Задача 18 "Анализ надежности системы планового и аварийного расхолаживания АЭС"

В этой задаче рекомендуется провести расчет среднего за 8 000 ч коэффициента неготовности системы планового и аварийного расхолаживания АЭС с ВВЭР, представленной на рис. 18.1 к настоящему приложению и состоящей из ПЧ и АЧ САОЗ.

Рис. 18.1. Принципиальная схема системы аварийного

охлаждения активной зоны

При проведении расчетов рекомендуется учитывать, что ПЧ САОЗ предназначена для охлаждения активной зоны ЯР при течах первого контура, сопровождающихся падением давления в контуре менее 60 кг/см², в течение времени, необходимого для включения АЧ САОЗ. АЧ САОЗ предназначена для охлаждения активной зоны ЯР при течах первого контура, сопровождающихся падением давления в контуре менее 15 кг/см², в течение времени, необходимого для снижения и стабилизации температуры теплоносителя в диапазоне от 40 до 50 °C. Кроме того, АЧ САОЗ предназначена для планового расхолаживания первого контура после расхолаживания через БРУ-К от 110 - 120 °C до 40 - 50 °C. Пассивная часть состоит из четырех идентичных каналов. В состав каждого канала входят:

1) ГЕ САОЗ ГЕ1(2,3,4) для хранения раствора борной кислоты под давлением 60 кг/см². Каждая ГЕ снабжена двумя предохранительными клапанами: контрольным КПК1(1,2,4) - P_сраб = 63,0 кг/см² и рабочим РПК1(2,3,4) - P_сраб = 64,8 кг/см²;

2) две последовательно установленные задвижки с электроприводом ГЕЗ1(2)1(2,3,4), предназначенные для отсечения ГЕ от ЯР при снижении уровня в них <= 1 200 мм. При работе ЯР находятся в открытом положении. Ду = 300 мм;

3) два последовательно установленных обратных клапана Ду = 300 мм ГЕОК1(2)1(2,3,4), предназначенные для предотвращения перетока теплоносителя из ЯР в ГЕ при отсутствии требования на срабатывание системы и пропуска раствора борной кислоты в ЯР при снижении давления в нем менее 60 кг/см²;

4) четыре байпасных клапана ГЕБЗ1(2,3,4)1(2,3,4) с электроприводом Ду = 15 мм, по два на каждый обратный клапан, предназначенных для обеспечения разогрева канала при вводе реакторной установки в действие. При работе - закрыты.

К входной и выходной камерам ЯР подключено по две гидроемкости.

Во время работы ЯР ГЕ заполнены раствором борной кислоты до уровня 11 285 мм (V = 60 м³). В газовой подушке (азот) создано и поддерживается давление 60 кг/см². Предохранительные клапаны закрыты. Задвижки с электроприводом открыты. Обратные клапаны находятся в закрытом положении под давлением теплоносителя в ЯР. Байпасные клапаны закрыты. Контролируются следующие параметры:

температура корпуса ГЕ САОЗ;

уровень в ГЕ САОЗ;

давление в ГЕ САОЗ;

давление в трубопроводе САОЗ;

положение быстродействующих задвижек с электроприводом.

При течи первого контура, сопровождающейся снижением давления ниже 60 кг/см², обратные клапаны открываются, и под давлением азота раствор борной кислоты сбрасывается в активную зону. Время пролива 38 с. При уровне в ГЕ <= 2 000 мм поступает сигнал на закрытие задвижек. Время их закрытия 10 с. К моменту закрытия уровень в ГЕ 1 200 мм, что исключает попадание газа в реактор.

