера преграды;
Кc = 5;
m – масса осколка, кг;
m = 6,7 кг;
U – скорость разлета осколков газового баллона, м/с;
B соответствии с формулой (9) получим:
.
Учитывая корпусные конструкции и фиктивные преграды, произведем расчет эффективной стальной преграды по формуле (10):
(10)
где бккi – толщина i-ой корпусной конструкции, разрушаемой в рассматриваемом направлении, мм;
Kбi – коэффициент насыщения i-го помещения в рассматриваемом направлении, мм/м;
Kбi = 2,5 мм/м;
Li – длина участка или всего i-го помещения, на которое распространяется разрушение в рассматриваемом направлении, м.
бэ = 42,75 мм.
Ввиду того, что значение толщины эффективной стальной преграды с учетом конструкции и фиктивных преград значительно меньше расчетной величины, можно сделать вывод о том, что в результате взрыва баллонов с ацетиленом произойдет разрушение перегородок с последующим разрушением контейнеров с твердыми радиоактивными отходами, проникновением пожара в отсек с ТРО и последующим участием этих ТРО в процессе горения, что приведет к выбросу в атмосферу радиоактивных изотопов.
Последствия радиационных аварий
В течение 12-летнего цикла работы происходит 3 перезарядки реактора, четвертая осуществляется во время заводского обслуживания и ремонта, приводящегося каждые 12 лет в течение одного года. Следовательно, имеется существенная опасность от хранения перегружаемого отработавшего ядерного топлива (далее ОЯТ). «Свежее» ОЯТ обладает активностью в 1 миллион кюри. 1 грамм такого топлива способен облучить человека дозой 1 Р/час на расстоянии 0,5 метров. Соответственно, учитывая количество хранящегося ОЯТ (приблизительно 8 тонн ОЯТ за 12 лет работы при загрузках топлива каждые 3 года в количестве 2 тонн), смертельная доза (1000 рентген) будет достигнута в считанные секунды.
Основными последствиями радиационной аварии в случае ПАТЭС считается попадание радиоактивных веществ в воду с последующим перемещением радиоактивной примеси в морской воде. Терминология МАГАТЭ относит расчет последствий данной аварии к типу задач о нахождении ближнего поля (к задачам расчёта дальнего поля относятся задачи об определении поля примеси в океане в целом). Пространственно-временное распределение радиоактивных примесей в океане (поле концентраций) определяется следующими факторами:
• гидродинамическими (перенос течением, турбулентная диффузия);
• физические (радиоактивный распад, адсорбция взвесью, переход в другое агрегатное состояние);
• биологические (накопление и перенос нуклидов живыми организмами);
• химические.
Подобные последствия регламентируются при следующих случаях:
• таран ПЭБ в район реакторного отсека или хранилищ ОТВС и ТРО другим судном, скорость которого существенно больше критической;
• длительная посадка ПЭБ на скалистую отмель в штормовых условиях.
Анализ последствий мгновенного сброса радиоактивных вод показывает, что время существования пятна загрязнения даже при условии слабого перемешивания не превосходит 1,5 суток. При условиях сильного перемешивания время существования пятна не превосходит 5 часов.
Радионуклиды, выходящие из затопленного объекта, распространяются, в основном, в пределах придонного слоя моря, так как скорость обмена между слоями много меньше скорости рассеяния. Толщина придонного слоя, как правило, не превышает 50 м, поэтому при затоплении объекта на глубинах, превышающих 150 м, когда у дна появляется выраженный придонный слой, нет необходимости вводить ограничения на прохождение судов над местом затопления ПЭБ
Разработка мероприятий, направленных на снижения опасности возникновения источника чрезвычайных ситуаций на объекте
Учитывая расчеты поражающих факторов, изложенные ранее, следует сделать вывод о необходимости перемещения отсека для хранения газовых баллонов.
Согласно проекту станции, газовые баллоны (а именно баллоны с ацетиленом) расположены на расстоянии 7,5 м от края борта. Борт и баллоны, помимо свободного пространства, разделяет стальная перегородка помещения толщиной в 2 мм. Толщина самого борта составляет 22 мм.
