Управление Ростехнадзора по Калужской области

Обеспечение сейсмостойкости объектов энергетики


Землетрясения занимают одно из первых мест по жертвам населения (более 60 % всех жертв) от различных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Развитие объектов экономики, сосредоточение и рост населения в мегаполисах и крупных населенных пунктах в непосредственной близости от объектов опасных технологий определяют значительные риски человеческих, экономических потерь, экологического ущерба при землетрясениях.

О землетрясениях и их последствиях

Накоплена историческая информация о зонах, наиболее подверженных землетрясениям. В их числе побережье Тихого океана (восточная часть Северной и Южной Америки), Карибское побережье, острова Японского архипелага, южное, северное и восточное побережье Средиземного моря, восточная часть побережья Филиппинских островов. Записи сейсмических колебаний грунта (акселерограммы и сейсмограммы) ряда крупных землетрясений включены в каталоги. Эти сведения используются в качестве аналоговых при проведении поверочных расчетов сейсмостойкости атомных электрических станций (АЭС). В зонах высокой сейсмичности землетрясения происходят практически ежедневно. Так, в Калифорнии в год насчитывается до 10 тыс. землетрясений различной магнитуды. С развитием технического прогресса и по сравнению с прошлыми веками последствия землетрясений становятся особенно катастрофичными.

На территории Японии, которая характеризуется как сейсмоопасная зона, размещены АЭС в составе 51 энергоблока. Почти 90 лет назад, 1 сентября 1923 г. в Токио и Иокогаме произошло сильное землетрясение, сопровождавшееся цунами с волнами высотой более 10 м. Такого эффекта цунами достигает, когда эпицентр расположен на глубине 10 – 30 км и магнитуда в нем составляет не менее 8. Это землетрясение разрушило до щебня многие сооружения Токио и унесло жизни более 2/3 населения города и близлежащих населенных пунктов. Землетрясение в Кобе (Япония) в 1995 г. не сказалось на работе АЭС, но человеческие потери и экономический ущерб были значительными.

Безусловно, негативный опыт землетрясений движет знаниями. Японские специалисты способны строить сейсмоустойчивые здания и сооружения. Опыт последнего землетрясения в Японии (март 2011 г.) подтвердил, что можно даже на площадках в высокосейсмичных зонах создавать сейс моустойчивые сооружения. Здания и сооружения, в том числе на проблемных энергетических блоках АЭС «Фукусима -1 » в Японии, практически сохранили свою устойчивость при землетрясении 11.03.2011, а также серии последовавших за ним землетрясений более низкой интенсивности. Землетрясения различной интенсивности постоянно возникали на островах Японского архипелага, а здания и сооружения объектов опасных технологий сохраняли при этом свою живучесть. В случае землетрясения 11.03.2011 для энергоблоков АЭС «Фукусима -1 » определяющим явился эффект разрушений и повреждений от цунами компонентов инфраструктуры вблизи АЭС, на ее площадке, а также аварийных сценариев в цепочке последовавших взаимообусловленных и взаимосвязанных событий. Трудно исключить из анализа сценариев возможных процессов, предопределивших плавление активной зоны, нарушение формы и устойчивости при сейсмических колебаниях элементов активной зоны и (или) элементов системы управления защитой, если сейсмические воздействия, которые реализовались на площадке АЭС «Фукусима -1 », были выше сейсмических воздействий, принятых в проектных основах.

Япония достигла значительных успехов в прогнозировании сейсмических воздействий, норма тивном регулировании, практической реализации сейсмоустойчивых конструкций и сооружений, систем защиты и средств защиты АЭС от землетрясений.

В России опыт японских ученых еще в 70- е годы был тщательно исследован, прежде чем появились первые российские нормы по сейсмостойкому проектированию. Но нередко упускают из вида негативные ассоциации процессов, при которых происходят сочетания неожидаемых событий и их последствий, ассоциации процессов, явлений и факторов. Землетрясения вызывают разрушения, взрывы и пожары. Разрушаются не только воздушные линии электропередачи, учитывая специфику их конструкций, но и кабельные линии электропередачи, подстанции, возникают замыкания в электрических соединениях, проблемы в автоматических системах управления технологическими процессами. После землетрясения и почти одновременно с ним происходят цунами, высота волн которых определяется интенсивностью землетрясения, обвалы грунтовых масс, сходят сели, оползни и др.

При землетрясениях в горах Вранча (Румыния) в 1977 г. большие разрушения были на тепловых электрических станциях, объектах промышленности, возникали повреждения мостов и дорог, за трудняющих доставку оборудования и средств спасения на поврежденные и разрушенные объекты в зоне влияния сейсмического воздействия. Погибло из-за землетрясений в Румынии более 15 тыс. человек.

Несмотря на принимаемые меры по обеспечению сейсмостойкости АЭС и других объектов энергетики и промышленности, объектов гражданского назначения, анализ землетрясений свидетель ствует, что их последствия становятся наиболее тяжелыми по причине недоучета ассоциаций, взаимообусловленных и взаимосвязанных событий. Ассоциации, сопровождающие землетрясения, приводят к чрезвычайным ситуациям наибольшей степени тяжести.

