Технологии
Учиться на чужих ошибках

В начале 2015 года МАГАТЭ опубликовало отчет об эксплуатационном опыте, который был извлечен из инцидентов, зафиксированных на исследовательских реакторах в разных странах мира. Мы решили разобраться, как работает база инцидентов, и внимательно изучить различные происшествия: анализ причин их возникновения должен помочь эксплуатирующим организациям.

Система обмена опытом

В 1997 году в МАГАТЭ было инициировано создание специализированной информационной системы под названием Incident Reporting System for Research Reactors (IRSRR), которая является международной площадкой для обмена сведениями о самых разнообразных инцидентах, когда-либо возникавших при эксплуатации исследовательских реакторов. Отчеты, содержащиеся в IRSRR, включают в себя описание значимых для безопасности событий, причин их возникновения, а также уроков, которые могут быть из них извлечены, включая корректирующие мероприятия, призванные предотвратить подобные инциденты в будущем.
 
Предоставление такой информации в IRSRR для стран — членов МАГАТЭ дело добровольное; агентство призывает к обмену опытом, но принудить к этому никого не может. На данный момент участие в работе IRSRR принимают порядка трети входящих в МАГАТЭ стран. Среди участников как признанные авторитеты, так и «экзотические» государства, например, Ямайка, Тунис и Перу.
 

Представление данных

Все события, представленные в базе IRSRR, характеризуются определенным набором ключевых слов, с помощью которых описываются задействованные в них реакторные системы и компоненты, первопричины событий, их основные последствия и так далее. Используемые в IRSRR ключевые слова разбиты на следующие девять крупных групп (при необходимости для описания конкретного события может быть использовано более чем одно слово из той или иной группы):
категория отчетности;
статус реактора на момент события;
пострадавшие системы;
пострадавшее оборудование;
причина события;
влияние на работоспособность;
характеристики инцидента;
первопричина отказа или ошибки;
действия по восстановлению работоспособности.
 
Мы решили провести укрупненный анализ событий из IRSRR, которые произошли на исследовательских реакторах в течение последних пяти лет, вплоть до сентября 2014 года, в разбивке по ключевым словам. Согласно отчетам, большинство зарегистрированных событий проходят по категории, связанной с недостатками проектирования, конструирования, эксплуатации (включая техническое обслуживание и периодические проверки), обеспечения качества или оценки безопасности (40 %). В эту группу входят в числе прочих инциденты, затронувшие экспериментальные устройства и оборудование по производству изотопов. Еще 28 % приходятся на случаи деградации существующих систем и барьеров безопасности. Следом идут события, связанные с непредвиденными выбросами радиоактивных материалов или радиационным воздействием (18 %). Оставшиеся 14 % — потенциально опасные ситуации, которые не привели к значимым последствиям.
 
Разбивка событий, размещенных в IRSRR, по характеристикам показывает, что чаще всего инциденты оказывают негативное влияние на экспериментальные устройства (20 %), теплоноситель (17 %), системы контроля реактивности (15 %). На различные варианты ухудшения функционирования систем безопасности приходится в сумме около 9 %. Несколько реже страдают топливо (7 %) и системы обращения с ним (6 %). К повреждениям контейнмента приводят всего 4 % случаев.
 
Что касается принадлежности оборудования, которое выходит из строя в результате инцидентов, то чаще всего оно относится к механической части (69 %), реже это контрольно-измерительные приборы (24 %), в редких случаях — электрика (7 %).
 
Если разбирать причины возникновения событий, то практически вровень в этой «номинации» идут человеческий фактор (40 %) и общее старение систем, конструкций и оборудования (39 %), которое приводит к всевозможным сбоям из-за коррозии, усталости материалов, наличия трещин и вибрации. Гораздо меньше инцидентов происходит из-за ошибок в проектировании и при контроле качества (11 %), а также в управлении безопасностью (10 %).
 
Стоит отметить, что понятие «человеческий фактор» — очень общее, и при доскональном рассмотрении оно может быть названо первопричиной любого события, так как именно люди проектируют, сооружают, эксплуатируют, инспектируют установки и следят за их безопасностью.
 
Оказывается, на начальном этапе развития ядерных технологий большинство зафиксированных событий было связано с проектными недостатками, а также незапланированными достижениями критичности на исследовательских реакторах, что приводило к серьезным последствиям. В дальнейшем, по мере накопления опыта и извлечения уроков, количество подобных событий было значительно сокращено. И теперь основными причинами инцидентов на установках стали человеческий фактор и старение «железа» (большинство ныне действующих исследовательских реакторов во всем мире имеют стаж эксплуатации свыше 30 лет).
 

Был такой случай…

В отчете также описано несколько имевших место в разные годы событий, причиной которых послужили недостатки органов регулирования, связанные, в частности, с отсутствием необходимых спецификаций или недостаточным контролем качества. Это приводило, например, к тому, что регулирующие стержни застревали в активной зоне. При этом отмечено, что на одном объекте подобный эпизод повторился с интервалом всего в два года, то есть далеко не всегда из событий извлекаются необходимые уроки.
 