Активная часть САОЗ состоит из трех каналов. В состав каждого канала входят:

1) бак аварийного запаса борной кислоты Б1(2,3). При работе РУ заполнен, V_полн = 774 м³, V_полезн = 582 м³. При этом контролируются уровень, концентрация и температура раствора в баке;

2) задвижка с электроприводом БЗ1(2,3), предназначенная для отключения бака от всасывающей магистрали насоса при снижении уровня в баке менее 0,5 м. При работе РУ находится в открытом положении Ду = 600 мм;

3) обратный клапан БОК1(2,3), Ду = 600 мм, предназначенный для предотвращения поступления воды в бак при работе насоса в режиме рециркуляции. При работе РУ открыт;

4) задвижка с электроприводом ПЗ1(2,3), предназначенная для подключения приямка к всасывающей магистрали насоса при опорожнении бака. При работе РУ закрыта, Ду = 600 мм;

5) задвижка с электроприводом ВНЗ1(2,3), Ду = 600 мм. Предназначена для отключения насоса от всасывающей магистрали при ремонтах и т.п. При работе РУ открыта. При работе насоса включена блокировка на закрытие;

6) насос аварийного расхолаживания Н1(2,3) модели ДХ 750-240 предназначен для подачи борной кислоты в ЯР после снижения давления в первом контуре менее 15 кг/см². При работе РУ находится в режиме ожидания, питание на него подано. Автоматически запускается на рециркуляцию при появлении следующих сигналов:

повышение давления под оболочкой более 0,3 ати;

снижение давления в первом контуре менее 153 ати;

повышение скорости изменения давления в 1 контуре более 0,5 ати/с;

повышение скорости изменения давления во 2 контуре более 0,5 ати/с;

падение давления за любым из четырех ПГ менее 55 ати;

полное обесточивание блока.

Один раз в месяц в течение 30 мин насос проверяется в действии при работе в режиме рециркуляции. При этом контролируются:

расход на линии рециркуляции;

давление во всасывающем и напорном трубопроводах;

давление и температура воды, охлаждающей подшипники и электродвигатель;

температура корпуса;

характеристики вибрации насоса.

7) обратный клапан НОК1(2,3) Ду = 300 мм на напоре насоса, предназначенный для исключения обратного перетока жидкости через насос. При работе РУ открыт;

8) задвижка с электроприводом НЗ1(2,3) Ду = 300 мм на напорной магистрали насоса, предназначенная для подключения напорной магистрали к линии подачи раствора в ЯР. При работе РУ открыта, при снижении давления в первом контуре менее 18 ати включается блокировка на закрытие;

9) теплообменник планового и аварийного расхолаживания T1(2,3) предназначен для охлаждения теплоносителя, поступающего либо из петли 1 (при плановом расхолаживании), либо из приямков (при течах первого контура);

10) два последовательно установленных сильфонных вентиля с электроприводом на линии рециркуляции насоса НРЗ1(2)1(2,3), предназначенные для обеспечения режимов опробования и "горячего" резерва системы. При работе РУ (P = 18 ати) - открыты. При снижении давления менее 15 ати закрываются с запретом открытия. Ду = 125 мм;

11) регулятор с электроприводом ТР1(2,3) на входе в теплообменник предназначен для регулирования температуры раствора, поступающего из приямков, перед подачей в активную зону. При работе РУ закрыт. Ду = 300 мм;

12) задвижка с электроприводом ТРЗ1(2,3), Ду = 300 мм, предназначенная для байпасирования указанного выше регулятора. При работе РУ закрыта;

13) регулятор на байпасе теплообменника ТРБ1(2,3). Назначение и характеристики аналогично п. 11;

14) задвижка с электроприводом ТРБЗ1(2,3), Ду = 300 мм, предназначенная для байпасирования регулятора, указанного в п. 13. При работе РУ закрыта;

15) два последовательно установленных на напорной магистрали клапана с пневмоприводом НПК1(2)1(2,3), Ду = 300 мм, предназначенных для подачи раствора в активную зону ЯР. Открываются с запретом закрытия при снижении давления в первом контуре менее 18 ати;

16) клапан с пневмоприводом ВКПК1(2,3), Ду = 300 мм, предназначенный для подачи раствора в горячую нитку неотключаемой части петли 4 (канал 1) или в выходную камеру ЯР (каналы 2, 3). При работе РУ закрыт;

17) обратный клапан ВКОК1(2,3), Ду = 300 мм, на трубопроводе подачи раствора аналогично п. 16. При работе РУ закрыт;

18) обратный клапан ПРОК1(2,3), Ду = 300 мм, на трубопроводе подачи раствора в холодную нитку неотключаемой части петли 4 (канал 1) или во входную камеру ЯР (каналы 2, 3).