В расчетах, приведенных ранее, с учетом корпусных конструкций и фиктивных преград, имеющаяся толщина эффективной стальной преграды имела толщину 42,75 мм, что значительно меньше расчетной величины эквивалентной стальной преграды (49,41 мм). Это означает, что при взрыве осколки баллона с ацетиленом способны пробить борт судна.
Аналогичная ситуация отражается в расчетах поражения воздушной ударной волной. На расстоянии 7,5 м, указанных в проекте, произойдет пробитие борта ударной волной, так как ее энергия на подобном расстоянии превышает предельно допустимую (∆Рф = 50 кПа).
В качестве решения этой проблемы предлагается сдвинуть помещение внутри станции так, чтобы баллоны находились на расстоянии не менее чем в 10 м от края борта, а также добавить дополнительную переборку на расстоянии в 2 метра от стенки помещения (рис.5). Это создаст дополнительную преграду, которая защитит борт ПАТЭС от пробития осколками.
Рис. 5. Схема расположения помещения для хранения баллонов с учетом проведенных мероприятий
Используя формулу 10, произведем перерасчет эффективной стальной преграды с учетом проведенных мероприятий.
Полученная величина эффективной стальной преграды больше чем величина эквивалентной, что позволяет сделать вывод о том, что пробития борта судна не произойдет.
Заключение
В результате проведенной работы были получены следующие результаты, а именно:
• определены основные источники опасностей на ПАТЭС и на их основе составлен наиболее опасный сценарий запроектной аварии приводящий к радиационной аварии;
• произведен расчет поражающих факторов, приводящих к реализации данного сценария;
• произведена оценка радиационного воздействия и зон радиоактивного заражения;
• разработаны мероприятия по повышению безопасности на объекте.
Наиболее опасный сценарий запроектной аварии представляет совокупность событий, при котором вследствие пожара в ЦПУ произошло распространение пламени в соседние помещения, что привело к взрыву баллонов с ацетиленом, которое в свою очередь привело к повреждению борта судна ниже ваткрилинии. В ходе решения задач проводился расчет поражающих факторов в состав которых входили:
• воздействие избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, которая образуется в следствие взрыва баллонов с ацетиленом.
• пробивное действие осколков газовых баллонов на стальную преграду. В результате было получено значение эффективной стальной преграды, которая не будет пробита при поражении осколками. Данное значение было сравнено с величиной эффективной стальной преграды, отраженной в технических спецификациях.
• радиационное воздействие на территорию и акваторию. Для его оценки был произведен расчет ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения персонала и нселенияи эффективной дозы от облучения радионуклидами, выпавшими на подстилающую поверхность. Построены графики зависимостей эффективных доз от времени.
.
Литература:
• Никитин А., Андреев Л., /Доклад объединения Bellona. Плавучие атомные станции [Электронный ресурс]. – URL: http://bellona.ru/assets/sites/4/2015/06/fil_Floating-npps-ru1.pdf (дата обращения 10.10.2018 г.)
• Анализ неспецификационных случаев затопления плавучего энергетического блока по проекту 20870 (ПЭБ) и адаптированное программное обеспечение для выполнения расчетов по теории корабля. ЦНИИ им.акад. А.Н. Крылова, вып. № 39051, 1997 г.
• 20870.360060.169РР. Расчет непотопляемости. ОАО «ЦКБ «Айсберг».
• Единая межведомственная методика оценки ущерба от чрезвычайных ситуаций техногенного, природного и террористического характера, а также классификации и учета чрезвычайных ситуаций – М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2004г.
• Разработка рекомендаций по системе раскрепления ПЭБ с учетом внешних воздействий. НПСФ «ОСТ Сейсм» 2010 г
• Болгов И.П., Гревцев И.И., / Прогнозирование и оценка обстановки, сложившейся на территории города, района, объекта в результате военных действий при авариях на радиационно-опасных, химически-опасных объектах // : учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2006. 96 с.
• ГОСТ Р 12.3.047-2012 Пожарная безопасность технологических процессов общие требования. Методы контроля
• Приказ Ростехнадзора от 11.04.2016 N 144 «Об утверждении Руководства по безопасности «Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах».
• Расчетная оценка воздействия взрывного разрушения баллонов высокого на корпусные конструкции ПЭБ АТЭС пр.20870 . ЦНИИ им.акад. А.Н. Крылова, вып. № 38870, 1997.
