5  Герметичные системы

Влияние на потерю функционирования герметичных систем

• Предположительно, утечка радиоактивного материала возникла тогда, когда увеличилось давление в первичной гермооболочке реактора до того, как заработала вентиляция, так как радиоактивная доза увеличивалась после роста давления в первичной гермооболочке реактора модуля 1. Возможным местонахождением утечек являлись верхний фланец, проходки герметичных оболочек и/или люки доступа к оборудованию.


• Весьма вероятно, что утечки были вызваны из-за старения органических герметизирующих материалов в результате высоких температур под действием термического излучения непосредственно из корпуса высокого давления.


• При работе вентиляции резервные системы газоочистки не были изолированы надлежащим образом, тем самым водород поступал обратно в реакторное здание (в частности, Модуль 4).

Результаты измерения дозы излучения (при проведении измерений на каждом этаже (Модуль 2 Реакторного здания)

• Величина утечки из верхней части первичной гермооболочки реактора должна преобладать, так как на 5-м этаже доза излучения составляла несколько сот мЗв/ч, в то время, как на других этажах она составляла несколько десятков мЗв/ч.

–       1-й этаж Модуля 2 реакторного здания;

–       2-й этаж Модуля 2 реакторного здания;

–       5-й этаж Модуля 2 реакторного здания;

Единица измерения: мЗв/ч.

(Источник: Материалы, опубликованные компанией Tokyo Electric Power., Co, Inc.)

(Примечание: что касается результатов измерений, различий между внутренними радиоактивными загрязнениями труб и тому подобное и поверхностным загрязнением стен не производится.)

Результаты измерения дозы излучения (место: проходки первичной оболочки реактора, люк)

• Имеется несколько мест, где отмечалось местное увеличение дозы излучения.

–       1-й этаж Модуля 2 реакторного здания;

–       1-й этаж Модуля 3 реакторного здания.

(На чертеже (прим. перев.): Область с высокой мощностью дозы излучения (проходки первичной гермооболочки реактора); область с высокой мощностью дозы излучения (люк доступа к оборудованию)).

Места возможной утечки (на примере реактора типа Марк-I):

1. верхний люк;


2. верхний фланец;


3. проходки трубопроводов;


4. гермошлюз для персонала;


5. отдельный люк доступа;


6. проходка электрических коммуникаций;


7. люк доступа к агрегату.

Источник - пример устройства электростанции Онагава компании Тохоку Электрик Пауэр Co., Inc (фотография верхнего фланца предоставлена компанией Токио Электрик Пауэр Co., Inc).

Возможность повреждения герметичной оболочки вследствие чрезмерного давления и/или перегрева (повреждение, вызванное высокими температурами)

• Эксперименты показали, что утечки могли возникнуть через изолирующие материалы проходок электрических коммуникаций и фланцевые уплотнения даже при давлениях 0.4..1 МПа при нагреве свыше 250°C.


• Путём моделирования с помощью кода MELCOR установлено, что температура первичной оболочки реактора была выше 500°C в Модуле 1, около 280°C в Модуле 2 и свыше 400°C в модуле 3.


• В соответствии с экспериментами, проведёнными Японской организацией по ядерной безопасности, установлено, что скорость утечки может достигать 100 %/день при давлении в герметичной конструкции 0.2 МПа, если учитывать только старение уплотнения верхнего фланца, что согласуется с ситуацией обширного выброса пара в результате происшествия.

Пример результатов испытаний (модуль низкого напряжения)

На чертеже (прим. перев.):

–       TIA-5 (впуск газа);

–       TIA-6 (выпуск газа);

–       Камера нагрева;

–       Испытательный образец;

–       Первичное уплотнение (эпоксидная смола);

–       Вторичное уплотнение (эпоксидная смола).

(На графике (прим. перев.): Утечка возникла через 32 часа при температуре около 300°C.

(На графике (прим. перев.): Утечка возникла через 36 часов при температуре около 300°C.

Определение скорости утечки в верхнем фланцевом уплотнении вследствие старения под влиянием перегрева.

(Источник - материалы организации JNES)

Изучение путей утечки с использованием анализа поведения водорода

• Весьма вероятно, что утечки возникли в верхнем фланцевом соединении, так как взрыв произошел на верхнем этаже (пятый этаж) Модуля 1.


• Сброшенный на пятый этаж реакторного здания водород накапливался преимущественно на пятом этаже. (Плотность водорода составила около 20% в случае выброса его в количестве 400 кг).

(Названия графиков: – прим. перев.)

