Jądrowe standardy

Kategoria: Rozpoznawanie zagrożeń

Budowa pierwszej w Polsce elektrowni jądrowej, a raczej tworzenie jej koncepcji, to plany modyfikowane od kilkunastu lat. Ostatnio przyjęto, że uruchomienie pierwszego bloku reaktora jądrowego nastąpi w 2024 r.

Obecnie planowane są jednak kolejne zmiany projektu jądrowego, zakładające możliwość przesunięcia terminu budowy pierwszej elektrowni na następne lata. Pomimo tak odległych dat większość aktów prawnych istotnych z punktu widzenia przygotowania do samej budowy oraz eksploatacji elektrowni jądrowej została już opracowana i weszła w życie. Dotyczą szeroko rozumianego bezpieczeństwa jądrowego, zarówno w trakcie budowy, jak i użytkowania obiektu jądrowego. Nie są w nich natomiast poruszane kwestie wymagań z zakresu bezpieczeństwa pożarowego. A te w przypadku awarii odgrywają niewątpliwie jedną z najważniejszych ról.

Regulacje prawne

Najistotniejszymi aktami prawnymi zajmującymi się tą materią są: ustawa z 29 listopada 2000 r. Prawo atomowe (tj. DzU z 2017 r., poz. 576), ustawa z 29 czerwca 2011 r. o przygotowaniu i realizacji inwestycji w zakresie obiektów energetyki jądrowej oraz inwestycji towarzyszących (tj. DzU z 2017 r., poz. 552), rozporządzenie Rady Ministrów z 27 grudnia 2011 r. w sprawie oceny okresowej bezpieczeństwa jądrowego obiektu jądrowego (DzU z 2012 r., poz. 556) i rozporządzenie Rady Ministrów z 31 sierpnia 2012 r. w sprawie wymagań bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej, jakie ma uwzględniać projekt obiektu jądrowego (DzU z 2012 r., poz. 1048).

W tym miejscu należy zwrócić uwagę, że przywołane przepisy wynikają w dużej mierze z dyrektywy Rady Europy EURATOM, ustanawiającej wspólnotowe ramy bezpieczeństwa obiektów jądrowych. W dokumencie tym nałożono na państwa członkowskie Wspólnoty obowiązek wprowadzenia i utrzymywania krajowych ram bezpieczeństwa jądrowego zawartych w fundamentalnych zasadach bezpieczeństwa, zatwierdzonych przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej (MAEA, ang. IAEA – International Atomic Energy Agency).

MAEA jest samodzielną organizacją działającą w strukturach Organizacji Narodów Zjednoczonych. Każdego roku składa Zgromadzeniu Ogólnemu Narodów Zjednoczonych raport, stanowiący podsumowanie najważniejszych zagadnień, działań i osiągnięć z zakresu działalności organizacji oraz tabel stanu i wykresów związanych z zabezpieczeniami, bezpieczeństwem i nauką oraz technologią. Działalność MAEA opiera się na trzech filarach: weryfikacji jądrowej, bezpieczeństwie jądrowym oraz promocji nauki i pokojowych zastosowaniach technik jądrowych. Ważnym elementem aktywności MAEA w zakresie bezpieczeństwa jądrowego jest wydawanie publikacji, a wśród nich standardów bezpieczeństwa. Uwzględniają one podstawowe zasady, wymagania i zalecenia niezbędne dla zapewnienia bezpieczeństwa jądrowego. Można powiedzieć, że są pewnego rodzaju globalnym odniesieniem do ochrony ludzi i środowiska, przyczyniając się do zachowywania jednolitego, wysokiego poziomu bezpieczeństwa na całym świecie.

Według MAEA regulowanie kwestii szeroko pojętego bezpieczeństwa jest obowiązkiem państwa, a odpowiedzialność za bezpieczeństwo jądrowe powinno spoczywać na osobach lub organizacjach nie tylko odpowiedzialnych za produkcję, transport lub wykorzystanie materiałów radioaktywnych, lecz także za medyczne zastosowanie promieniowania, funkcjonowanie instalacji jądrowych czy gospodarowanie odpadami promieniotwórczymi. Co oczywiste, wszystko musi podlegać standardom bezpieczeństwa. Ryzyko radiacyjne może jednak wykraczać poza granice państwa, a dzięki współpracy międzynarodowej możliwe jest promowanie i zwiększanie bezpieczeństwa w skali globalnej. Rozpoczynając od wymiany doświadczeń, poprzez monitorowanie zagrożeń w celu zapobieżenia wypadkom, do reagowania w sytuacjach kryzysowych – także aby złagodzić wszelkie ich negatywne skutki. Statut MAEA upoważnia organizację do ustanowienia lub przyjęcia normy bezpieczeństwa w zakresie ochrony zdrowia i zminimalizowania zagrożenia dla życia i mienia.

Normy bezpieczeństwa przedstawione są w trzech publikacjach: Podstawy bezpieczeństwa (The Safety Fundamentals), Wymogi bezpieczeństwa (The Safety Requirements) oraz Przewodniki bezpieczeństwa (The Safety Guides). Pierwsza z nich określa podstawowy cel bezpieczeństwa oraz zasady ochrony i bezpieczeństwa, druga opisuje wymagania, które muszą być spełnione, aby zapewnić ochronę ludzi i środowiska – zarówno teraz, jak i w przyszłości, natomiast w przewodnikach bezpieczeństwa można odnaleźć porady i wskazówki, w jaki sposób spełnić wymagania określone w wymogach bezpieczeństwa.