В качестве примеров можно рассмотреть два землетрясения. В 1923 г. при землетрясении в Конто (Япония) магнитудой 8,3 по шкале Рихтера эпицентр находился возле о-ва Осима. За несколько секунд было разрушено свыше 254 тыс. домов. Вспыхнувшими пожарами более половины Токио и практически вся Иокогама были сожжены дотла. Число жертв достигло 143 тыс. человек. Цунами, высота волн которого составила 10 – 12 м, уничтожило маленькие города по берегу залива. В 1970 г. в Перу при землетрясении магнитудой 7,8 по шкале Рихтера менее чем за 30 с обрушилась большая часть зданий в г. Уарас, на склонах гор произошли десятки оползней. Одна из снежных лавин за 2 мин достигла г. Юнгай, оставив от него лишь небольшую часть соборной стены. В общей сложности погибли 70 тыс. человек.

Всегда остается остаточный риск от недоучета землетрясений и связанных с ними ассоциаций. Этот фактор — определяющий при выборе места размещения объекта опасных технологий, разра ботке его генерального плана, прокладке коммуникаций, а также при выборе технологий производства энергии. Взвешенный подход позволяет не допустить или минимизировать не только прямые ущербы персоналу, экономике объекта и страны, но и населению, окружающей среде. Компенсацию последствий от землетрясений сложно переложить на «плечи» страховых компаний. Такие события ими, как правило, не страхуются.

Размещение объектов энергетики обусловлено не только близостью к топливным ресурсам и их доступностью, к потребителю энергии, но и запасами водной энергии. Однако для таких объектов, как АЭС, вопрос о размещении — определяющий. Объекты энергетики очень разнообразны по типам, критериям и нормам безопасности. Одинаковые типы объектов в разных условиях размещения отличаются разной способностью быть безопасными. Поэтому при размещении объектов энергетики должны быть взвешены все компоненты опасности и все компоненты выгоды. Но при этом компоненты опасности должны быть минимизированы. На важность такого подхода указывают последствия аварий, когда все неожидаемые события реализовывались в самом тяжелом сценарии.

Нормативная база для обеспечения сейсмостойкости объектов энергетики

Первые АЭС России проектировались без учета нагрузок от сейсмических воздействий. Вопросы нормативного регулирования безопасности АЭС при сейсмических воздействиях стали особо актуальными после румынского землетрясения (1977 г.). В зоне его влияния были построены по советскому проекту в Болгарии два энергоблока АЭС «Козлодуй» с реакторами ВВЭР -440. В сейсмоопасной зоне находилась Армянская АЭС, в зонах повышенной сейсмичности — другие энергоблоки АЭС с реакторами ВВЭР -440, РБМК-1000 и ВВЭР-1000, в том числе на территории Украины и в странах-членах Совета экономической взаимопомощи. Планировалось дальнейшее развитие строительства энергоблоков АЭС по советским проектам. Специально для АЭС был разработан отечественный нормативный документ «Временные нормы проектирования атомных энергетических установок для сейсмических районов. ВСН -15-78 ». При его создании учитывались документы МАГАТЭ, США, Японии, Франции, Румынии. Впервые была поставлена задача по обеспечению сейсмостойкости не только зданий и сооружений, но и технологического и электротехнического оборудования, технологических систем.

Сейсмостойкость объектов промышленности и объектов гражданского назначения обеспечивалась в соответствии со строительными нормами и правилами : «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования. СНиП II-7-81 » и его пересмотренная редакция СНиП II -7-81.

С 1978 по 1995 г. практически была создана нормативная база, которая обеспечивала проектирование, а также проведение оценок сейсмостойкости на этапе эксплуатации АЭС: «Общие положения обеспечения безопасности атомных станций. ОПБ-88 » (пересмотренная редакция — «Общие положения обеспечения безопасности атомных станций. ОПБ -88/97 »); «Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. ПНАЭ Г-7-002-87 »; «Нормы строительного проектирования атомных станций с реакторами различного типа. ПиН АЭ-5.6 »; «Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций. ПНАЭ Г -5-006-87 » (пересмотренная редакция — «Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций. НП -031-01 »); Требования к размещению атомных станций (1987 г.); «Размещение атомных станций. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности. ПНАЭ Г -03-33-93 » (пересмотренная редакция — «Размещение атомных станций. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности. НП -064-05 »); «Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на ядерно и радиационно опасные объекты. ПНАЭ Г -05-035-95 » (пересмотренная редакция в 2005 г. — «Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на объекты использования атомной энергии. НП -064-05 »).

