Техногенный риск

Указанные выше методические разработки могут иметь как ведомственно-объектовый, так и унифицированный характер. При этом принципиально важно, что остаточный ресурс должен определяться с более высокой научно-методической точностью, чем проектный и исходный.

Для вновь проектируемых машин  и конструкций расчеты прочности  проводят применительно ко всему  спектру эксплуатационных режимов нагружения, включая предпусковые и периодические испытания, пуски

—  остановы, регулирование рабочих параметров и срабатывание систем аварийной защиты.

Для надлежащего обоснования прочности, ресурса и трещиностойкости требуется  комплекс расчетов напряженно-деформированного состояния несущих элементов, включающий определение номинальных а^э_н и максимальных а^э_{тах к} напряжений, амплитуд этих напряжений, максимальных 7^ъ_тахи минимальных Р _min температур эксплуатации, чисел циклов N* и времени т^э эксплуатации. Эти расчеты для сложных многоэлементных узлов дополняют испытаниями моделей из оптически активных (фотоупругость) и низкомодульных материалов и из соответствующих конструкционных материалов. Испытания проводят при имитации эксплуатационных режимов нагружения, а номинальные и локальные напряжения, деформации, температуры измеряют тензорезисторами, оптически активными и хрупкими тензочувствительными покрытиями, средствами муара, голографии, термовидения.

Для подтверждения критериальных  характеристик прочности, ресурса и трещиностойкости проводят комплекс аттестационных испытаний на стандартных, унифицированных или специальных лабораторных образцах. В тех случаях, когда создаются новые и ответственные конструкции, проводят испытания моделей с доведением их до предельного состояния

— развитие недопустимой деформации, вязкое или хрупкое разрушение, образование  и развитие трещин. При этом широко используют методы и средства дефектоскопии  — ультразвуковой, рентгеновской, оптической, акустической и акустоэмиссионной, электромагнитной, термовизионной, голографической.

По результатам указанных испытаний  решают две важные практические задачи:

—  обоснование принятых расчетных  схем, расчетных случаев, предельных состояний и запасов прочности;

—  переход на новые, обычно пониженные, запасы прочности.

ДИАГНОСТИКА И КОНТРОЛЬ ЗАПРОЕКТНЫХ АВАРИЙ НА АЭС

Мировой опыт эксплуатации АЭС, составляющий примерно 5000 реакторолет, показывает, что проблема безопасности — проблема потенциально возможных маловероятных аварий по причине отказа технических систем, ошибок персонала и внешних воздействий. Объекты атомной промышленности (АЭС, промышленные и исследовательские реакторы, предприятия ядерного топливного цикла, атомные подводные лодки и пр.) относятся к потенциально радиационно-опасным объектам (РОО) при аварии и разрушениях которых могут произойти массовые поражения людей, животных, растений. Сила воздействия поражающих факторов определяется степенью тяжести аварии. Оценка степени тяжести аварии определяется по Международной шкале оценки опасности событий на АЭС.

Основными поражающими факторами в ходе запроектной аварии, связанной с разрушением активной зоны реактора при создании условий возникновения теплового или парового взрыва, будут ударная волна, тепловой и световой потоки, проникающая радиация. Эти факторы сопровождают разрушение активной зоны, и их действие проявляется в течение относительно короткого времени после аварии, и они локализованы вокруг места взрыва. Вторичными факторами аварии будут пожары, разрушения, затопления и радиоактивное заражение окружающей среды, которое может быть опасным на протяжении суток, недель и лет после аварии.

При эксплуатации АЭС рассматриваются следующие режимы функционирования: нормальная эксплуатация, нарушение нормальной эксплуатации, аварийная ситуация, авария. В свою очередь аварии подразделяются на проектные, максимально-проектные, тяжелые запроектные, запроектные и ядерные аварии.

Главная цель ядерной безопасности заключается в том, чтобы обезопасить от вредных воздействий отдельных лиц, общество и окружающую среду путем создания и поддержания на АЭС эффективной защиты от радиологической опасности. Такая защита, достигаемая техническими средствами и организационными мероприятиями, реализуется на основе последовательных уровней безопасности — "принципа защиты в глубину". В рамках этого принципа задача первого уровня безопасности — предотвращение аварий и инцидентов, поддержания эксплуатации АЭС в пределах, исключающих возникновение аварии, обеспечивается гарантиями качества работ, обработанностью конструкций установки, надежностью систем и квалификацией персонала. Задачей второго уровня является защита от проектных аварий, т.е. перевод реакторной установки в безопасное состояние и предотвращение развития аварии, которая должна подавляться на ранней стадии. Этот уровень обеспечивается системами безопасности. Задачей третьего уровня безопасности является защита от маловероятных и гипотетических аварий, ограничение их последствий.