Для использования системы САОЗ при плановом расхолаживании РУ предусмотрено соединение всасывающих трубопроводов насосов с горячей ниткой петли 1. На этом трубопроводе установлены задвижка и последовательно-параллельно четыре задвижки с электроприводом Ду = 300 мм. Для подключения линии планового расхолаживания к всасывающей магистрали насосов в каждом канале имеется по одной электроприводной задвижке Ду = 32 мм. При работе РУ все вышеуказанные задвижки закрыты.

Во время работы блока гидроемкости и баки аварийного запаса раствора заполнены до установленного уровня. В газовой подушке ГЕ создано и поддерживается давление 60 кг/см². Предохранительные клапаны на ГЕ закрыты. Быстродействующие электроприводные задвижки на линиях подачи раствора от ГЕ открыты. Обратные клапаны на этих линиях находятся в закрытом положении под давлением теплоносителя. Насосы остановлены. Питание на них подано. Электроприводные задвижки на всасе насосов от баков, на напоре и на линиях рециркуляции открыты. Остальная арматура активной части закрыта. Включены все контрольно-измерительные приборы и блокировки.

Контролируются следующие параметры системы:

температура корпуса ГЕ САОЗ;

уровень в ГЕ САОЗ;

давление в ГЕ САОЗ;

давление в трубопроводах САОЗ;

положение быстродействующих задвижек с электроприводом на трубопроводах САОЗ;

температура в баке аварийного запаса борной кислоты;

уровень в баке аварийного запаса борной кислоты;

температура до и после теплообменников;

положение (работает, выключен) насосов;

положение регуляторов на входе и байпасе теплообменников, клапанов с пневмоприводом на напорной магистрали, задвижек на сливе от приямков, на всасе от трубопровода планового расхолаживания, на всасе насосов, на линии рециркуляции, на байпасе регуляторов температуры, на напоре насосов.

При течах первого контура, сопровождающихся большим падением давления, система САОЗ работает следующим образом. При снижении давления в контуре менее 153 кг/см² насосы всех трех каналов запускаются на рециркуляцию через теплообменники. Со снижением давления менее 60 кг/см² открываются обратные клапаны САОЗ и раствор борной кислоты из ГЕ под давлением азота сбрасывается в активную зону. Время пролива = 38 с. При уровне уровень раствора борной кислоты в ГЕ менее 2 000 мм поступает сигнал на закрытие быстродействующих задвижек. Время их закрытия = 10 с. К моменту закрытия уровень раствора борной кислоты в ГЕ = 1 200 мм, что исключает попадание азота в ЯР.

При снижении давления в первом контуре менее 18 кг/см² открываются с запретом закрытия задвижки и клапаны с пневмоприводом на напорной магистрали насосов. При давлении менее 15 кг/см² закрываются задвижки на линии рециркуляции и раствор борной кислоты из баков начинает поступать в активную зону.

При снижении уровня в баках менее 0,5 м дистанционно закрываются задвижки на всасе насосов от баков и открываются задвижки на всасе от приямков. На теплообменник подается техническая вода. Температура среды, поступающей из приямков, снижается после прохода теплообменников до 40 °C и поддерживается около этого значения с помощью регуляторов системы САОЗ и регуляторов системы технической воды.

При проведении расчетов рекомендуется учитывать, что в системе САОЗ имеют место следующие условия работоспособности:

а) один канал ПЧ САОЗ выполнит свои функции, если:

в период времени (T_ож + T_раб) не произойдет ложного срабатывания ни одного из предохранительных клапанов - события РКП1(2,3,4)-ЛО и КПК1(2,3,4)-ЛО;

в период времени (T_ож + T_раб) не произойдет разгерметизации ГЕ САОЗ - событие ГЕ1(2,3,4)-Т;

в период времени (T_ож + T_раб) не произойдет ложного закрытия ни одной задвижки с электроприводом на основном трубопроводе - события ГЕЗ11(2,3,4)-ЛЗ и ГЕЗ21(2,3,4)-ЛЗ;

при снижении уровня в ГЕ <= 2 000 мм произойдет закрытие хотя бы одной задвижки с электроприводом на основном трубопроводе (работоспособность соответствующей "цепочки" должна сохраняться, т. о. на протяжении (T_ож + T_раб), должны произойти события ГЕЗ11(2,3,4)-ОЗ и ГЕЗ11(2,3,4)-ОЗ;

