Устойчивость и безопасность ядерно и радиационно опасных объектов при внешних воздействиях

Важнейшей составляющей национальных интересов России является защита личности, общества и государства от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и их последствий.

Использование атомной энергии в России имеет уже полувековую историю. Накоплен большой опыт проектирования, сооружения, эксплуатации, вывода из эксплуатации и продления сроков эксплуатации различных ядернои радиационно опасных объектов (ЯРОО).

Ядерно-энергетические установки (ЯЭУ), к числу которых принадлежат атомные электростанции (АЭС), вырабатывают с применением атомной энергии электрическую энергию и интегрируются своими мощностями в энергетику России, которая принадлежит к числу базовых отраслей, обусловливающих темпы развития России.

Современные тенденции, определяющиеся стратегией развития топливно-энергетического комплекса и атомной энергетики России в XXI веке, таковы, что атомная энергия не только будет использоваться и дальше, но и получит значительное развитие. В связи с этим ЯЭУ, а также другие ЯРОО должны удовлетворять еще более высоким стандартам (критериям) безопасности.

Настоящая работа выполнялась, начиная с середины 70-х годов прошлого века. Все решаемые задачи были направлены на формирование системного подхода, основ нормативного регулирования и знаний для обеспечения устойчивости и безопасности АЭС, других ЯЭУ, а также других ЯРОО к внешним воздействиям. Ее результаты способствовали развитию безопасности применения атомной энергии. Одной из особенностей работы является то, что ее актуальность не только не утрачивалась с годами, но с выявлением новых знаний об окружающей среде и ее возможном влиянии на безопасность ЯРОО постоянно актуализировалась. При этом проблема устойчивости и безопасности ЯРОО в рамках настоящей работы решалась от частного к общему, от учета землетрясений и других природных явлений и процессов к учету техногенных факторов, их взаимодействию, к анализу и выбору защит и предупреждению рисков от любых внешних событий.

Актуальность работы. Проблема устойчивости и безопасности ЯРОО при внешних воздействиях была поставлена для решения на основе системного подхода, начиная с конца 1980;х годов.

Актуальность снижения опасности от природных и техногенных катастроф подтверждена объявленным ООН на период с 1991 по 2000 год. Международным Десятилетием уменьшения опасности стихийных бедствий.

В продолжении 90-х годов и по настоящее время ведутся исследования и разработки в рамках двух федеральных целевых программ (ФЦП) «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф» (первый этап — с 1991 по 1995 год и второй этапс 1996 по 2000 год) и «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 года». В составе этих ФЦП разрабатывались мероприятия по проектам 3.2.6 «Совершенствование и разработка НТД по защите объектов атомной энергетики и промышленности от внешних воздействий» — проекту II-12 «Разработка и внедрение нормативнометодической базы определения опасностей и выявления факторов риска возникновения чрезвычайных ситуаций» и проекту II-29 «Разработка и внедрение нормативнометодической базы оценки вероятностей чрезвычайных ситуаций на ядернои радиационно опасных объектах в районах потенциального риска от событий природного и техногенного происхождения и их последствий для населения и окружающей среды» .

Работы по перечисленным выше трем проектам ФЦП выполнялись под руководством автора настоящей диссертационной работы. При их разработке были учтены опыт и результаты исследований, полученные автором настоящего диссертационного исследования в рамках его прошлых работ в качестве ответственного исполнителя по научно-техническим проблемам, утвержденным Государственным Комитетом по науке и технике СССР, 0.01.04 (по заданиям 02.И.16 и 14. НЗ) в 1976 -1980 годах и 0.04.03 (по заданиям 04.05.Н1 и 04.05.Н2) в 1981;1985 годах. Цели этих исследований заключались в решении вопросов обоснования сейсмостойкости АЭС (разработка методов исследований и обоснования сейсмостойкости и научно обоснованных технических решений по проектированию сейсмостойких АЭС, а также по обеспечению сейсмостойкости строящихся и введенных в эксплуатацию АЭС). Актуальность данной диссертационной работы предопределяется: ¦ возросшей потребностью в решении научно-технической проблемы устойчивости и безопасности ЯРОО к внешним воздействиям в целях снижения рисков и смягчения последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характерапотребностями отечественной инженерной практики в конкретных технических решениях по сейсмостойкости АЭС и устойчивости к другим внешним воздействиям ЯРООцелями получения практической возможности регулирования безопасности ЯРОО при внешних воздействияхлогикой развития знаний в области устойчивости и безопасности ЯРОО.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования выступает комплекс «окружающая среда и ядернои радиационно опасные объекты», а предметом — устойчивость и безопасность ЯРОО к внешним воздействиям, как совокупность знаний и комплекс мер, направленных на их обеспечение (методологии, нормы, методы расчета, программные средства, базы знаний, предложения по типовым универсальным решениям и конкретные технические решения).