Для достижения главной цели безопасности — предотвращения выхода радиоактивных продуктов за пределы физических барьеров предусматривается выполнение следующих фундаментальных функций безопасности:

— контроль и управление реактивностью, обеспечение охлаждения активной зоны реактора, локализация и надежное удержание радиоактивных продуктов.

Эти функции реализуются  в соответствии с принципом защиты в глубину во всех проектах АЭС. При  эксплуатации требуется выполнение этих фундаментальных функций одновременно и постоянно. Для реализации выполнения этих фундаментальных функций служат системы нормальной эксплуатации, важные для безопасности, и системы безопасности, которые по характеру выполняемых ими функций разделяются на защитные СБ, локализующие СБ, управляющие СБ, обеспечивающие СБ.

Согласно требованиям  ПН АЭС все системы, оборудование и трубопроводы АЭС (элементы АЭС), предназначенные для выполнения фундаментальных функций, подлежат ранжированию на классы по влиянию элементов и систем на безопасность, и группы безопасности по степени влияния систем, составной частью которых они являются, на безопасность.

Еще на стадии проектирования АЭС в вероятностном анализе  безопасности (ВАБ) проекта реакторной установки проводится анализ безопасности. В нем для всего спектра исходных событий проектных и запроектных аварий (отказов тех или иных систем) рассматриваются сценарии развития аварии, строятся "деревья событий", выявляются наиболее слабые узлы и системы оборудования АЭС, отказ которых способствует развитию аварийных процессов, и принимаются решения по введению дополнительных мер безопасности. Это позволяет уже на первом уровне ВАБ выявить наиболее существенные меры по повышению безопасности АЭС и снижению вероятности тяжелой аварии, произвести ранжирование систем и элементов систем АЭС.

Основное техническое  решение, обеспечивающее радиационную безопасность АЭС, состоит в принципе эшелонированной защиты, включающей последовательный ряд независимых преград на пути от места образования радиоактивности до окружающей среды. Такими барьерами, предотвращающими распространение радиоактивности, являются топливная матрица, оболочка твэлов, корпус реактора или металлоконструкции реактора, системы оборудования и трубопроводов, прочноплотные боксы, конфтайнменты и контайменты и др.

Для повышения самозащищенности систем безопасности и барьеров АЭС разрабатываются и совершенствуются средства диагностики этих систем. Поэтому среди мероприятий, направленных на обеспечение надежной и безопасной работы АЭС, предотвращение и локализацию аварийных ситуаций и аварий, восстановление нормального состояния технологического оборудования важное место принадлежит технической диагностике. Глубина диагностирования каждого элемента зависит от класса и группы системы безопасности, к которой он относится, и осуществляется на основе критерия влияния отказа элемента на безопасность реакторной установки. Диагностирование систем безопасности и барьеров проводят на всех этапах жизненного цикла АЭС.

Согласно требованиям  ОПБ-88/97 ядерный объект отвечает требованиям безопасности, если его радиационное воздействие на персонал, население, окружающую среду при нормальной эксплуатации и проектных авариях не приводит к превышению установленных доз облучения персонала и населения и нормативов по выбросам и содержанию радиоактивных веществ в окружающей среде, а также ограничивает это воздействие при запроектных авариях. Однако эксплуатация АЭС показала реальность возникновения аварийных ситуаций, поэтому в ОПБ-88/97 включены понятия проектных, запроектных, ядерных аварий и управления запроектной аварией. Запроектная авария — авария, вызванная не учитываемыми для проектных аварий исходными событиями или сопровождающаяся дополнительными по сравнению с проектными авариями отказами систем безопасности сверх единичного отказа, реализацией ошибочных действий персонала, которые могут привести к тяжелым повреждениям или к расплавлению активной зоны. Уменьшение последствий запроектной аварии достигается управлением аварией и/или реализацией планов мероприятий по защите персонала и населения. Для этих действий используют любые имеющиеся в работоспособном состоянии технические средства, предназначенные для нормальной эксплуатации, для обеспечения безопасности при проектных авариях или специально предназначенные для уменьшения последствий запроектных аварий.

СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА, МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ

Развитие добычи нефти  и газа на континентальном шельфе, наряду с экономической целесообразностью, может иметь ряд негативных последствий, связанных с неблагоприятным воздействием на окружающую среду, и требует учета все усложняющихся связей системы "человек — машина — среда", поиска путей и средств их взаимодействия. Одним из эффективных методов выявления и использования связей, реально существующих между техникой и технологией производства, их взаимодействия с человеком и окружающей средой является системный подход, рассматривающий в единстве и взаимосвязи процессы сложных систем.