–       Поведение водорода в предположении, что сброшено 400 кг с поверхности пола верхнего этажа реакторного здания (поле течения)

(На графике: - прим. перев.) Выброс на верхний этаж реакторного здания.

–       Значения плотности водорода в реакторном здании в предположении, что водород выбрасывался 4 часа со скоростью 100 кг/ч.

(Обозначения осей – прим. перев.)

Ось Х: фактическая продолжительность (ч);

Ось Y: средняя мольная доля водорода.

Изучение путей утечки с использованием анализа поведения водорода (продолжение)

• Для Модуля 3 результаты анализа взрыва и реальных повреждений показывают возможность утечки водорода через люки и/или проходки на первый этаж реакторного здания.

Если предположить, что произошла утечка 1000 кг водорода H₂ из первичной гермооболочки реактора на первый этаж реакторного здания, то анализы  показывают, что повреждения возникли не только в верхней части реакторного здания, но также в других частях, включая окружающие здания (анализ проведён с использованием AUTODIN).

Третий этаж Модуля 3 реакторного здания и верхняя часть двухэтажного здания рядом с реакторным зданием также были повреждены.

Возможность противотока в реакторное здание через вентиляционные каналы первичной оболочки реактора (Модули 1-4)

• Для того, чтобы изолировать резервную систему газоочистки от вентиляционных каналов первичной гермооболочки реактора, выпускные затворы должны быть закрыты в соответствии с правилами эксплуатации. Но выпускные затворы не были изолированы. Считалось, что внутренняя часть модуля 4 также не была изолирована.


• Из-за задвижки на выпускном затворе модулей 1-3, которая закрывается при потере питания, считалось, что поток в реакторное здание в этих модулях менее вероятен, чем в модуле 4. Что касается модуля 3, не наблюдалось значительного противотока в одном направлении в здание, но также трудно отрицать отсутствие противотока как такового.

Возможность противотока в реакторное здание через вентиляционные каналы первичной гермооболочки реактора (модуль 3 - модуль 4).

• Когда водород, образовавшийся в модуле 3, протекает обратно в резервную систему газоочистки модуля 4, он будет выбрасываться в модуль 4 реакторного здания через систему вентиляции здания.


• Пол и потолок 4-го этажа модуля 4 были деформированы в направлении распространения.Так как загрязнение модуля 4 в здании ниже, чем в модулях 1-3, то предполагается, что произошел взрыв из-за скопления водорода, который поступал в здание через фильтр, в то время, как взрывы в модулях 1 и 3 были вызваны утечками водорода преимущественно из первичной гермооболочки реактора.

(Название рисунка: - прим. перев.) Направление протекания через вентиляционные каналы герметичной конструкции из модуля 3 в модуль 4.

Источник: Добавлено к материалам "Влияние землетрясения Тохоку 2011 года, возникшего вдали от побережья Тихого океана, на ядерные реакторные установки на атомной электростанции Фукусима Даичи (9 сент. 2011 г., с изменениями от 28 сент. 2011г., Токио Электрик Пауэр, Co, Inc).

Меры по борьбе с возможными последствиями аварий для герметичных конструкций

• Мера 18: Установить различные системы охлаждения первичной гермооболочки реактора

Пример:

Убедиться в том, что имеется дополнительная теплоотводящая функция при использовании распылителя первичной гермооболочки реактора (которая также может удалять радиоактивные вещеста из гермооболочки) без питания по сети переменного тока, отвода остаточного тепла, а также расширение функции охлаждения герметичной оболочки, например охлаждение воздухом.

• Мера 19: Предотвращение повреждения верхнего фланца первичной гермооболочки реактора вследствие перегрева

Пример:

Контроль охлаждения снаружи верхней части

• Мера 20: Надежно осуществлять процесс ввода низкого давления

Пример:

Действовать в соответствии с руководством по аварийному реагированию при полной потере питания.

• Мера 21: Улучшить маневренность систем вентиляции

Пример:

Установить компрессорную батарею и/или оборудование для ручного открытия клапана;

Проведение испытаний обходного трубопровода с помощью клапана разрывной мембраны.

• Мера 22: Снизить влияние радиоактивного загрязнения, вызванного системой вентиляции

Пример:

Установить оборудование для удаления радиоактивных веществ (фильтрующее оборудование) в вентиляционную систему

• Мера 23: Проверка автономной работы вентиляционной системы.

Пример:

Изолировать вентиляционные трубопроводы от резервной системы газоочистки;

Запретить соединение вентиляционных систем между Модулями

• Мера 24: Предотвращение взрыва водорода (контроль концентрации газа и соответствующего устройства выпуска газа)

Пример:

Управление спуском газа и установка датчика концентрации водорода.