Цель работы. Разработать, апробировать и внедрить научнообоснованную методологию обеспечения устойчивости и безопасности ЯРОО при внешних воздействиях на всех этапах их жизненного цикла, включая дополнительный (продленный) срок эксплуатациинормативно-методическую базубазы знаний и данных о внешних воздействиях и методах определения их параметров, о параметрах сложных технических систем, свойствах и закономерностях старения их элементовметодологию оценок риска функционирования ЯРОО для окружающей средыметодологию экспертиз устойчивости систем и элементов ЯРОО.

Методология и методы исследования. Многоплановость темы диссертационного исследования предопределила комплексный характер работы. Методологическими принципами исследования стали принципы системности и детерминизма, обеспечивающие выявление закономерностей проявления процессов, явлений и факторов воздействия (влияния) окружающей среды на ЯРОО, поведения и реакции ЯРОО на статические, квазистатические и динамические воздействия, определение их стойкости, способов защиты, надежных технических решений для конкретных объектов, их систем и элементов и требований нормативного регулирования.

Для реализации поставленной цели применялись методы структурно-функционального анализа, общенаучные методы систематизации, классификаций, сравнений и переноса знаний от частного к общему, эмпирические методы наблюдения и эксперимента на моделях, фрагментах, экспериментальные и расчетные исследования, а также экспертные оценки.

Эмпирическую базу исследований составляют публикации зарубежных и российских авторов, нормативно-правовые документы, отчеты о научно-исследовательских работах и конструкторских разработках, результаты экспериментальных и расчетных исследований, выполненных в рамках диссертационного исследования.

Обоснованность и достоверность результатов проведенных исследований определяется научной методологией исследованийиспользованием современных численных методов при решении задач на электронно-вычислительных машинах, сопоставлением полученных численных результатов с данными, имеющимися в отечественных и мировых источниках, результатами натурных, модельных и экспериментальных исследований, аналитических решенийучетом имеющегося опыта анализа реакции и поведения ЯРОО, их систем и элементов на внешние воздействия, анализом проявлений внешних воздействий и последствий их воздействий на окружающую среду и объекты.

Исследовательские задачи. Поставленные цели предопределяют постановку следующих исследовательских задач: разработка научно-обоснованной методологии системного подхода к обеспечению устойчивости и безопасности ЯРОО при внешних воздействияхразработка структуры нормативных документов для регулирования безопасности ЯРОО при внешних воздействиях и системы нормативных документовразработка баз знаний о внешних событиях (методы и способы их выявления, идентификации, методики определения параметров внешних воздействийклассификации процессов, явлений и факторов по степени опасности, принципов отбора внешних воздействий в проектные основы ЯРОО и т. д.) — разработка методологии исследования параметров объектовразработка и совершенствование методов и программных средств для детерминистических анализов сейсмостойкости, а также методологических основ верификации и аттестации программных средств, методов и методик испытаний и экспериментальных исследованийполучение обобщенных данных о параметрах колебаний и сейсмостойкости строительных конструкций и трубопроводов АЭСразработка методологии экспертизы защищенности ЯРОО от внешних воздействий и рекомендаций для регулирования их безопасностиразработка практических рекомендаций и технических решений по сейсмической защите технологических систем АЗС. разработка методических основ исследования комбинированных рисков функционирования хранилищ радиоактивных отходов.

На защиту выносятся:

1. Система взглядов и положений по обеспечению устойчивости и безопасности ядернои радиационно опасных объектов.

2. Методологические основы исследований динамических характеристик объектов и их устойчивости. Комплексный подход к обеспечению, обоснованию и экспертизе устойчивости и безопасности ЯРОО при внешних воздействиях.

3. Методология исследования и предупреждения рисков от внешних воздействий на ЯРОО.

4. Научно-методические основы системы нормативных документов для регулирования безопасности ЯРОО при внешних воздействиях и результаты разработки нормативных документов этой системы.

5. Методология решения ключевых проблем верификации программных средств и экспертизы результатов расчетных исследований параметров и устойчивости к внешним воздействиям конструкций, систем и элементов ЯРОО.

6. Методики расчетов и экспертных оценок систем и элементов с учетом внешних воздействий.

7. Результаты обобщения и систематизации данных о внешних воздействиях и их параметрах.

8. Результаты расчетно-аналитических исследований параметров строительных конструкций и технологических систем АЗС.

9. Практические рекомендации по обеспечению сейсмостойкости технологических систем АЭС.

10. Рекомендации по повышению безопасности ЯРОО при внешних воздействиях.

Научная новизна результатов исследований. В результате выполненных диссертационных исследований получены новые обобщенные знания (о внешних воздействиях, параметрах систем и элементов, методах их определения, защите от внешних воздействий) для решения проблемы устойчивости, безопасности и рисков от эксплуатации ЯРОО при внешних воздействиях.