Нормы были разработаны, но строительство новых атомных станций приостановилось после аварии на Чернобыльской АЭС. Проводились мероприятия по повышению безопасности действующих АЭС в части усиления систем безопасности, внутренней самозащищенности АЭС, в том числе мероприятия по повышению сейсмостойкости и устойчивости к внешним воздействиям на действующих АЭС и других объектах использования атомной энергии (ОИАЭ). На специальных стен дах проверялись на сейсмостойкость оборудование, фильтры, клапаны, регулирующая и запорная арматура, электротехническое оборудование, кабельные каналы и проходки, шкафы с реле щитов управления АЭС.

На основе названных выше нормативных документов (НД) в статусе федеральных норм и правил в области использования атомной энергии также был разработан нормативный документ «Требования к содержанию отчета по обоснованию безопасности атомных станций с реакторами ВВЭР. ПНАЭ Г -1-036-95 » (пересмотренная редакция — «Требования к содержанию отчета по обоснованию безопасности атомных станций с реакторами ВВЭР. НП -006-98 »). В этом документе сформулированы положения, касающиеся представления информации в части определения и учета внешних воздействий, и с учетом которых уже более 15 лет проводится экспертиза обосновывающих безопасность документов при лицензировании деятельности на АЭС с ВВЭР. Позднее был разработан аналогичный документ для атомных станций с реакторами на быстрых нейтронах (НП -018-2000, пересмотренная редакция — НП -018-05).

Нормативные документы разрабатывались при участии специалистов различных ведомств путем обсуждения и согласования мнений по разным аспектам нормативного регулирования. Учи тывался мировой и отечественный опыт обеспечения безопасности ОИАЭ, а также мировой и отечественный научный и практический опыт обеспечения сейсмостойкости и устойчивости к внешним воздействиям.

Для практической реализации обязательных требований вышеперечисленных НД применяются руководства по безопасности (РБ): «Руководство по анализу опасности аварийных взрывов и определению параметров их механического действия. РБ Г -05-039-96 »; «Определение исходных сейсмических колебаний грунта для проектных основ. РБ -006-98 » и «Оценка сейсмической опасности участков размещения ядерно и радиационно опасных объектов на основе геодинамических данных. РБ -019-01 ».

Для объектов энергетики, работающих на других источниках энергии, сейсмические воздействия учитываются в соответствии с общестроительными нормами и правилами, содержащими требования к изысканиям и исследованиям сейсмичности территорий под строительство объектов и отдельные требования к проектированию зданий, сооружений и конструкций с учетом особых сейсмических воздействий. Также применяются государственные стандарты по испытаниям на сейсмостойкость типовых изделий и оборудования (в основном рекомендованных для использования на АЭС). Не установлено в НД и в проектной документации применение системного подхода к обеспечению сейсмостойкости и устойчивости к внешним воздействиям для тепловых электрических станций и гидроэлектростанций, к обеспечению сейсмостойкости оборудования и других технических устройств.

Определение сейсмических воздействий на площадке размещения объектов

В России по традиции картирование сейсмической опасности ведется в баллах по шкале сейсми ческой интенсивности (карты 1968, 1979, 1999 гг.). Только макросейсмические данные позволяют охватывать большие промежутки времени и изучать последствия происшедших землетрясений на территории России и других стран. Благодаря сочетательному применению для анализов данных макросейсмических и инструментальных наблюдений могут быть получены прогнозные данные по сейсмичности для тех или иных территорий. Для прогнозов исходная информация принимается из фондовых материалов. На основании карты Общего сейсмического районирования (ОСР) опре деляется ожидаемая сейсмичность площадки. Эта исходная информация, прежде всего, необходима для выбора пригодности региона и района размещения объекта. Для проектирования и строительства объектов требуются более конкретные данные для площадок, на которых они планируются к размещению. Карты ОСР постоянно совершенствуются с учетом результатов инструментальных исследований. Задачи сейсмического районирования решаются с помощью комплексных исследований (сейсмологических, геологических, геофизических, геохимических, геодезических). Современные карты ОСР, созданные под руководством В. И. Уломова (1999 г.), построены на основе принципов сейсмической параметризации зон возникновения очагов землетрясений (ВОЗ).

Сейсмическую опасность в России принято характеризовать средним периодом повторяемости землетрясений различной интенсивности. Используется комплект карт ОСР-97 для объектов разной ответственности, на которых сейсмическая опасность соотнесена с периодами повторяемости землетрясений, как максимальная интенсивность сейсмических воздействий, достигаемая раз в 500, 1000, 5000 лет. В иной трактовке таким воздействиям соответствуют 90 % вероятности непревышения в течение 50 лет соответственно 10; 5 и 1 %. Кроме этих трех карт, утвержденных в качестве нормативных, специально для атомных объектов разработана еще одна карта для периода повторяемости раз в 10 000 лет. Как уже отмечалось выше, эти карты обеспечивают общей информацией для прогно за землетрясений при обосновании инвестиций, а также могут использоваться для проектирования объектов, не представляющих существенную опасность для населения и окружающей среды. Для АЭС рекомендована карта ОСР -97D.