произойдет открытие обоих обратных клапанов (время - T_ож), события ГЕОК11(2,3,4)-ОО и ГЕОК21(2,3,4)-ОО;

держит давление первого контура, не допуская перетока теплоносителя из ЯР в ГЕ, хотя бы один из клапанов ГЕБЗ11/2/3/4, ГЕБЗ21/2/3/4, ГЕОК11/2/3/4 или ГЕБЗ31/2/3/4, ГЕБЗ41/2/3/4, ГЕОК11/2/3/4 в течение T_ож события - ГЕБЗ11/2/3/4-ЛО, ГЕБЗ21/2/3/4-ЛО, ГЕОК11/2/3/4-ЛО и ГЕБЗ31/2/3/4-ЛО, ГЕБЗ41/2/3/4-ЛО, ГЕОК21/2/3/4-ЛО.

б) один канал АЧ САОЗ выполнит свои функции, если:

в период времени (T_ож + T_раб) не произойдет разгерметизации и опорожнения вследствие течи бака аварийного запаса раствора - событие Б1(2,3)-Т;

в период времени (T_ож + T_раб) не произойдет ложного закрытия задвижки на трубопроводе подачи раствора от бака - событие БЗ1(2,3)-ЛЗ;

в период времени (T_ож + T_раб) не произойдет отказа задвижки на трубопроводе подачи раствора от бака, делающего невозможным ее закрытие при уровне в баке менее 0,5 м - событие БЗ1(2,3)-ОЗ;

в период времени T_ож не произойдет закисания обратного клапана на трубопроводе подачи раствора от бака в закрытом положении - событие БОК1(2,3)-ЛЗ;

в период времени (T_ож + T_раб) не произойдет ложного закрытия задвижки на всасывании насоса - событие ВНЗ1(2,3)-ЛЗ;

в период времени T_ож не произойдет отказа насоса, делающего невозможным его запуск - событие Н1(2,3)-ОЗ;

в период времени T_раб насос подает раствор в ЯР - событие Н1(2,3)-ОР;

в период времени T_ож не произойдет заклинивания обратного клапана на напоре насоса в закрытом положении - событие НОК1(2,3)-ОО;

в период времени (T_ож + T_раб) не произойдет ложного закрытия задвижки на напорной магистрали насоса - событие НЗ1(2,3)-ЛЗ;

в период времени T_ож не произойдет отказа первого от насоса пневмоклапана на напорной магистрали, делающего невозможным его открытие в момент аварии - событие НПК11(2,3)-ОО;

в период времени T_ож не произойдет отказа второго от насоса пневмоклапана на напорной магистрали, делающего невозможным его открытие в момент аварии - событие НПК21(2,3)-ОО;

в период времени T_раб не произойдет ложного закрытия первого от насоса пневмоклапана - событие НПК11(2,3)-ЛЗ;

в период времени T_раб не произойдет ложного закрытия второго от насоса пневмоклапана - событие НПК21(2,3)-ЛЗ;

в период времени T_ож не произойдет заклинивания обратного клапана на трубопроводе между пневмоклапанами и входной камерой ЯР в закрытом положении - событие ПРОК1(2,3)-ОО;

отсутствуют перетечки из первого контура в напорный трубопровод за первый от насоса пневмоклапан, т.е. при негерметичности обратного клапана ПРОК1(2,3) (событие ПРОК1(2,3)-ОЗ) или одновременной негерметичности обратного клапана ВКОК1(2,3) (событие ВКОК11(2,3)-ЛО) и пневмоклапана ВКПК1(2,3) (событие ВКПК1(2,3)-ЛО) держит давление хотя бы один из пневмоклапанов НПК21(2,3) (событие НПК21(2,3)-ЛО) или НПК11(2,3) (событие НПК11(2,3)-ЛО);

в период времени T_ож плюс время снижения давления в первом контуре до 15 кг/см² не произойдет ложного закрытия ни одной из задвижек на линии рециркуляции (события НРЗ11(2,3)-ЛЗ и НРЗ21(2,3)-ЛЗ);