Практическая значимость результатов исследований состоит в том, что решена важная научно-техническая проблема по созданию методологических и нормативных основ для предупреждения техногенных аварий и катастроф на действующих ядерно и радиационно-опасных объектах при внешних воздействиях, а также для проектирования ЯРОО новых поколений.

Предложенная методология системного подхода опирается на установленные принципы и критерии безопасности ЯРОО, апробированные опытом использования атомной энергии, и направлена на то, чтобы управлять надежностью, безопасностью и рисками при эксплуатации ЯРОО в конкретном регионе Российской Федерации, характеризующемся специфическими внешними воздействиями.

В рамках решения научно-технической проблемы получены результаты, внедрение которых поддерживает гарантии устойчивости системы «ЯРОО — окружающая среда» и безопасного использования ядерной энергии в любом ее применении при внешних воздействиях, так как внешние воздействия могут быть выявлены, идентифицированы, определены их параметры, учтены при размещении, проектировании, эксплуатации и выводе из эксплуатации ЯРОО.

В рамках решения сформулированной выше научно-технической проблемы, актуальность которой подтверждена включением ее для решения в ряд федеральных целевых программ, имеющих важное народнохозяйственное значение, получены следующие результаты: созданы нормативные и научно-методические основы, включая положения и требования системного подхода для размещения, проектирования, сооружения, эксплуатации, продления срока эксплуатации и вывода из эксплуатации ЯРОО с учетом внешних воздействий, характерных и определенных для конкретных условий их размещенияпредложена методология анализа рисков в структурно-функциональной системе «ЯРОО — окружающая среда» — определены номенклатура процессов, явлений и факторов, способных оказать влияние на безопасность ЯРОО, критерии их классификации по степеням опасности, отбора для учета в проектных основах и для оценок риска от ЯРООсформулированы нормативные требования и рекомендации для проектирования технологических систем АЭС в сейсмостойком исполнениипредложены инженерные методики расчета сейсмической прочности трубопроводов, сейсмои взрывоустойчивости ЯРОО, а также оценок комбинированного риска для хранилищ радиоактивных отходовполучено свидетельство на изобретение установки для исследования упруго-пластического поведения элемента трубопроводаполучены новые сведения о параметрах и сейсмической реакции строительных конструкций АЭС с ВВЭР-440, технологических систем АЭС с ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и РБМК, важных для безопасности, а также обоснованы технические решения сейсмозащиты трубопроводов первого контура АЭС с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000- определены методологические основы для аттестации программных средств по направлению: «Параметры поведения конструкций, оборудования и трубопроводов при статических и динамических нагрузках» — получены при исследованиях и экспертизах устойчивости ЯРОО рекомендации по повышению их безопасности при внешних воздействияхсформулированы задачи для углубления знаний и практических разработок по дальнейшему внедрению методологии обеспечения устойчивости и безопасности ЯРОО в целях снижения рисков и смягчения последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Внедрение результатов исследований.

1. При разработке ряда документов регламентирующего уровня:

Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок". ПНАЭ Г-002−87 (раздел «Расчет на сейсмостойкость.» и приложение 9);

Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭС". Поверочный расчет. Расчет на сейсмостойкость — Нормы СЭВ. НТД 38.434.5880. Интератомэнерго, Дрезден, 1983;

Расчет трубопроводов на сейсмические воздействия". Методика статического анализа сейсмостойкости трубопроводов — Нормы СЭВ. НТД 38.434.58−80. Интератомэнерго, Дрезден, 1983; «Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций». ПНАЭ Г-05−006−87 и НП-031−01;

Размещение атомных станций. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности" (НП-032−01 взамен ПНАЭ Г-03−33−93) — «Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на ядернои радиационно опасные объекты». ПНАЭ Г-05−035−94- «Общие положения обеспечения безопасности объектов ядерного топливного цикла ОПБ ОЯТЦ». НП-016−2000;

Требования к содержанию отчета по обоснованию безопасности атомной станции с реакторами типа ВВЭР". НП-006−98 (главы 2 и 3 с изменением № 1);

Требования к содержанию отчета по обоснованию безопасности атомной станции с реакторами на быстрых нейтронах". НП-018−2000 (главы 2 и Затребования к содержанию отчета по обоснованию безопасности радиационных источников". НП-039−02- «Требования к вероятностному анализу безопасности атомных станций» (проект);

Требования к отчету по обоснованию безопасности пунктов хранения радиоактивных отходов в части учета внешних воздействий". ПНАЭ Г-14−038−96;

Основные требования к продлению срока эксплуатации блока атомной станции". НП-017−2000;

Требования к обоснованию возможности продления назначенного срока эксплуатации объектов использования атомной энергии". НП-024−2000; «Требования к программе обеспечения качества для атомных станций». НП-011−99;

Требования к программе обеспечения качества для исследовательских ядерных энергетических установок". НП-042−02;