Для оценки опасности особо важных объектов и АЭС требуется провести детальное сейсмическое районирование (ДСР). При ДСР, как и при ОСР, изучаются источники сейсмической опасности — зоны ВОЗ, а также условия генерации и распространения сейсмических колебаний. Степень детальности при проведении исследований при ДСР определяется единственным критерием — безопасностью объекта. Существенный фактор — учет опасности от землетрясений малых магнитуд. При малых магнитудах площадь поражения невелика, но значительный ущерб может быть связан с особой ценностью объекта или с тем, что повреждение объекта может представлять большую опасность для населения и окружающей среды. При сейсмическом микрорайонировании (СМР), в отличие от ОСР и ДСР, изучаются не источники сейсмической опасности, а реакция грунтов на сейсмические воздействия. Карты СМР строятся в масштабе 1:5000 (не мельче).

Поскольку баллы нельзя непосредственно использовать в инженерных расчетах, оценки сейсмичности площадок размещения объектов из баллов в амплитуды движения грунта переводятся по шкале сейсмической интенсивности (в настоящее время по шкале MSK -64). Однако для ответственных сооружений этих данных недостаточно.

Существенными являются не только сейсмическая интенсивность (ускорения в баллах и в ре альных количественных значениях), но и скорости, смещения грунта, продолжительность колебаний. Проектные спектр колебаний грунта и исходная для нулевой отметки (на отметке свободной поверхности грунта) размещения сооружения акселерограмма (сейсмограмма) должны соответствовать ожидаемым значениям основных параметров движения грунта. В этом отношении «Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций. НП -031-01 » выгодно отличаются от более ранних аналогичных норм. Параметры ожидаемых сейсмических воздействий определяются на основании региональных оценок, полученных при ОСР, ДСР и СМР с учетом среднемировых данных.

В соответствии с этими оценками подбираются реальные акселерограммы или генерируются синтетические акселерограммы. Методы таких преобразований разработаны и применяются для получения конкретной информации для проектирования АЭС.

В основном для других объектов энергетики используются карты СМР. Для зон повышенной и вы сокой сейсмичности территорий этого недостаточно. Поэтому как минимум необходимо внедрить аналогичный, как и для ОИАЭ, подход для гидротехнических сооружений I, II и III классов и гидроэлекростанций, учитывая тяжесть возможных последствий при авариях на них.

Для прогноза сейсмических явлений, а также параметров колебаний грунта от землетрясений не обходимо непрерывное наблюдение за природными процессами. Это также важно для выявления на ранних стадиях развития опасных тенденций. Для мониторинга сейсмических явлений в районе особо опасных объектов сети регулярных сейсмических станций недостаточно. Поэтому для целей АЭС организуются специальные сети высокочувствительных сейсмических станций. Обычно эти станции устанавливаются при ДСР и продолжают работу после начала функционирования объекта. Поскольку наиболее точный прогноз сейсмических воздействий можно произвести на основании данных о сильных колебаниях грунта, станции локальных сетей, кроме высокочувствительной аппаратуры, должны оборудоваться и приборами сильных движений грунта.

В последнее время прогнозируются превышения сейсмичности практически во всех зонах Земли. Эту тенденцию следует учитывать и в целях безопасности уточнять геодинамические условия для сейсмически слабоактивных территорий, где размещены или будут размещены АЭС и другие особо ответственные объекты. Это необходимо делать также для объектов ядерного топливного цикла, хранилищ отработанного ядерного топлива, высоконапорных гидроэлектростанций, а также объектов энергетики и промышленности, характеризующихся чрезвычайными ситуациями регионального, межрегионального и федерального уровней.

О проведении проверок сейсмостойкости АЭС

Системный подход к обеспечению сейсмостойкости АЭС предполагает, что объект (АЭС) — единая взаимосвязанная система, в которой все компоненты размещены, запроектированы и эксплуатируются таким образом, что обеспечивается полностью и с определенными запасами прочность, устойчивость и надежность всех компонентов АЭС при внутренних исходных событиях возможных аварий и внешних воздействиях, включая сейсмические, с учетом их важности для безопасности и категорий сейсмостойкости. Системный подход — стержень методологии обеспечения безопасности.

Существует приоритет обеспечения внутренней самозащищенности объекта на уровне его собственных технологических и конструктивных решений. Оцениваются возможность негативного воз действия на объект со стороны окружающей среды и неопределенность в прогнозах достаточности защит на основе детерминистических и вероятностных методов.

Если на АЭС недостаточно решены проблемы безопасности, имеются слабые места в проектных решениях, то обеспечение сейсмостойкости АЭС проблематично.

Функциональная модель «ОИАЭ — окружающая среда» наиболее полно отражает содержание и со ставляющие системного подхода к решению проблемы сейсмостойкости и устойчивости к внешним воздействиям ОИАЭ.

Технические аспекты обеспечения безопасности АЭС при землетрясениях базируются на достаточ ности самозащищенности АЭС от внутренних исходных событий. Чем больше у систем и элементов АЭС запасов прочности, устойчивости и надежности, чем качественнее выполнено физическое разделение систем и элементов в целях предотвращения их взаимного негативного влияния друг на друга при нарушениях и авариях на АЭС, чем более продумана и реализована система резервирования ответственного оборудования, обеспечивающего выполнение функций в аварийных ситуациях, тем увереннее можно гарантировать способность АЭС выдержать сейсмические воздействия без устройства специальных сейсмических защит и (или) при их оптимальном количестве.