• Расчетная оценка воздействия внешних воздушных взрывов и землетрясений на корпусные конструкции ПЭБ АТЭС пр 20870 ЦНИИ им.акад. А.Н. Крылова, вып. 38871, 1997.
• Руководство РБ Г- 05- 039-96 «Руководства по анализу опасности аварийных взрывов и определению параметров их механического действия»
• Яковлев В.В., / Риск в природно-технической среде // : Монография. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015г. – 507 с.
• Методическое пособие по оценке радиационной, химической обстановки» МО СССР ДСП. Москва 1988 г.
• Деловой журнал «Neftegaz.RU» // [Электронный ресурс]. – URL: https://neftegaz.ru/news/view/116834-Plavuchaya-AES-Akademik-Lomonosovvstanet-na-yakor-na-Chukotke (дата обращения 06.03.2019 г.)
• Материалы обоснования лицензии на эксплуатацию плавучего энергоблока плавучей атомной теплоэлектростанции в г.Певеке чукотского автономного округа (включая материалы оценки воздействия на окружающую среду) Том 1: Текстовая честь // М: ООО «НПК «МорТрансНииПроект», 2017. – 82 с.
• Материалы обоснования лицензии на эксплуатацию плавучего энергоблока плавучей атомной теплоэлектростанции в г.Певеке Чукотского автономного округа (включая материалы оценки воздействия на окружающую среду) Том 3: Оценка воздействия на окружающую среду // М: ООО «НПК «МорТрансНииПроект», 2017. – 124 с.
• Методические указания МУ 2.6.1.2153-06 Оперативная оценка доз облучения населения при радиоактивном загрязнении территории воздушным путем. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2007.— 55 с.
• Методические указания МУ 2.6.5.010-2016 обоснование границ и условия эксплуатации санитарно-защитных зон и зон наблюдения радиационных объектов. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2007.— 76 с.
• Нормы радиационной безопасности НРБ - 99/2009 URL: http://nucloweb.jinr.ru/nucloserv/inform/instructions/nrb-99-2009.pdf (дата обращения 17.02.2020 г.)
• Официальный сайт АО «Концерн Росэнергоатом» [Электронный ресурс]. – URL: http://www.rosenergoatom.ru (дата обращения 22.01.2019 г.)
• Официальный сайт Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» [Электронный ресурс]. – URL: https://www.rosatom.ru/ (дата обращения 06.03.2019 г.)
• ГОСТ Р 22.2.11-2018 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Методика оценки радиационной обстановки при запроектной аварии на атомной станции
• Туманов А. Ю. Научно-методические основы оценки опасности техногенных аварий на потенциально-опасных объектах: монография / А. Ю. Туманов. – СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2019. – 241 с.
• 2. Туманов А. Ю. Научно-методические основы оценки риска чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на опасных технических объектах. / А. Ю. Туманов, В.И. Гуменюк. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2018. – 135 с.
• Tumanov, A., Gumenyuk, V., Tumanov, V. Development of advanced mathematical predictive models for assessing damage avoided accidents on potentially-dangerous sea-based energy facility (2017) IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 90 (1), № 012027, DOI: 10.1088/1755-1315/90/1/012027.
• 2. Tumanov A. Risk Assessment of Accidents During the Transportation of Liquid Radioactive Waste in Multimodal Transport (2019) IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 272. № 032078. DOI: 10.1088/1755-1315/272/3/032078.
• 3. Kulinkovich A., Sakova N., Tumanov A. Development of the Express Method for Controlling Uranium Compounds in Natural Waters in Emergency Situations on Floating Nuclear Thermal Power Plants. (2019) IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 272. № 022016. DOI: 10.1088/1755-1315/272/2/022016.
• 4. Tumanov, A., Venevsky, S. Elaboration of Theoretical Methods for Assessment of Isolated and Combined Physical Damage Effects of Technogenic Accident while Transporting Radiological Materials by Multimodal Transport. (2019) IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 582, № 012038. DOI: 10.1088/1757-899x/582/1/012038.
• 5. Tumanov A., Solovev A., Kulinkovich A.V., Tumanov V. Development of the theoretical-practical model of protection of the means of transport of radioactive materials IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. С. 032042.