Требования к программе обеспечения качества объектов предприятий ядерного топливного цикла". НП-041−02- При разработке руководств по безопасности:

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;

Оценка безопасности приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов". РБ-011−2000;

Оценка сейсмической опасности участков размещения ядернои радиаци-онно опасных объектов на основании геодинамических данных". РБ-019−01;

Оценка частоты тяжелого повреждения активной зоны реактора (для внешних исходных событий природного и техногенного характера)". РБ-021−01;

Рекомендации по оценке характеристик смерча для объектов использования атомной энергии". РБ-022−01;

3. При разработке методических документов:

Оценка повреждаемости зданий и сооружений атомных станций при сейсмических воздействиях" ;

Оценка повреждаемости вентиляционной трубы АЭС при сейсмическом воздействии" ;

Оценка риска радиоактивных утечек в пунктах хранения радиоактивных отходов" ;

Оценка полей радиационного загрязнения территорий в районе размещения ПХ РАО" ;

Оценка риска радиационного облучения населения, проживающего в районе размещения ПХ РАО" ;

4. При разработке руководств по экспертизе:

Руководство по использованию методов оценки кренов и осадок сооружений атомных станций" .

5. При проведении экспертиз безопасности в части условий размещения и оценки устойчивости к внешним воздействиям: Московский НПО «Радон» (1996 г.) — Волгоградский «Радон» (1997 г.) — Ленинградский «Радон» (1996 г.) — Сибирский химический комбинат (1997 г.) — Исследовательский реактор в Алма-Ате (1991 г.), Ленинградская АЭС, блоки 1 и 2 (1993 г.) — Ленинградский технологический институт (ВВЭР-640) — Белоярская АЭС, блок БН-800 (1997 г.) — Южно-Уральская АЭС, блок БН.

800 (1997 г.) — Смоленская АЭС (1998 г. и 2000 г.) — Курская АЭС (1995 г.) — Нововоронежская АЭС, 2-я очередь ВВЭР-1000 (1998 г.) — Ляньюньганькая АЭС (1998 г., КНР) — АЭС «Бушер» (1999 г., Иран) — Калининская АЭС, блок 1 (1996 г.) — ПО «Маяк» (1995 г.).

6. При аттестации программных средств по направлению «Параметры поведения конструкций, оборудования и трубопроводов при статических и динамических нагрузках». Аттестовано 6 зарубежных программных средств (AGA, SASSI, SHAKE, CLASSI, STRUDYN, SCAD) и 7 отечественных программных средств (ПУСК-91, АСТРА-АЭС, АСТАН-ПУЧОК, ДИСК-Геомеханика, КРЭК, CONT, ПАИС).

7. При разработке технического и рабочего проектов реконструкции блоков 1 и 2 АЭС «Козлодуй» (Болгария) по обеспечению сейсмостойкости.

8. При разработке технического и рабочего проектов Ровенской АЭС.

9. При производстве строительно-монтажных работ в аппаратных отделениях блоков 1 и 2 Калининской АЭС.

10. При обосновании проектных и конструктивных решений по сейсмостойкости технологических систем Южно-Уральской, Запорожской, Крымской, Балаковской, Билибинской АЭС, АЭС «Стендаль» (ГДР), АЭС «Козлодуй» (блоки ВВЭР-1000) (Болгария), Харьковской ТЭЦ, исследовательских реакторов и других ЯРОО (внедрение методики статического анализа сейсмостойкости).

Личный вклад автора. Автором разработаны положения системного подхода к анализу и обеспечению устойчивости и безопасности ЯРОО при внешних воздействиях, выполнены расчетные и экспериментальные исследования, обработан обширный эмпирический материал, разработаны методики, получены знания о внешних воздействиях и поведении сложных технических систем. Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве и включенные в диссертацию, состоит в обосновании тематики и в постановке задач, руководстве и непосредственном участии на всех этапах ее выполнения, в анализе, интерпретации полученных результатов, формулировании выводов, заключений и предложений по внедрению.

На взгляд автора, ряд положений, сформулированных в процессе выполнения настоящей работы, могут получить развитие в рамках отдельных исследований при выполнении НИР и разработке кандидатских диссертаций. В частности, это касается углубления исследований параметров объектов, моделирования их реакции, разработки инженерных расчетных и экспериментальных методов обоснования устойчивости и безопасности объекта с учетом старения, живучести и адаптации его систем и элементов к условиям эксплуатации в целях продления сроков эксплуатации объектовразвития методов оценки надежности и комбинированного риска от эксплуатации различных ЯРОО при внешних воздействиях.

