Пощекотать за кончик носа спящего дракона
Дата: 11/03/2020
Тема: Безопасность и чрезвычайные ситуации


С.В. Федорченко, ветеран атомной энергетики

На заре атомной эры, великий шутник и физик, лауреат нобелевской премии, Ричард Фейнман в полемике бросил крылатую фразу: строить ядерный реактор – всё равно что щекотать за кончик носа спящего дракона! И вот уже почти сто лет как человечество только этим и занимается. Сейчас в мире работает 447 блоков АЭС. Иногда дракон просыпается: Три Майл Айленд, Чернобыль, Фукусима.



На самом деле серьёзных аварий было больше, но эти самые масштабные и у всех на слуху. Несмотря на большое количество публикаций по Фукусиме, на русском языке отсутствует более или менее объективное описание событий катастрофы (Если я ошибаюсь, дайте ссылку. Буду благодарен).

Перед землетрясением блоки 1,2,3 эксплуатировались на номинальном уровне мощности. Блок 4 находился в ремонте с полной выгрузкой зоны для замены корзины активной зоны (core shroud). Всё топливо находилось в бассейне выдержки. Блоки 5 и 6 были расхоложены и находились в ремонте. Топливо оставалась в реакторах. На блоке 5 гермозона была открыта и проводились инспекционные гидроиспытания.

В 14ч 46м 11 марта 2011г бл. 1,2,3 были автоматически остановлены по сигналу ”Сейсмика”. Произошла потеря внешнего электроснабжения из-за повреждения опор линий электропередач и оборудования подстанций оползнями, вызванными сейсмическим воздействием. Автоматически закрылась отсечная арматура на главных паропроводах. После обесточения секций собственных нужд автоматически запустились дизель-генераторы. Пришедшая примерно через 41 м цунами затопила нижние отметки зданий и вывела из строя ДГ, АБ, шины питания и распредустройства. Блоки 1,2,3,4,5 потеряли переменный ток через 5 мин. после прихода цунами. Блоки 1,2,4 потеряли также и постоянный ток. На блоке 3 оборудование постоянного тока не было повреждено. Резервные ДГ блока 6 уцелели, так как находились выше отметки затопления и имели воздущную систему охлаждения. ДГ блока 6 также запитывали секции собственных нужд блока 5. Связи между секциями блоками 5 и 6 давно были запланированы и уже монтировались. К 5 часам 12 марта работы были завершены и напряжение подали на соседний блок.

Японская метеорологическая служба трижды давала предупреждение о цунами, но директор Масао Йошида узнал об этом из выпуска телевизионных новостей. На момент землетрясения на площадке станции находилось 6500 человек, из них 750-служащие TEPCO.Большинство из них покинули площадку самостоятельно 11 марта. Часть осталась в сейсмостойком укрытии на территории станции. Около 400 человек были эвакуированы с 12 по 14 марта. На 15 марта на площадке остались около 700 человек. На щитах управления работало 97 человек. TEPCO приняла значительные усилия для усиления персонала на станции. Примерно 400 человек дополнительно прибывали ежедневно в последующие дни. В первую очередь это были аварийные бригады для восстановления электроснабжения и систем контроля, пожарные с техникой, дозиметристы. С 13 марта для оказания помощи начал приезжать персонал других станций. После взрыва водорода на блоке 4 около 650 чел были эвакуированы на площадку Фукусимы дай-ини (из них 70 человек - рабочие аварийных бригад). Вскоре они были возвращены.

В результате землетрясения и цунами погибли 3 сотрудника TEPCO: 2 на Фукусиме Дай-ичи и 1 –на Фукусиме Дай-ини.

 

 

Событие,

состояние

Блок 1

Блок 2

Блок 3

Примечание

1

Землетрясение

3/11/11

14ч 46м (Т0=0)

Срабатывание аварийной защиты реактора, закрытие отсечной арматуры на главных паропроводах, потеря внешнего электроснабжения, запуск дизель-генераторов

 

2

Прибытие цунами

(1 и 2 волны)

15ч 27м / 15ч 36м (+41м / +50м)

 

3

Потеря питания собственных нужд переменным током (ДГ) и постоянным током (АБ)

ДГ 15ч 37м (+51м)

АБ 15ч 46м (+60м)

ДГ 15ч 41м (+55м)

АБ 15ч4 6м (+60м)

ДГ 15ч 37м (+51м)

АБ +36 час

ДГ и АБ вышли из строя вследствие затопления

(расположение на нижних отметках машзала). Как следствие - потеря освещение, питания приборов (потеря контроля) Блок 2 имел воздухохлаж-даемый ДГ и был работоспособен до затопления распредустройств.На Блоке 3 распредустройства и шины не были затоплены и АБ работала до разряда.