Особенностью морской  добычи нефти и газа является повышенная вероятность возникновения аварий, сопровождающихся выбросом в атмосферу и водную среду опасных загрязнителей: углеводородных и токсичных газов, химических реагентов, буровых растворов, продуктов бурения (шлам), пластовых вод и т.д.

Существование широкой  номенклатуры потенциальных источников загрязнения на нефтепромыслах шельфа (выбросы при авариях из скважин, трубопроводов и нефтехранилищ, образование грифонов, утечка нефтепродуктов из подводных хранилищ и трубопроводов, выбросы при нарушении герметичности технологического оборудования, резервуаров и пр.) при высокой плотности размещения на буровых и эксплуатационных платформах технологического оборудования и систем производственных, жилых и складских помещений, развитой сети подводных коммуникаций создают сложности в определении источников аварийной ситуации. В связи с этим выявление очагов загрязнения, оценка степени загрязнения морской воды и атмосферы является сложной научно-технической задачей, требующей создания надежной системы наблюдения и контроля — мониторинга загрязнения окружающей среды (ОС).

При такой постановке задачи система мониторинга ОС является составной частью единой многофункциональной распределенной системой управления, обеспечивающей контроль и управление качеством ОС, технологическими процессами добычи и транспортировки нефти и газа, своевременное выявление пожаровзрывоопасных источников (источников аварийной ситуации, мест утечки нефтепродуктов и вредных примесей, определение степени и характера загрязнения ОС при постоянном контроле технологического состояния конструкций морских сооружений, технологического оборудования и систем). Мониторинг загрязнения ОС на акваториях месторождений требует как оперативного (непрерывного) контроля непосредственно в районе морских стационарных платформ (МСП) зона I, так и периодического контроля загрязнения периферийных зон (зона II) мобильными средствами (или с помощью буковых станций в прилегающих акваториях), выполняемого, как правило, специализированными службами.

Система мониторинга  строится по иерархическому принципу. На нижнем уровне — автоматизированные системы, установленные на МСП, определяют степень и характер загрязнения ОС с целью выявления мест утечки нефтепродуктов и вредных примесей. Система верхнего уровня иерархии располагается на берегу или центральной кустовой (технологической) платформе. На основе обработки информации, поступающей по радио или телеметрическим каналам связи с системами, расположенными на МСП и буйковых станциях в прилегающих к месторождению акваториях, определяется уровень и направление распространения загрязнений в данном регионе. Здесь рассматривается работа системы оперативного контроля параметров воздушной и водной среды, которые могут достаточно быстро изменяться в результате нарушения нормального функционирования технологического оборудования или нефти и газопроявлений в районе МСП (например, за счет образования грифонов). Параметры загрязнения воздушной и водной среды, не подвергающиеся резким изменениям вследствие функционирования морских платформ, целесообразно контролировать периодически. Такой подход позволяет оптимизировать номенклатуру контролируемых загрязнителей и их параметров, организовать контроль с целью их своевременного выявления и ликвидации возможных очагов загрязнения на ранних стадиях.

Из большой номенклатуры возможных загрязнителей и показателей  качества морской воды для автоматического  контроля и анализа выбираются репрезентивные показатели, позволяющие интегрально оценивать качество морской среды. Учитывая, что основным источником загрязнения на морских промыслах являются утечка нефти и газа при повреждениях технологического оборудования, аварийных выбросах, образовании грифонов и т.д., в качестве контролируемых параметров выбираются:

— наличие нефтяной пленки на поверхности воды,

— растворенные в воде нефтепродукты,

—  содержание в воде растворенного кислорода,

—  показатель кислотности  воды (РН).

При оценке загрязнения  воздушной среды для большинства  месторождений нефти и газа на шельфе основными показателями являются содержание взрывоопасных газов (паров нефти) метановой группы, содержание СО и СО₂, в некоторых случаях H₂S, SO₂ и др. Контроль перечисленных выше параметров загрязнения воздушной и водной среды осуществляется соответствующими контрольно-предупредительными системами, входящими в состав автоматизированной системы безопасности контроля загрязнения (АСБКЗ) окружающей среды и управления технологическими процессами (УТП) добычи нефти и газа морских стационарных платформ, обеспечивающей безопасность эксплуатации платформ, своевременное принятие мер по устранению неисправностей оборудования и систем. Указанные подсистемы обладают большой степенью автономности и могут применяться самостоятельно.