Апробация работы. Отдельные части работы докладывались на международных конференциях и семинарах, на конференциях и совещаниях в России:

Всесоюзном совещании «Методы исследований и расчетов сейсмостойкости гидротехнических и энергетических сооружений (МИРСС-81)» (ВНИИГ, Ленинград, 1981 г.) — IV научно-техническом совещании Гидропроекта по вопросам совершенствования научных исследований, ускорения внедрения достижений науки и техники в проекты с целью повышения эффективности строительства и эксплуатации ГЭС, ГАЭС и АЭС (Москва, Гидропроект, 1982 г.) — I межотраслевой конференции «Конструкционная прочность в атомной технике» (НИКИЭТ, Москва, 1982 г.) — Всесоюзном семинаре «Гидродинамика упругих систем» (Москва, Институт машиноведения АН СССР, ИМАШ, 1984 г.) — Заседании секции АЭС Ученого совета НИСа Гидропроекта (Москва, НИС Гидропроекта, 1985 г.) — Заседании секции Ученого совета ВНИИАМ (Москва, ВНИИАМ, 1985 г.) — конференции «Динамика оснований фундаментов и подземных сооружений» (Нарва, 1985 г.) — Технической комиссии МАГАТЭ «Сейсмические колебания земной поверхности и оценка сейсмостойкости АЭС» (Москва, 1986 г.) — семинаре по динамике РНЦ «Курчатовский институт» (Киев, 1990 г.) — 2-ой научно-практической конференции Госпроматомнадзора СССР (Москва, 1991 г.) — Советско-английском семинаре «Применение теории риска в оценке сейсмостойкости АЭС» (Балаковская АЭС, 1991 г.) — Региональном совещании МДУ ОСБ ООН (МЧС, Киргизия, Бишкек, 1992 г.) — Всемирной конференции МДУ ОСБ ООН (Япония, 1993 г.) — Заседании рабочей группы МАГАТЭ «Регулирующие оценки обеспечения безопасности при эксплуатации АЭС» (Россия, Ленинградская АЭС, 1996 г.) — Рабочей встрече «Требования безопасности для реакторов нового поколения» (GRS-IPSN-SEC NRS) (Москва, Рискаудит, 1996 г.) — III научно-практической конференции Госатомнадзора России (Москва, 1997 г.) — Научно-практическом семинаре «Старение оборудования и конструкций АЭС России» (Санкт-Петербург, Сосновый Бор, 1998 г.) — Международном научно-техническом семинаре «Фундаментальные и прикладные проблемы мониторинга и прогноза стихийных бедствий» (Севастополь, 1998 г.) — заседании рабочей группы OECD-NEA «Применение метода конечных элементов для проектирования и поддержки эксплуатации атомных станций» (Брукхэ-венская национальная лаборатория, США, 1998 г.) — Научно-практической конференции «Развитие атомной энергетики и возможности продления сроков службы атомных энергоблоков». ПСС АЭС-99, МОР (Санкт-Петербург, Сосновый Бор, 1999 г.) — Третьем мировом горном конгрессе (Москва, 1999 г.) — Международном научно-техническом семинаре «Фундаментальные и прикладные проблемы мониторинга и прогноза стихийных бедствий» (Киев, 1999 г.) — встрече регулирующих органов (Санкт-Петербург, 1999 г.) — Третьей международной конференции «Безопасность трубопроводов» (Москва, Пушкино, 1999 г.) — Заседании рабочей группы OECD-NEA.

Сейсмический анализ." (Брукхэвенская национальная лаборатория, США,.

2000 г.) — Заседаниях Организационного Комитета внебюджетной программы МАГАТЭ «Смягчение последствий межкристаллитной коррозии под напряжением и повреждения аустенитных трубопроводов АЭС с РБМК» (Австрия, Вена, май, декабрь 2000 г.- май, декабрь 2001 г.) — Симпозиуме «Человек и катастрофа: Безопасность человека и общества в чрезвычайных ситуациях на рубеже тысячелетий» (Москва, МЧС, 2000 г.) — Первой конференции «Методы и программное обеспечение расчетов на прочность» (Россия, Туапсе, 2000 г.) — Заседании специалистов научно-исследовательской программы МАГАТЭ «Безопасность АЭС типа РБМК при внешних воздействиях» (Санкт-Петербург, 2000 г.- Кабардино-Балкария, Нальчик, 2001 г.) — Заседании технического комитета МАГАТЭ «Безопасность конструкций АЭС при внешних воздействиях» (Австрия, Вена, 2000 г.) — Научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций «Управление рисками чрезвычайных ситуаций» (Москва, МЧС России, 2001 г.) — Семинаре-совещании «Опыт разработки и сертификации систем качества на предприятиях и в организациях отрасли. Контроль качества продукции» (Москва, 2001 г.) — Семинаре МАГАТЭ по национальному проекту «Продление срока эксплуатации/возобновление лицензий АЭС России» (Москва, 2001 г.) — 16-ой конференции по структурной механике в реакторной технологии (США, Вашингтон, 2001 г.) — Семинаре Минатома «Анализ и сравнение рисков от атомной и других отраслей энергии (Москва, 2001 г.) — конференции инженеров механиков ICONA-Ю (Вашингтон, 2002 г.) — Международной научно-практической конференции «Малая энергетика — 2002» (Москва, 2002 г.) — 17-ой конференции по структурной механике в реакторной технологии (Чехия, Прага, 2003 г.) — Симпозиуме МАГАТЭ «Сейсмическая переоценка действующих объектов ядерных технологий» (Австрия, Вена, 2003 г.) и др.