в период времени T_ож плюс время снижения давления в первом контуре до 15 кг/см² не произойдет отказа хотя бы одной задвижки на линии рециркуляции, исключающего их закрытие (события НРЗ11(2,3)-ОЗ и НРЗ21(2,3)-ОЗ);

в период времени T_ож плюс время опорожнения бака не произойдет отказа задвижки на всасе от приямка, исключающего ее открытие (событие ПЗ1(2,3)-ОО);

в период времени T_раб не произойдет ложного закрытия задвижки на всасе от приямка (событие ПЗ1(2,3)-ЛЗ);

в период времени (T_ож + T_раб) плюс время опорожнения бака не произойдет отказа теплообменника, исключающего охлаждение раствора до 40 °C (событие Т1(2,3)-Т);

в период времени (T_ож + T_раб) не будет утрачена возможность регулирования температуры теплоносителя, поступающего от приямков, т.е. не откажут регулятор на входе в теплообменник (событие ТР1(2,3)-ОО) или его байпас (событие ТРЗ1(2,3)-ОО) и одновременно регулятор на байпасе теплообменника и задвижка перед ним (события ТРБ1(2,3)-ОО и ТРБЗ1(2,3)-ОО);

в период времени T_ож отсутствуют перетечки теплоносителя из первого контура (петля 1) во всасывающий трубопровод, т.е. держит давление хотя бы один из блоков клапанов ППЗ1, ППЗ2, ППЗ3 (события ППЗ1-ЛО, ППЗ2-ЛО, ППЗ3-ЛО) или ППЗ4, ППЗ5 (события ППЗ4-ЛО, ППЗ5-ЛО);

в период времени T_ож держит давление задвижка подключения к всасывающей магистрали линии планового расхолаживания (событие ПРЗ1(2,3)-ЛО).

При этом работоспособность второго (третьего) канала обеспечивается в сочетании с событиями ГЕОК24-ОО, ГЕОК23(4)-ЛО (ГЕОК22-ОО, ГЕОК21(2)-ЛО), описанными при формулировании условий работоспособности канала пассивной части.

Рекомендуется рассчитать вероятность выполнения (или невыполнения) функции САОЗ обеими частями системы одновременно. Рекомендуется производить расчеты без отсечения "малозначащих" КПУФ и МСО. СФЦ системы представлена на рис. 18.2 - 18.10 к настоящему приложению, соответствующие ДО на рис. 18.11 - 18.22 к настоящему приложению, а описание элементов в таблице N 18.1 к настоящему приложению. В таблице N 18.2 к настоящему приложению представлены примеры КПУФ, а в таблице N 18.3 к настоящему приложению наиболее значимые МСО.

Рис. 18.2. Корневая схема функциональной целостности системы

аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.3. Схема функциональной целостности канала 1

пассивной части системы аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.4. Схема функциональной целостности канала 2

пассивной части системы аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.5. Схема функциональной целостности канала 3

пассивной части системы аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.6. Схема функциональной целостности канала 4

пассивной части системы аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.7. Схема функциональной целостности канал 1 активной

части системы аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.8. Схема функциональной целостности канала 2

активной части системы аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.9. Схема функциональной целостности канала 3

активной части системы аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.10. Схема функциональной целостности перетечки

теплоносителя в первый контур

Рис. 18.11. Дерево отказов системы аварийного охлаждения

активной зоны

Рис. 18.12. Дерево отказов канала 1 пассивной части системы

аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.13. Дерево отказов канала 2 пассивной части системы

аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.14. Дерево отказов канала 3 пассивной части системы

аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.15. Дерево отказов канала 4 пассивной части системы

аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.16. Дерево отказов канала 1 активной части системы

аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.17. Трансферное дерево отказов канала 1 активной

части системы аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.18. Дерево отказов канала 2 активной части системы

аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.19. Трансферное дерево отказов канала 2 активной

части системы аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.20. Дерево отказов канала 3 активной части системы

аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.21. Трансферное дерево отказов канала 3 активной

части системы аварийного охлаждения активной зоны

Рис. 18.22. Дерево отказов перетечки теплоносителя

из первого контур

Таблица N 18.1

Описание элементов схема функциональной целостности системы

планового и аварийного расхолаживания