С учетом особенности сейсмического воздействия вызывать резонансные явления, важным аспектом обеспечения сейсмостойкости является использование надежных, но различных по типам оборудования и иных технических устройств. А в целях обеспечения нормальной эксплуатации при менение принципа разнотипности является важным и по другим причинам. Так, для бесперебой ного энергоснабжения следует предусматривать на объекте электропитание для собственных нужд АЭС не только от электрических сетей, но и от дизельных электростанций, аккумуляторных батарей или иных источников запасенной электрической энергии (но без чрезмерного избытка в целях экономической эффективности), разделенных расстоянием, с отличающимися амплитудно-частотными характеристиками, чтобы исключить отказы по общей причине.

Можно не проводить специальных мероприятий по сейсмической защите в случае размещения АЭС на площадках с низкими уровнями сейсмических воздействий (до 5 баллов по шкале MSK -64). Опыт сейсмических анализов показывает, что конструкции имеют достаточные запасы, чтобы быть неуязвимыми при землетрясениях. Но всегда следует оценивать, насколько сильно возрастают сейсмические воздействия на отметках закрепления опор оборудования и трубопроводов, и смогут ли оборудование, трубопроводы и иные технические устройства выдержать трансформированные по высоте сооружений и зданий сейсмические нагрузки.

Проводятся поверочные расчеты прочности (напряжений и деформаций), перемещений, устойчивости и надежности систем и элементов при сейсмических воздействиях. Оцениваются запасы прочности, устойчивости и надежности, отсутствие возможных соударений оборудования и конструкций при возникающих колебаниях при землетрясениях. Чтобы при эксплуатации конструкций не наступало предельных состояний, должны выполняться приемлемые проектные критерии, которые устанавливаются в проектных основах. Коэффициент запаса определяется отношением предельного параметра к расчетному. Приемлемые проектные критерии устанавливаются в соответствии с нормами, а также с учетом особенностей конкретных систем и элементов. Это предельные критерии по напряжениям, деформациям, перемещениям, ускорениям, усилиям, работоспособности. Нужно обеспечивать предупреждение появления в конструкции недопустимых напряжений, превышающих установленные безопасные пределы; перемещений, способных привести к соударениям с соседними конструкциями и разрушениям, к кренам и изменению положения конструкций. Понимая некоторую условность коэффициента запаса, в целях практического обеспечения прочности, устойчивости и надежности компонентов АЭС и в целом безопасности АЭС при сейсмических воздействиях, необходимо находиться в пределах допускаемых напряженно-деформированных состояний для режима нормальной эксплуатации. Если конструкция работает за пределами допускаемых состояний, то ее ресурс прочности и устойчивости при сейсмических воздействиях практически минимален.

На этапе проектирования следует устанавливать для конкретных конструкций коэффициенты запаса, которые складываются из коэффициента запаса на обеспечение надежной и безопасной работы системы в условиях нормальной эксплуатации и коэффициента запаса на обеспечение устойчивости системы при внешних (сейсмических) воздействиях. Учитывая, что при эксплуатации системы ее коэффициенты запаса на обеспечение надежной и безопасной работы системы в условиях нормальной эксплуатации снижаются и стремятся к нулю за счет старения (усталостные явления, коррозия под напряжением и другие факторы деградации и старения), безопасность конструкции при эксплуатации ее в штатном режиме обеспечивается за счет запасов ресурса, необходимого для обеспечения прочности и устойчивости при сейсмических воздействиях. Но последние могут возникнуть на любом этапе эксплуатации АЭС. А когда отдель ные, важные для безопасности, элементы уже работают в условиях пластичности и при имеющихся трещинах в строительных конструкциях, при сейсмических воздействиях трещинообразование прогрессирует, создаются в системе взаимосвязанных компонентов «слабые места» при авариях. При этом даже специфическая способность снижения реакции компонентов на высокоскоростное динамическое нагружение, которым является сейсмическое воздействие, не оградит от возможного исчерпания ресурса в отдельных элементах конструкции и создания условий для реализации каскадного эффекта развития процесса ее разрушения.