Публикации. Полученные результаты изложены в монографии «Параметры внешних воздействий природного и техногенного происхождения. Безопасность объектов использования атомной энергии» (М., Логос, 2002). Получено одно авторское свидетельство на изобретение. Основные результаты диссертационного исследования также опубликованы в международных и центральных отечественных журналах и сборниках (более 50 печатных публикаций).

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы, семи приложений. Общий объем диссертации с приложениями составляет 396 страниц машинописного текста. Основное содержание работы изложено на 370 страницах. В работе 68 рисунков и 53 таблицы. Перечень использованной литературы включает 190 источников.

6.7. Выводы по главе 6.

Глава 6 содержит описание практических результатов внедрения методологии системного подхода к обеспечению и обоснованию устойчивости ЯРОО с учетом внешних воздействий.

Исследована сейсмостойкость и предложена сейсмическая защита главных циркуляционных контуров АЭС с ВВЭР-440 (Армянская АЭС, блок 1- АЭС «Козлодуй», блоки 1 и 2- Ровенская АЭС, блок 1).

Определены параметры колебаний комплексов сооружений АЭС с ВВЭР.

440.

Оценена сейсмостойкость и предложены варианты сейсмической защиты технологических систем АЭС с ВВЭР-440.

Внедрена инженерная методика анализа сейсмостойкости трубопроводов АЭС на ряде проектируемых и строящихся ЯРОО.

Выполнены комплексные оптимизационные исследования сейсмической защиты трубопроводов первого контура Калининской АЭС (блоки 1 и 2).

Выполнен комплекс исследований сейсмостойкости технологических систем АЭС с РБМК. Исследована устойчивость барабанов-сепараторов, КМПЦ в помещениях барабанов-сепараторов, помещениях прочноплотного бокса и двигателей ГЦН. Разработаны рекомендации для повышения безопасности АЭС с РБМК при землетрясениях.

Разработана и внедрена методология экспертиз ключевых проблем безопасности в области устойчивости ЯРОО. Экспресс-методика вероятностного анализа взрывобезопасности ЯРОО внедрена на ряде объектов.

Внедрена методология исследования сейсмических колебаний фунта для проектных основ (Ляньюньганская АЭС в Китае).

Разработана методология для анализа надежности приповерхностных хранилищ РАО и оценок риска радиационных загрязнений, которая внедрена на МосНПО «Радон» при оценках безопасности и риска.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Настоящая работа направлена на разработку регулирующих основ обеспечения устойчивости и безопасности АЭС, а также других ядернои радиационно опасных объектов при внешних воздействиях. Одна из особенностей работы — решение проблемы устойчивости и безопасности ЯРОО от частного к общему с учетом выдвинутых приоритетов безопасности: от учета воздействий землетрясений, других природных явлений и процессов на АЭС к учету техногенных факторов и их взаимодействия, к анализу и выбору защит и предупреждению рисков от ЯРОО при любых внешних событиях, способных оказать влияние на безопасность ЯРОО.

Диссертационные исследования проводились в рамках нескольких целевых программ, а в последние годы — в составе ФЦП «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф» (1991. 1995 годы) и «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 года» (2000.2002 годы). Актуальность данной диссертационной работы предопределялась возросшей потребностью в решении научно-технической проблемы обеспечения устойчивости и безопасности ЯРОО к внешним воздействиям в целях снижения рисков и смягчения последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характерапотребностями отечественной инженерной практики в конкретных технических решениях и научных результатах по повышению сейсмостойкости и безопасности при внешних воздействиях АЭС и других ЯРООцелями обеспечения практической возможности регулирования безопасности объектовлогикой развития знаний в области устойчивости и безопасности ЯРОО.

Объектом исследования выступает совокупность взаимоотношений окружающей среды и ядернои радиационно опасных объектов, а предметом — устойчивость и безопасность ЯРОО к внешним воздействиям, обеспечиваемые на основе междисциплинарных знаний и комплекса мер (методология, нормы, методы расчета, программные средства, предложения по типовым универсальным решениям, конкретные технические решения), надежных методов прогноза уязвимости объекта и оценок риска повреждаемости, отказа, радиоактивного загрязнения окружающей среды.

Целью работы явилась разработка, опытное опробование, апробация и внедрение научно-обоснованной методологии системного подхода к обеспечению устойчивости и безопасности ЯРОО.

