Zasady zapobiegania awariom

Wiemy już, czym jest awaria według uznawanego międzynarodowo schematu INES – jest to zdarzenie, które powoduje, że elektrownia jądrowa nie może dalej pracować, i w razie którego systemy bezpieczeństwa zapobiegają wydostaniu się materiałów radioaktywnych poza obiekt. Poprzez system zapewnienia jakości stosowany w trakcie eksploatacji, jak i w trakcie budowy elektrowni jądrowej próbuje się zapobiec występowaniu awarii.

Na wszelki wypadek przewiduje się system bezpieczeństwa, który realizuje konkretne idee.  Najważniejsza reguła może być sprowadzona do jednego zdania: „Podwójne jest mocniejsze.” Gdy przyjrzeć się jednak dokładniej, to mamy do czynienia z całym szeregiem środków bezpieczeństwa, które odgrywają istotną rolę, m.in.:

• redundancja,
• rozdzielność,
• dywersyfikacja,
• Fail-Safe (zasada bezpiecznego uszkodzenia).

Wyrażenia te mogą brzmieć skomplikowanie, w istocie jednak tak nie jest.

Zapewnienie jakości: przy wyborze materiałów do budowy elektrowni i ich obróbce podejmowane są liczne kontrole. Także już w czasie pracy reaktora przewiduje się stałe przeprowadzanie kontroli.

Dywersyfikacja, czyli różnorodność rozwiązań technicznych: ponieważ zwielokrotnione systemy bezpieczeństwa tego samego rodzaju mogłyby wszystkie zawieść z tego samego powodu (np. ze względu na błędy konstrukcyjne), przewiduje się, dla tego samego celu, instalowanie urządzeń technicznie różnych (nazwa pochodzi od diversitas – w języku  łacińskim = różnorodność).

Fail-Safe (zasada bezpiecznego uszkodzenia): jeśli tylko jest to technicznie możliwe, urządzenia reaktora, w razie zepsucia się, są sprowadzane do stanu bezpiecznego.

Wytrzymałość na obciążenia: systemy w elektrowniach jądrowych powinny stale wytrzymywać większe obciążenie niż to, które jest konieczne do codziennej pracy.

System odporny na błąd człowieka: w razie wystąpienia awarii system bezpieczeństwa reaktora pracuje samodzielnie i jest niezależny od możliwych nieprawidłowych zachowań personelu obsługi. System bezpieczeństwa „kontroluje sam siebie”.

Rozdzielność: Aby psujący się system bezpieczeństwa nie wpływał na system sąsiedni, nie posiadają one żadnych wspólnych części. Ponadto znajdują się one w odrębnych pomieszczeniach, znajdujących się pod szczególną ochroną.

Redundancja, czyli nadmiarowość: Istotne elementy systemu bezpieczeństwa są zwielokrotnione. Przewiduje się istnienie co najmniej dwóch systemów więcej (n+2) niż jest konieczne do wypełnienia określonej funkcji (redundantia w języku łacińskim = nadmiar).

Redundancja (nadmiarowość, zwielokrotnienie)

Słowo „redundancja“ pochodzi z łaciny (redundare – występować w nadmiarze) i stanowi fachowe określenie dla powiedzenia: „Podwójnie i trzykrotnie jest pewniej”. Przewiduje się istnienie co najmniej dwóch systemów więcej (n+2), niż jest konieczne do wypełnienia określonej funkcji. Oznacza to, że systemy bezpieczeństwa są zwielokrotniane: gdy zawiedzie jeden z nich, jego zadanie przejmuje następny.  Funkcjonowanie takiego systemu można łatwo zrozumieć, przyglądając się zasadzie działania wodociągu. Gdy zawiedzie jeden zawór, to do dyspozycji są jeszcze dwa następne, które otworzą dopływ wody.

To wszystko brzmi już dość dobrze, jednak i tak nie zawsze wystarcza. Dlaczego? Kiedy, nawet w zwielokrotnionym systemie mogą wystąpić problemy?

…sama z siebie nie wystarczy

Kto sobie teraz myśli: „Jeśli dwukrotnie zamontuje się element niewłaściwie skonstruowany, to problem się nie tylko nie rozwiąże, ale wręcz zdubluje”, albo też „Jeśli jakiś system w sytuacji awaryjnej nie wystarczy, to nie ma też sensu zdawać się na jego duplikat” – ten oczywiście myśli jak najbardziej prawidłowo. Zdublowanie środków bezpieczeństwa jest sensowne wyłącznie w przypadku systemów prostych i przejrzystych. W przypadku skomplikowanych systemów jest to zabieg niewystarczający; tu, przy podwajaniu systemów bezpieczeństwa trzeba uwzględnić zasadę dywersyfikacji.

Dywersyfikacja, czyli różnorodność rozwiązań technicznych

Także to pojęcie pochodzi z łaciny: diversitas znaczy: zróżnicowanie. Oznacza to, że zamiast montować wielokrotnie takie same systemy, które w razie potrzeby mogą nie zadziałać ze wspólnej przyczyny, np. braku prądu, projektuje się różne systemy bezpieczeństwa, działające na różnych zasadach, które mogą  się wzajemnie mogą zastąpić. Jeżeli tam, gdzie mieszkam, zdarzają się przerwy w dostawach energii elektrycznej lub gazu, to oprócz kuchenki elektrycznej czy gazowej dobrze jest mieć, „na wszelki wypadek”, turystyczne butle gazowe, paczkę świec i zapałki.

W elektrowni jądrowej można na przykład z jednej strony filtrować powietrze w obudowie bezpieczeństwa – a z drugiej strony można tak zmniejszyć ciśnienie, aby w przypadku nieszczelności, powietrze, które może być skażone, nie uciekało na zewnątrz. Realizacja obu koncepcji daje ten sam efekt – zapobieżenie wydostania się substancji radioaktywnych.

Rozdzielność

Aby awaria w jednym układzie bezpieczeństwa nie wpływała na układ sąsiedni, nie posiadają one żadnych wspólnych części. Ponadto znajdują się one w odrębnych, szczególnie chronionych pomieszczeniach, znajdujących się pod szczególną ochroną (także w zakresie budowlanym).

Fail-Safe, a także inne aspekty

Wszystkie systemy w elektrowniach powinny zawsze być zdolne do wytrzymania większych obciążeń, niż jest to potrzebne w codziennej pracy – na przykład, w razie konieczności, rury powinny wytrzymać ciśnienie większe niż podczas normalnej pracy i nie mogą natychmiast pęknąć.

Za sformułowaniem „Fail-Safe” kryje się także prosta zasada: gdy tylko pojawi się jakiś błąd, system powinien powracać do bezpiecznego stanu. Przykładem niech będzie sprawa prętów bezpieczeństwa w reaktorze jądrowym: w razie silnych odstępstw od normalnej pracy, reaktor może zostać wyłączony w ciągu kilku sekund poprzez szybkie wprowadzenie prętów bezpieczeństwa. Ten „szybki strzał” jest uruchamiany automatycznie, jednak można go także aktywować poprzez wciśnięcie guzika alarmowego.

Natomiast dzięki automatycznej technice sterowania system bezpieczeństwa reaktora pracuje samodzielnie i nie pozwala sobie przeszkodzić nawet w mało prawdopodobnej sytuacji fatalnego błędu personelu obsługi. Poza tym system „kontroluje również sam siebie”.