В целях обеспечения безопасности при сейсмических воздействиях необходимо управлять коэффициентами запаса по всем параметрам (напряжения, деформации, перемещения, ускорения, усилия, ра ботоспособность) и непревышением их предельных значений над допустимыми (установленными). Бывают случаи, когда, например, напряжения в трубопроводах при динамических воздействиях находятся в пределах допустимых значений по нормам прочности, но при этом смещения отдельных узлов трубопроводов имеют такие параметры, что могут привести к соударениям с конструкциями, опорами, оборудованием, при ударе могут возникнуть опасные состояния. Нередко напряжения и перемещения находятся в пределах допустимых, но работоспособность оборудования нарушена в связи с перекосом конструкции, заклиниванием движущихся элементов, западанием клапана или запаздыванием его срабатывания. Поэтому конструкции, системы и элементы, которые сложно надежно моделировать для расчетного анализа сейс мостойкости, должны проходить испытания на динамических стендах. Существующие, но скрытые дефекты в конструкциях создают проблемы недостаточной сейсмостойкости систем и элементов АЭС и проявляются практически в момент землетрясения. Поэтому для АЭС, расположенных в сейсмически активных районах, должны проводиться ремонтно-восстановительные работы по поддержанию установленных запасов прочности, устойчивости и надежности систем и элементов, замене оборудования, трубопроводов и их элементов, снижению вибраций, проверке опор под оборудование и трубопроводы, а также испытания на стендах в целях уточнения собственных динамических характеристик.

Для обеспечения сейсмостойкости при проектировании (эксплуатации) следует выполнить по следовательно следующие виды работ и анализы :

1. Определить исходные параметры колебаний грунта на площадке АЭС, получить и сравнить с ранее имеющимися параметрами на уровне отметки поверхности земли в свободном поле спектры ответа и акселерограммы для дальнейшего применения при анализах сейсмостойкости компонентов.

2. Провести анализ взаимодействия грунтов и сооружений, динамический анализ сооружений и строительных конструкций и определить спектры ответа на их перекрытиях, а также для точек крепления к конструкциям опор оборудования и трубопроводов. Для отдельных конструкций может потребоваться сейсмическая защита в целях снижения сейсмических воздействий на опоры размещаемого на них оборудования и трубопроводов. На опоры реактора должны передаваться предельно минимальные ускорения, чтобы обеспечить работоспособность корпуса реактора и его внутрикорпусных устройств.

3. Провести поверочный сейсмический анализ прочности и устойчивости важных для безопасности конструкций, оборудования и трубопроводов (реактор и его элементы, внутрикорпусные устройства, технологические системы, системы вентиляции, электротехническое оборудование, клапаны и прочие технические устройства). Определить необходимость принятия дополнительных мер для их сейсмической защиты. Все системы, важные для безопасности, должны пройти оценку сейсмостойкости, «отстройку» собственных динамических характеристик от возможных резонансных частот вынужденных колебаний для достижения их устойчивости при землетрясениях.

4. Оценить способность функционирования систем безопасности, системы управления техноло гическими процессами на АЭС в случае аварий при землетрясениях.

5. Оценить достаточность мер по обеспечению безопасности персонала АЭС и населения, которое может оказаться в зоне влияния радиоактивных выбросов и сбросов с АЭС.

6. Обеспечить реализацию сейсмической защиты, проводить регулярный (в соответствии с техни ческими регламентами) контроль за состоянием технических устройств, предназначенных для обеспечения сейсмической защиты, их проверки; ремонт и своевременную замену. Проверять состояние работоспособности гидроамортизаторов, иных демпферов и опор для обеспечения сейсмостойкости.

7. Проводить на этапе эксплуатации периодиче­ские оценки сейсмостойкости на действующих АЭС с учетом старения элементов и систем и их комплектующих изделий (расчетными, расчетно-экспериментальными методами и методом испытаний).

8. Проводить своевременную замену морально устаревшего оборудования и систем, ремонт систем, упрочение опорных элементов, замену шпилек и иных крепежных элементов в опорах оборудования и трубопроводов.

9. Оценивать готовность к ликвидации последствий нарушений и аварий на АЭС после прохож дения землетрясений. Приведенный список работ не является исчерпывающим, но, руководствуясь им в работе по предупреждению аварий на АЭС при землетрясениях, можно предупредить тяжелые последствия и значительно снизить риск повреждений и отказов, которые могут привести к последовательности реализации аварийных сценариев.

Отдельные аспекты предупреждения утраты (снижения ) способности энергоблоков противостоять сейсмическим воздействиям

Сейсмические воздействия, которые могут реализоваться на площадке размещения АЭС, могут отличаться от принятых в проекте сейсмических воздействий по интенсивности, по амплитудно-частотному составу воздействия, приоритетному направлению воздействия с максимальной интенсивностью, по продолжительности сейсмического воздействия, по числу следующих друг за другом сейсмических толчков, ассоциациям негативных процессов, сопровождающих землетрясение. Остаточный риск от недоучета различных факторов, которые могут быть при землетрясении, остается.

Первое (главное) условие — обеспечить надежный прогноз интенсивности возможных землетрясений для различных периодов повторяемости с учетом зон ВОЗ.

Второе — не размещать АЭС, если сейсмическая опасность велика. Сейсмическая защита потребует принятия специальных мер (сейсмоизоляция зданий и сооружений), проведения специальных меро приятий, в том числе по защите территорий и объекта в случае возможной реализации ассоциации негативных процессов, сопровождающих землетрясение. Это все скажется на объеме инвестиций, определит высокие финансовые и иные материальные затраты на сейсмическую защиту.