4

Потеря пассивного теплообменника аварийного расхолаживания (IC)

 

 

 

 

Произошло одновременно с потерей электроснабжения собственных нужд

Отсутствует по проекту

Отсутствует по проекту

Из-за ошибочного алгоритма работы системы отсечная арматура внутри контайнмента оказалась закрытой

Потеря электроснабжения не позволила их вновь открыть.

 

5

Работа системы расхолаживания (RCIC)

Отсутствует по проекту

Приблизительно 70 часов

Приблизительно 20 часов. Отключение +20 ч от начала аварии Попытка повторного запуска не удалась

На Блоке 2 RCIC включена вручную. После потери электропитания работала без контроля параметров

6

Работа системы подпитки высокого давления (HPCI)

Не включилась по причине обесточения (потеря АБ)

Не включилась по причине обесточения (потеря АБ)

Включение-+20 час от начала аварии.

Работала в течении 16час.

HPCI бл3 включилась по сигналу низкого уровня в реакторе. Отключена вручную на    +35,9час от начала аварии.

7

Сброс давления из реактора

(проектное Р=8,24 Мпа)

+12 час

 

+75,2ч … +78,3ч.

+42ч

 

8

Достижение макс. давления в контайнменте

+11,7ч 0,84Мпа

Проектное 0,43 МПа

+80ч 0,75Мпа Проектное 0,38МПа

+42ч 0,64МПа Проектное 0,38МПа

 

9

Ориентировочное время начала плавления зоны

+4 … +7 ч

+75 … +85 ч

+36 … +40ч

 

10

Первые признаки выброса радиоактивных веществ в окружающую среду

 

+8,2 … +14час

Детектировано повышение мощности дозы до 1.2 мЗв/ч возле шлюза контайнмента Блока 1

11

Сброс давления из контайнмента

+9,7ч … +24ч

+26,7ч

Не удалось

+29,5ч… +42ч

 

12

Взрыв водорода

+24,9ч

Не было

+68,2ч

 

13

Подпитка реактора/подача морской воды

+15ч / +28,8ч

Нет /+77,2ч

+42,6 / 46,4ч

 

14

Восстановление внешнего электроснабжения

20 марта

22 марта

 

             

 

БЛОК 1

Рис.1 Схема включения теплообменников расхолаживания реактора (IC) на блоке 1.

На блоке 1 по проекту имеются два IC (канал А и канал В). Они обеспечивают расхолаживание реактора со скоростью 55 град /час при давлении 6-7Мпа. (Достаточно одного канала).

Фото 1. 11 марта 2011г. Блок 1.

На момент землетрясения был готов к работе канал В. После прихода цунами оператор закрыл задвижки на возврате и впоследствии не смог их открыть Цунами затопила ДГ, АБ и распредустройства. Произошла полная потеря освещения, контроля и управления (См. Фото 2).

 Фото 2. 11 марта 2011г, БЩУ Блок 1. Полная потеря освещения, контроля и управления.

Попытка открыть арматуру вручную не удалась из-за трудности доступа и высоких радиационных полей. Задвижки были закрыты в соответствии с инструкцией. Алгоритм, заложенный в инструкции, ошибочен. Ввод в работу системы расхолаживания высокого давления (HPCI) оказался невозможен из-за отсутствия э. питания.

          Рис 2 Схема системы впрыска высокого давления (HPCI).