Многоплановость темы диссертационного исследования предопределила комплексный характер работы: выявление закономерностей проявления процессов, явлений и факторов воздействия (влияния) окружающей среды на ЯРОО, поведения и реакции компонентов, систем и элементов объекта на статические, квазистатические и динамические воздействия, их способов защитыопределение технических решений для конкретных объектовустановление нормативных требований, адекватных целям безопасностиразработка методов и способов получения надежных оценок.

1. В диссертационной работе приводятся результаты исследования состояния разработанности проблемы обеспечения устойчивости и безопасности ядернои радиационно опасных объектов при внешних воздействиях, которые подтверждают актуальность и определяют направления диссертационных исследований.

В качестве руководства по определению состава и содержания диссертационных исследований принято, что для обеспечения безопасности эксплуатации ЯРОО при внешних воздействиях в пределах проектного и дополнительных сроков эксплуатации необходимо исследовать эту проблему путем решения комплекса задач «прочность — надежность — безопасность — риск» .

В настоящей работе ядернои радиационно опасные объекты исследуются как сложные технические комплексы, состоящие из систем и элементов (зданий, сооружений, строительных конструкций, технологических систем, включая оборудование и трубопроводы).

2. На основе результатов обобщения и систематизации опубликованных данных, собственных расчетных и экспериментальных исследований предложена методология системного подхода к обеспечению прочности, устойчивости, надежности и безопасности ЯРОО при внешних воздействиях, внедрение которой создает условия для решения научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение по защите ЯРОО от внешних воздействий с целью снижения риска от потенциальных аварий на ЯРОО и смягчения их последствий для окружающей среды.

Методология системного подхода, опирающаяся на основополагающие принципы и критерии безопасности ЯРОО, закрепленные в действующих международных и отечественных нормативно-правовых документах, представляет собой совокупность положений, способов и приемов, направленных на комплексное и эффективное решение проблемы устойчивости ЯРОО при внешних воздействиях с учетом вероятностной природы свойств, а также морального и физического старения объектов, вероятностной природы процессов, явлений и факторов, протекающих в окружающей среде.

В рамках методологии системного подхода окружающая среда и ЯРОО рассматриваются как совместная объектово-функциональная модель. При этом методология исходит из того, что процессы, явления и факторы развиваются по своим природным законам случайных событий, в то время как ЯРОО должны быть адаптированы в эту окружающую среду таким образом, чтобы сохранять свою естественную безопасность, определяющуюся проектными решениями, и не создавать условий с неприемлемыми последствиями радиационного воздействия для населения и окружающей среды. Методология также исходит из того, что остаточные риски от недоучета внешних воздействий за счет превышения установленных на основе вероятностного подхода максимумов интенсивностей внешних воздействий должны быть скомпенсированы мерами аварийной готовности.

В основном, опираясь при учете внешних воздействий на детерминистический подход при оценках прочности и устойчивости ЯРОО, методология содержит положения вероятностного подхода при рассмотрении внешних воздействий, параметров и реакции на внешние воздействия компонент объекта, надежности компонент, управления сроком службы объектов в аспекте обеспечения необходимых запасов по прочности его компонентам для сохранения их стойкости к внешним воздействиям в различные периоды эксплуатации объекта.

Методология системного подхода предусматривает необходимость предъявления ко всем своим составляющим, обеспечивающим решение задач устойчивости и безопасности ЯРОО при внешних воздействиях, требований к обеспечению качества.

3. Полнота и достоверность информации о внешних воздействиях на объект обеспечивают выбор приемлемых условий размещения, надежность проектных решений, научно-обоснованное сопровождение эксплуатации ЯРОО (своевременные обследования, контроль и мониторинг).

Выявлены, идентифицированы и описаны признаки проявления 39 процессов, явлений и факторов природного и техногенного происхождения, способных оказать воздействие на ЯРООклассифицированы по своему генезису и принадлежности к сфере локализации и развития, а также по степеням опасности для окружающей среды по последствиям их реализацииопределен принципиальный характер их негативного влияния на территорию, здания и сооружения, системы и элементы, включая оборудование и трубопроводы ЯРОО. Приводятся результаты прогноза изменений в окружающей среде, которые распространяются на ЯРОО, характеризующиеся долгосрочной эксплуатацией, — хранилища РАО. Обобщены методы и способы оценки их параметров, включая интенсивность и частоту событий, для определения необходимости их включения в проектные основы. Подготовлена и издана монография «Оценка параметров внешних воздействий на ядернои радиационно опасные объекты. Безопасность объектов использования атомной энергии» .

4. По исследованиям параметров колебаний конструкций и технологических систем АЭС получены результаты, представляющие научную и практическую значимость. Разработаны расчетные динамические модели основных строительных конструкций АЭС, определен частотный состав собственных колебаний моделей и соответственно аппроксимируемых ими конструкцийполучена зависимость Kh=cp (H) для пересчета интенсивности горизонтальной и вертикальной компонент сейсмического воздействия на различных отметках сооружений с учетом тенденций по влиянию упругости грунта основания на динамические характеристики сооружения.