Третье — это надежное проектирование прочных и устойчивых к сейсмическим воздействиям систем и элементов, которые определены для площадки с учетом изменения амплитудно-частотных характеристик воздействия по высоте сооружений, на которых они установлены.

Четвертое (очень важное) — сопровождение эксплуатации АЭС и обеспечение сохранности свойств сейсмостойкости энергоблока согласно проекту, выполненному с учетом сейсмических воз действий.

Сейсмические воздействия по своей природе имеют резонансный характер. Реакция на сейсми ческое воздействие оборудования при заданной интенсивности землетрясения определяется собственными динамическими характеристиками оборудования (собственные частоты и декременты ко лебаний). Эти характеристики определяются как конструкцией, конфигурацией, размерами, массой и свойствами конструкционных материалов самого изделия, так и не в меньшей степени теми же параметрами всех механически связанных с ними внешних элементов (опорных и несущих конструкций, крепежа, трубопроводной обвязки, теплоизоляции).

Проектные решения и реализация проекта на площадке — не всегда одно и то же. Поэтому реальные параметры сейсмической чувствительности действующих АЭС и их систем к динамическим воздействиям могут отличаться от проектных. Это связано с наличием особенных свойств у систем и элементов — их собственных динамических характеристик, со способностью к затуханию вынужденных колебаний, а также со старением оборудования, изменением механических свойств материалов, утонением стенок трубопроводов под воздействием агрессивных сред, напряжений и вибраций, соударений при динамических воздействиях, износом вращающихся элементов, подшипников и прочими условиями эксплуатации. Существенными факторами, влияющими на собственные динамические характеристики зданий, сооружений, систем и элементов, являются также трещинообразование, ослабление элементов крепления, несоосность оборудования.

На достоверность расчетных прогнозов реального отклика конструкций на сейсмические воздействия влияют надежность прогнозов амплитудно-частотных характеристик сейсмических воздействий, надежность моделирования динамических характеристик конструкций (оборудования, технических устройств), в том числе декрементов колебаний. Поэтому периодические проверки собственных динамических характеристик оборудования, их компонентов на этапе эксплуатации, анализ и учет полученных данных, корректировка прогнозов сейсмостойкости — залог успешности в обеспечении безопасности при сейсмических воздействиях на всех этапах жизненных циклов объектов.

Важной и экономически оправданной является проверка сейсмостойкости оборудования в составе станционных систем, несущих и опорных конструкций, в реальных условиях монтажа, раскрепления и обвязки на АЭС, как на стадии первичного ввода в эксплуатацию (т. е. на пусковых блоках), так и в процессе эксплуатации в различных случаях (изменение исходных сейсмических данных либо нормативных требований в сторону их ужесточения).

Для этого разработаны методы, стенды и специальные приспособления для проведения испытаний непосредственно на объектах в период остановки блоков. На ряде блоков АЭС России такие проверки выполнялись. В результате испытаний для каждого обследуемого оборудования определяется его реальный спектр собственных частот и декрементов колебаний с учетом реальных условий монтажа, раскрепления, трубопроводной об вязки и теплоизоляции на конкретных блоках АЭС. По значениям собственных динамических характеристик, полученным экспериментально, рассчитывают сейсмостойкость. При неподтверждении сейсмостойкости оборудования разрабатываются необходимые мероприятия для обеспечения его сейсмостойкости. Как правило, они заключаются в повышении жесткости опорных конструкций, усилении крепежа, в дополнительном раскреплении свободных частей протяженного оборудования, в установке ограничителей перемещений.

Аналогичный метод проверки и обеспечения сейсмостойкости применяется для электротехнического оборудования (панелей и сборок систем контроля и управления и их функциональных элементов, резервных аккумуляторных батарей и т. п.). На АЭС электротехническое оборудование представлено широкой номенклатурой. Для оценки его амплитудно-частотных границ работоспособности применяются расчетно-экспериментальные методики. На основании проведенных исследований различного электротехнического оборудования сделаны некоторые общие выводы об особенностях поведения этого оборудования при сейсмических нагрузках. Наиболее опасно — сейсмическое воздействие для электрокоммутирующих аппаратов, контактных разъемов, хрупких элементов, стрелочных приборов, имеющих резонансную частоту 6 – 15 Гц, возникающую при преобладающем воздействии на них горизонтальной компоненты сейсмического воздействия. Чувствительны к землетрясениям клапаны, работающие на открытие (закрытие), например клапаны избыточного давления. Снижается работоспособность и эффективность фильтрующих установок.

При анализе сейсмостойкости действующих АЭС также применяется метод экспресс-анализа — специальных обходов с учетом осмотра площадки объекта, важного оборудования, установленного на АЭС. Этот метод не может быть заменой системного анализа сейсмостойкости разнообразного оборудования и конструкций, основанного на применении расчетных анализов, экспериментальных исследований и испытаний. Но этот малозатратный метод позволяет снизить уязвимость АЭС при землетрясениях и значительно уменьшить ущерб от воздействия ассоциаций процессов при землетрясениях, например от летающих по площадке незакрепленных оборудования и конструкций.