В 16ч 36м персонал кризисного центра зафиксировал потерю критической функции безопасности (КФБ) “теплоотвод от активной зоны”. В 17ч 10м начата подготовка к альтернативным способам подпитки акт. зоны: от системы пожаротушения, оснащённой насосом с дизельным приводом и пожарных машин (последняя не была описана в процедурах). В 18ч 00м частично было восстановлено питание секций пост. тока. Операторы обнаружили закрытое состояние задвижек на IC.В 18ч 18м операторы приняли решение открыть задвижки. В дальнейшем они были уверены, что IC работает, т.к. наблюдали сброс пара из IC.В 18ч 25м задвижки были закрыты. Мотивы этого поступка не известны. В 18ч 30м.сталоясно, что IC не работоспособен. В 19ч 03м Японское правительство объявило о ядерной аварии. В 20ч 50м к работе подготовлена система пожаротушения с дизельным насосом. Но для возможности подпитки необходимо понизить давление в реакторе, для чего надо было открыть предохранительные клапана (В это же время губернатор префектуры Фукусима дал приказ об эвакуации из 2 км. зоны. В 21ч  23м правительство увеличило зону до 3 км). Операторы БЩУ запросили кризисный центр о доставке аккумуляторных батарей для открытия предохранительных клапанов. Кризисный центр не понял срочности их запроса. В 22ч 00м уровень радиации в машзале повысился до критического уровня и окончательно всем стало ясно, что началось плавление зоны. Отсутствие слаженности в действиях БЩУ и кризисного центра, привели к этому (Расчёты, сделанные в процессе расследования, показали, что зона оголилась ещё в 18ч 50м). Только в 23ч 50м в кризисном центре пришли к выводу, что расхолаживание через IC не идёт.

В полночь 12 марта началась подготовка к сбросу давления из контайнмента. Для открытия пневмоприводной арматуры на линии вентиляции контайнмента оснастили 3 группы рабочих средствами защиты, мобильным компрессором, инструментом. В 2ч 45м давление в контайнменте и реакторе сравнялись.

               

          Рис.3 Схема сброса давления из контайнмента

В 5ч 46м началась подача воды в реактор от пожарных машин. В 14ч 30м давление в контайнменте почти в два раза превысило проектное. В 15ч 36м произошёл взрыв водорода на отметке перегрузки вне гермозоны.

Правительство расширило зону эвакуации до 20 км. в 18ч 25м 12 марта.

 

БЛОК 2

Цунами вывело из строя систему нормального и аварийного эл. снабжения постоянного и переменного тока. К счастью, операторы смогли включить в работу RCIC до потери питания. Система работала почти 3 дня при отсутствии контроля и доступа для осмотра, т.к. находится на нижних отметках и подступы к ней были затоплены. Также затопленными оказались пожарные насосы с дизельным приводом. Кризисный центр требовал от операторов подать воду в реактор от пожарных машин или от системы запаса конденсата. Задача осложнялась недостаточными знаниями расположения арматуры, потерей ключей от помещений и необходимостью прикладывать большие физические усилия для открытия арматуры вручную. В конце концов это было сделано. (На блоке 1 это удалось сделать раньше). Около 02ч 00м 11 марта удалось зайти в реакторное здание и определить уровень в реакторе. Он оказался 3 400мм выше уровня топлива. Долгое время не было объективных данных о работоспособности RCIC.В 23ч 30м удалось переносными приборами измерит давление в SC-0,14 МПа (Это косвенно подтверждало работу RCIC. Сброс отработанного пара с турбопривода насоса идёт в SC). Зафиксировано падение уровня в баке запаса конденсата. Операторы в 04ч 00м переключили подачу воды на SC. В 04ч 30м 14 марта давление в контайнменте достигло 0,4 МПа (проектное 0.48 МПа абс.)

 

Фото 3 11 марта 2011г. Блок 2.

 

БЛОК 3

Цунами не повредило систему постоянного тока на блоке,поэтому операторы БЩУ имели контроль параметров и возможность управления некоторыми механизмами до полного разряда батареи.В 16ч00м была запущена система расхолаживания реактора (RCIC).Для обеспечения работы насоса RCIC с турбоприводом было организовно расхолаживание SC c помощью от системы пожаротушения с диз. насосом.12 марта в 11ч 36м RCIC прекратила работу. Причины не известны. В 12ч 35м. по понижения уровня в р-ре авт. включилась система подпитки высокого давления  (HPCI). Уровень понижался из-за периодической работы предохранительных клапанов р-ра. В 20ч 36 м АБ разрядилась. (Ёмкости АБ хватило примерно на 34 часа). HPCI работала до тех пор,пока давления пара было достаточно для работы турбины привода насоса.По неизвестным причинам, только часть расхода насоса HPCI попадала в реактор. HPCI была остановлена в 02ч 45м 13 марта. О сложившейся обстановке был проинформирован кризисный центр.До 03ч55м  никакой реакции со стороны кр.центра не было.Для подпитки реактора от пожарных машин необходимо было сбросить давление из реактора. Персонал изъял аккумуляторы из своих автомобилей и подключил их к схеме управления предохранительных клапанов для возможности управления ими. Также силами персонала была расчищены от завалов подъездные пути к блоку для подъезда пожарных машин. Эти работы производились в условиях радиоактивной загрязнённости с применением  СИЗ. В 04ч 30м давлеие в реакторе равнялось 7МПа. Около 09ч 00м давление удалось понизить до 1 МПа. В 09ч 25м начата подпитка от пожарных машин. К тому времени зона оставалась без охлаждения уже 6 часов. В 08ч 41м закончены подготовительные работы к вентиляции контайнмента через клапана  SC, управляемые пневмоприводом. В 09ч 24м давление в контайнмете начало понижаться. В 11ч 01м 14 марта  произошёл взрыв водорода.