Еще в одном случае при эксплуатации исследовательского реактора из-за неудачного выбора материала для оболочки регулирующего стержня был зафиксирован рост активности по кобальту-60 в первом контуре.
 
В 1950 –1960-х годах отмечались случаи некорректного выбора уплотнительных материалов. К примеру, куски прокладки ГЦН, содержавшей органическое вещество тетралин, попали в систему охлаждения первого контура. Там они подверглись облучению, образовавшиеся продукты разложения покрыли топливные элементы снаружи и закупорили охлаж­дающие каналы многих топливных сборок. В результате недостаточного отвода тепла произошло частичное расплавление топлива с последующим выходом продуктов деления в первый контур.
 
Еще два описанных эпизода касаются событий, при которых частицы изначально неверно подобранных материалов (резины и пластика), использовавшихся в системе охлаждения, нарушали требуемую скорость циркуляции воды. А в ряде случаев повреждение пластиковых труб (в частности, из поливинилхлорида) приводило к частичному сливу воды из реакторного бассейна.
 
В отчете МАГАТЭ проанализированы также инциденты с топливными элементами. Например, в 1990-х годах на одном из исследовательских объектов неудачно спроектированное соединение между оболочкой твэл и термопарой в инструментальной ТВС привело к выходу продуктов деления в бассейн реактора во время процесса облучения. Еще одно событие, произошедшее в 1960-х годах, развивалось так. Из-за механической неисправности оболочка ТВС частично перекрыла канал охлаждения. Это привело к перегреву топлива и, в результате, — к выбросу радиоактивного материала в реакторный бассейн. Относительно другого случая сообщается, что после загрузки в активную зону модифицированных ТВС были отмечены их чрезмерные колебания. Проведенные исследования показали, что колебания тесно связаны с температурой топлива, но изначальная причина наблюдаемого явления так и не была окончательно установлена. В результате было решено провести модернизацию верхней части используемых ТВС, а также несколько снизить проектную мощность реактора, чтобы оптимизировать его теплогидравлические характеристики.
 
Некоторые описанные в отчете события связаны с деградацией компонентов, задействованных в системе охлаждения первого контура. К примеру, в одном случае с целью повышения мощности реактора были существенно модернизированы системы первого контура. После пуска ГЦН модернизированной установки в реакторном бассейне были обнаружены пузырьки воздуха. Расследование инцидента показало, что из-за увеличения давления, явившегося следствием модернизации, произошел разрыв верхней части вентиляционной трубы, которая была существенно изношена за предыдущий период эксплуатации, в результате чего в контур стал попадать воздух. Это событие подчеркивает важность тщательной оценки возможного влияния модификации тех или иных компонентов реакторной установки на остальные системы.
 
В одном случае было обнаружено, что неисправность клапана (первопричина — недостаток конструкции затвора и использовавшейся прокладки) в системе охлаждения привела к утечке теплоносителя первого контура в реакторный бассейн. Появление «внешней» струи воды привело к локальному изменению температурного режима и увеличению уровня излучения на поверхности бассейна.
 
Другое описанное в отчете событие связано с пожаром в лаборатории (горячей камере), вызванным применением оборудования, технические характеристики которого, как показало расследование, не соответствовали необходимым требованиям. При этом пожар мог бы быть локализован и не привести к выбросу радиоактивных веществ, но внутри горячей камеры оказались бумажные и текстильные материалы, в результате чего инцидент сопровождался радиационным загрязнением объекта.
 
Приводится и другой пример — обнаружение активности по 137Cs в приреакторном бассейне выдержки ОЯТ. Облученное топливо хранили в двух видах контейнеров: из алюминия и из нержавеющей стали. Как выяснилось впоследствии, причинами повышения активности явились отсутствие должного контроля водно-химического режима в бассейне, а также неверно спроектированные алюминиевые контейнеры, которые оказались негерметичными, что в конечном счете привело к коррозии материала оболочки твэлов.
 
Ярким примером последствий вмешательства человеческого фактора в работу исследовательского реактора можно назвать следующий случай. Во время проведения эксперимента по облучению твэла в специальной капсуле произошло его частичное разрушение. В программе эксперимента возможность такого развития событий была предусмотрена, на этот случай предписывалось проведение специальной процедуры промывки. Однако из-за халатности персонала была применена стандартная процедура промывки, что привело к распространению загрязненной воды по системе охлаждения экспериментальной камеры.
 

Делаем выводы

Всестороннее изучение как позитивного, так и негативного опыта, накопленного операторами реакторных установок, помогает повысить эффективность и безопасность их эксплуатации. Подобная информация полезна не только операторам, но и регуляторам, конструкторам и проектантам.
 
Несмотря на существующие различия технико-экономических параметров, применяемых конструктивных решений и направлений использования мирового парка исследовательских установок, многие из описанных в IRSRR событий имеют схожую причинно-следственную связь. Уроки, которые при тщательном анализе можно из них извлечь, способны и должны помочь другим эксплуатирующим организациям в предотвращении возникновения подобных ситуаций.
 
Сергей ПАНОВ
15.04.2015

Комментарии 0

Войдите или  зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Аналитика