Естественная тенденция к ужесточению во всем мире нормативных требований к безопасности АЭС и надежности гарантий обеспечения сейсмостойкости атомных станций, а также периодический пересмотр сейсмической опасности территорий в сторону ее увеличения вызывают необходимость даже для оборудования, спроектированного и изготовленного в сейс мостойком исполнении, проводить периодические перепроверки и разрабатывать дополнительные антисейсмические мероприятия при эксплуатации АЭС.

Трудно сделать выводы о достаточной (недостаточной) защищенности реакторных установок АЭС России от сейсмических воздействий, включая аспект устойчивости к процессам и факторам, ассоциирующимся с землетрясениями, возможными на площадке АЭС. Положительным следует считать то, что все блоки атомных станций России размещены в основном в условиях, характеризующихся сейсмичностью площадок 7 баллов по шкале MSK-64 и ниже. В сейсмической зоне находятся два энергоблока Ростовской АЭС. Но предполагается, что они построены с учетом требований действующих нормативных документов.

В какой степени энергоблоки способны противостоять землетрясениям и какой интенсивности, в том числе с учетом присущих им свойств безопасности в условиях нормальной эксплуатации, а также накопленного старения в конструкциях, системах и оборудовании, которые не были заменены или на которых не восстанавливались их свойства до проектных уровней, проверяется при проведении экспертиз документов, обосновывающих безопасность, когда решается индивидуально в отношении каждого энергоблока вопрос о получении лицензии на эксплуатацию.

Прогнозировать сейсмостойкость других объектов энергетики сложно, так как нормативные требования к сейсмостойкости не могли обеспечить возможность применения системного подхода к проектированию объектов в сейсмостойком исполнении. Поэтому некоторые из объектов энергетики в зонах сейсмической опасности выше 5 баллов по шкале MSK-64 могут оказаться уязвимыми при землетрясениях.

Практически все объекты энергетики входят в Единые национальные электрические системы. В целях обеспечения энергетической безопасности России актуально проведение проверок сейсмостойкости на действующих тепловых и гидроэлектростанциях на основе системного подхода, который апробирован на АЭС.

Выводы

Краткосрочные прогнозы землетрясений недостаточно надежны для оценки их места и времени реализации, интенсивности и параметров колебаний. Для получения уточненных данных по сейсмическим воздействиям необходимо проводить мониторинг сейсмических колебаний и корректировку сейсмических воздействий, принятых для проектных основ во время эксплуатации объектов. Потенциальная опасность сейсмических воздействий заключается в их внезапности, возможности реализации негативных ассоциаций (землетрясение — цунами; оползни; перекрытие дорог преградами с ограничением возможности перемещения людей из зон бедствия и доставки материалов и средств для ликвидации аварий; взрывы; пожары; разжижение грунтов, провалы территорий и другие явления и процессы).

Реакция сооружений, конструкций, оборудования, трубопроводов и арматуры, опорных конструкций, иных технических устройств (компонентов объектов) на сейсмические воздействия может отличаться от ожидаемой (проектной). Поэтому требуются периодические проверки состояния компонентов, их опорных элементов визуальными и инструментальными методами; испытания на стендах и в реальных условиях, чтобы определять их собственные динамические характеристики и проводить оценки сейсмостойкости, корректирующие мероприятия по сейсмической защите.

Нормативная база по обеспечению сейсмостойкости и устойчивости к внешним воздействиям АЭС и других объектов использования атомной энергии разработана и применяется при лицензировании деятельности на ОИАЭ. Для других объектов энергетики нормативная база в области обеспечения сейсмостойкости и устойчивости к внешним воздействиям не может оцениваться как достаточная, чтобы проводить проектирование, оценки сейсмостойкости при эксплуатации с учетом морального и физического старения объектов энергетики, их сооружений, оборудования и систем.

Для других важных для экономики страны, а также технически сложных и уникальных объектов энергетики, размещенных в сейсмоактивных регионах, для снижения риска аварий при землетрясениях, больших человеческих потерь и экологических и экономических ущербов, в целях обеспечения энергетической безопасности в регионах России, сейсмические проверки энергетического оборудования и систем, важных для нормальной эксплуатации и управления авариями, должны проводиться для этапов проектирования и эксплуатации. Размещение объектов опасных технологий вблизи объектов энергетики также должно регулироваться, чтобы исключить их взаимные негативные воздействия при землетрясениях друг на друга.

Необходимо исходить из того, что для обеспечения сейсмостойкости объектов энергетики требуются инвестиции. Без единой национальной политики в отношении обеспечения устойчивости объектов энергетики и опасных технологий, без действенной системы страхования сейсмических рисков и без существенного финансирования работ по обеспечению сейсмостойкости этих объектов не может быть гарантирована их сейсмостойкость. Для особо ответственных объектов обеспечение финансированием этих работ должно находиться

видеорегистраторы

фк псв

телепортация