5. В результате исследований параметров колебаний простых и сложных трубопроводов определен диапазон частот собственных колебаний для трубопроводов АЭС с ВВЭР и РБМКвыявлен существенный вклад в величину сейсмической реакции колебаний по низшим тонам при различном амплитудно-частотном составе воздействия и собственных динамических характеристиквыявлены особенности возбуждения колебаний подсистем трубопроводов и определения сейсмической реакции сложных колебательных системполучена зависимость для определения минимального числа учитываемых форм собственных колебаний для сложных технологических системопределен характер распределения напряжений продольного растяжения-сжатия, изгиба и кручения при сейсмических нагрузках в сечениях трубопроводов.

6. На основании исследований сейсмической реакции методом динамического анализа и статистической обработкой предложены упрощенные способы определения частот собственных колебаний по низшим тонам и сейсмической реакции с использованием спектров ответаспособ регулирования нагруженности трубопроводов. Разработана инженерная методика оценки сейсмической прочности трубопроводов. Разработан дифференцированный подход к выбору расчетных моделей и методов оценки и обеспечения сейсмостойкости технологических систем различных типов, предложен упрощенный способ обоснования сейсмостойкости оборудования.

Предложена блок-схема для оптимального проектирования и обеспечения сейсмостойкости технологических систем на ранних стадиях проектированияопределен состав технического задания на обоснование сейсмостойкости.

7. Разработаны Структура системы нормативных документов по обеспечению безопасности ядернои радиационно опасных объектов при внешних воздействиях и комплекс нормативных документов. Разработано более 30 нормативных документов по направлениям диссертационного исследования.

8. Выполнены исследования и получены результаты обеспечения и обоснования устойчивости ЯРОО с учетом внешних воздействий.

Исследована сейсмостойкость главных циркуляционных контуров АЭС с ВВЭР-440 (Армянская АЭС, блок 1- АЭС «Козлодуй», блоки 1 и 2- Ровенская АЭС, блок 1), предложена сейсмическая защита, реализованная на перечисленных объектах.

Выполнены исследования сейсмостойкости комплексов сооружений АЭС с ВВЭР-440.

Выполнены исследования и обоснована сейсмостойкость технологических систем АЭС с ВВЭР-440.

Разработана и внедрена инженерная методика анализа статической сейсмостойкости трубопроводов АЭС на ряде проектируемых и строящихся ЯРОО.

Выполнены комплексные оптимизационные исследования сейсмической защиты трубопроводов первого контура Калининской АЭС (блоки 1 и 2), результатом которых явился выбор сейсмической защиты, обеспечивающий сейсмическую защиту и защиту от гидродинамических воздействий сред, протекающих в трубопроводах.

Выполнен комплекс исследований сейсмостойкости технологических систем АЭС с РБМК. Исследована устойчивость барабанов-сепараторов пара, КМПЦ в помещениях барабанов-сепараторов, прочноплотного бокса и двигателей ГЦН.

Разработана и внедрена методология экспертиз ключевых проблем безопасности в области устойчивости ЯРОО. Методология исследования взрывобезо-пасности ЯРОО и экспресс-методика внедрены на ряде объектов.

Разработана и применена методология исследования сейсмических колебаний грунта для проектных основ при экспертизе выбора сейсмических нагрузок на системы и элементы (Ляньюньганская АЭС в Китае).

Разработана методология анализа надежности приповерхностных хранилищ РАО и внедрена при оценках безопасности и оценках риска.

9. Использование в практике расчетного обоснования разработанных принципов рационального проектирования, изложенных в главе 4, подтвердило их экономическую эффективность и практическую значимость.

10. Результаты исследований, полученные в настоящей работе, внедрены в нормативных документах, используются при проектировании и конструировании сейсмостойких трубопроводов ряда АЭС, что подтверждено соответствующими документами.

Обоснованность и достоверность результатов проведенных исследований определяются научной методологией исследований, имеющимся опытом анализа устойчивости ЯРОО, их систем и элементов при внешних воздействияхиспользованием современных численных методов при решении задач с помощью программных средствсопоставлением полученных численных результатов с данными отечественных и мировых источников, с результатами натурных, модельных и экспериментальных исследований, аналитических решений.

11. В результате выполненных диссертационных исследований решена в основном сформулированная выше научно-техническая проблема.

Вместе с тем выявлены направления дальнейших исследований, которые могут стать задачами для решения их на уровне кандидатских диссертаций и проведения научно-исследовательских работ. Важной остается задача разработки руководств по безопасности для управления остаточным ресурсом и по применению вероятностных анализов безопасности, получению результатов упругопластических исследований устойчивости элементов трубопроводов в условиях резонанса и др.