Фото 4. 14 марта 2011г. Блок 3.

           

Рис.4 Схема системы расхолаживания (RCIC-Reactor Core Isolation Cooling System).

Блок 4

Блок 4 11 марта 2011 стоял на плановом ремонте с контролем металла корпуса реактора. Все 548 сборок были выгружены в БВ. Гидрозатвор, отделяющий БВ от шахты реактора, был закрыт. Взрыв произошёл в 06 час 14 мин 15 марта 2011 и разрушил крышу, стены 4 и 5 этажей (зону перегрузки) и частично стены 3 этажа, перекрытие 5 этажа сдвинулось вверх, перекрытие 4 этажа повредилось. Причиной был взрыв водорода, попавшего на 4 блок с 3 блока через вентиляцию. Вентсистемы двух блоков объединяются на общей вентрубе и никак не изолированы друг от друга (см. рис.5). В результате взрыва обломки конструкций были разбросаны вокруг здания и частично попали на стеллажи БВ. Утром 16 марта в поврежденном здании были зарегистрированы пожары; эти пожары самоустранились и впоследствии были приписаны возгоранию смазочного масла. Повреждения зданий и появление пара породили опасения за состояние бассейнов выдержки.

Фото 5. 15 марта 2011г. Блок 4.

Поскольку в реакторе бл.4 топлива не было, БВ 4 представлял особую опасность как источник водорода и других взрывоопасных газов. Кроме того, разрушенное здание не защищало окружающую среду от выбросов радиоактивности. Строительные конструкции под бассейном блока 4 были повреждены в результате сейсмического воздействия и взрыва. Здание было обследовано, и в июне 2011 несущие конструкции под БВ были усилены стальными колонами и помещения заполнены бетоном. Работа была закончена к 30 июня 2011 г. В мае 2012 произведено дополнительное обследование, которое не выявило дополнительных проблем. 1331 сборка из БВ 4 в период с ноября 2013 по декабрь 2014 были перемещены в общее хранилище и БВ Блок 6.

           Рис.5. Схема перетока водорода из блока 3 на блок 4.

 

Для облегчения понимания событий марта 2011г. на рис. 6 изображена диаграмма хода аварии на блоках 1, 2, 3 ,4.

 

   

    Рис.6 Обобщённая диаграмма процессов катастрофы на Фукусима Дай-ичи

В марте 2011 года в Японии произошло событие, показавшее ограниченность философии безопасности ядерной энергетики, сформировавшейся в 20 веке.

Во-первых, произошла авария сразу на всей АЭС. Такой случай не рассматривался при анализах безопасности и вся система реагирования на чрезвычайные ситуации оказалась не готова к такому развитию событий. Более того, авария затронула сразу две АЭС. Фукусима Дайини, находящаяся в 20 км от Фукима Дай-ичи, попала в зону радиоактивных выбросов и также была остановлена, хотя аварийной ситуации на самой АЭС не было.

Во-вторых, концепция проектирования систем безопасности, основанная на постулате, что если исходное событие маловероятно, то меры для противодействия ему можно не разрабатывать, полностью себя дискредитировала. Землетрясение и цунами такой силы были зафиксированы в этом районе в 988г-почти 1000 лет назад! Эта концепция была сформулирована в 60-х годах прошлого столетия профессором Масачусетского технологического института (США, Калифорния) Расмуссеном.

Очевидно, что, если событие маловероятно, но несёт серьёзные последствия, оно должно быть учтено в проекте. На современном этапе это решается путём разработки мероприятий и руководств по управлению запроектными авариями.

Некоторые эксперты утверждают, что авария на Фукусиме означает конец эры водо-водяных реакторов. Наверное, так оно и будет, если появится четвёртое поколение взамен работающего сейчас 3+.

 

На основе материалов интернета







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=9060