Ogólnie o bezpieczeństwie

Chcąc zapewnić odpowiedni poziom bezpieczeństwa w takim obiekcie, jak elektrownia jądrowa (również bezpieczeństwa pożarowego), należy sięgnąć po wspomniane trzy zestawy standardów. W pierwszej kolejności trzeba zapoznać się z dokumentem: Fundamental Safety Principles. Safety Fundamentals No. SF-1

W standardzie tym ustanowione zostały podstawowe cele bezpieczeństwa oraz związane z nimi zasady (10 zasad, które należy zastosować, aby osiągnąć zamierzony cel). Stanowią one podstawę wymagań i środków służących ochronie ludzi i środowiska przed ryzykiem promieniowania, w szczególności pochodzącym od instalacji jądrowych, źródeł promieniotwórczych, transportu materiałów radioaktywnych czy gospodarowania odpadami promieniotwórczymi.

Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej, aby określić wymagania ogólne, które muszą zostać spełnione przy zapewnieniu bezpieczeństwa (w tym bezpieczeństwa pożarowego) w elektrowni jądrowej, odsyła do Safety of Nuclear Power Plants: Design. Specyfic Safety Requirements. No.SSR-2/1.

W standardzie tym opisano wymagania projektowe dotyczące konstrukcji (zarówno obiektu, jak i związanych z nim instalacji), systemów i elementów elektrowni jądrowych. Określono także procedury i procesy organizacyjne, które muszą zostać spełnione, aby zapewnić bezpieczną eksploatację, zapobiec zdarzeniom mogącym zagrozić bezpieczeństwu elektrowni, a w razie konieczności złagodzić skutki takich zdarzeń.

Określone wyżej wymagania zebrano w rozdziałach dotyczących m.in.: stosowania zasad bezpieczeństwa (określono w nim cele i zasady bezpieczeństwa oraz koncepcje, które stanowią podstawę wyznaczenia wymagań dotyczących projektowania obiektu jądrowego), podstawowych wymagań, jakie muszą być spełnione w procesie projektowania (dotyczących zarządzania bezpieczeństwem), ogólnych wymagań technicznych (dotyczących m.in. podstawowych funkcji bezpieczeństwa, ochrony radiacyjnej, zarządzania odpadami promieniotwórczymi), głównych zasad projektowania elektrowni (w zakresie spełnienia wymagań technicznych zapewniających bezpieczeństwo) oraz projektowania specjalnych systemów elektrowni (m.in. rdzenia reaktora i jego układów chłodzenia, systemów zabezpieczających oraz systemów kontroli).

W części dokumentu poświęconej projektowaniu systemów specjalnych, w podrozdziale zatytułowanym Requirement 74: Fire protection systems (Wymaganie 74: Systemy ochrony przeciwpożarowej), przedstawione zostały cele, które powinny realizować systemy ochrony przeciwpożarowej. Dotyczą one przede wszystkim systemów wykrywania pożaru, systemów gaśniczych, barier (przegród ogniowych) ograniczających rozprzestrzenianie się ognia i systemów kontroli dymu. Uwzględniając wyniki przeprowadzonej przed stworzeniem planu zabezpieczeń analizy zagrożenia pożarowego w elektrowni jądrowej, według omawianego standardu przewiduje się zabezpieczenie całego obiektu elektrowni we wspomniane wcześniej systemy bezpieczeństwa.

Ponadto w podrozdziale tym wskazano wymagania stawiane systemom bezpieczeństwa:

  • systemy przeciwpożarowe, w które będzie wyposażona elektrownia jądrowa, powinny być tak zaprojektowane, aby były zdolne wykryć i zwalczyć pożar bez względu na rodzaj zaistniałego zdarzenia (pożar jako zdarzenie powoli rozwijające się w wyniku jakiegoś czynnika zewnętrznego czy pożar na skutek wybuchu lub awarii),
  • należy przewidzieć automatyczne uruchomienie systemów gaśniczych w przypadku wykrycia pożaru,
  • systemy gaśnicze powinny być tak zaprojektowane i rozmieszczone, aby przypadkowe (nieumyślne) ich uruchomienie nie powodowało znaczącego osłabienia istotnych parametrów mających wpływ na zapewnienie bezpieczeństwa elektrowni,
  • systemy wykrywania pożaru powinny być tak zaprojektowane, aby zapewnić obsłudze obiektu niezwłocznie informacje o lokalizacji i rozprzestrzenianiu się pożaru.
  • w budynku zaleca się stosowanie materiałów niepalnych lub ognioodpornych w możliwie jak największym zakresie.

Pożary i wybuchy

Jednym z dokumentów szczegółowych określającym sposoby spełnienia wskazanych wyżej wymagań jest standard MAEA z serii poradników Safety Guides: Protection against internal fires and explosions in the design of Nuclear Power Plants. Safety Guides. No. NS-G-1.7.

Rozwiązania w zakresie bezpieczeństwa pożarowego zostały w nim opisane w nieco inny sposób niż w pozostałych dwóch wspomnianych dokumentach. Przedstawiono je w formie założeń ogólnych (General concepts).

Założenia te podkreślają, że konstrukcja, systemy i komponenty ważne z punktu widzenia bezpieczeństwa powinny być zaprojektowane i rozmieszczone w taki sposób, aby zminimalizować skutki pożaru oraz wybuchu, zarówno spowodowanych czynnikami zewnętrznymi, jak i wewnętrznymi. Wymogi te powinny być spełnione, aby zapewnić niezawodne działanie elektrowni, a dodatkowo:

  • zabezpieczyć przed powstaniem pożaru (projekt elektrowni powinien uwzględniać minimalne prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru),
  • zapewnić szybkie wykrycie i gaszenie pożaru w początkowej jego fazie, ograniczając w ten sposób powstanie ewentualnych szkód (przy pomocy dostępnych urządzeń gaśniczych),
  • unikać rozprzestrzeniania się pożarów, które nie zostały ugaszone, aby zminimalizować ich wpływ na istotne ze względu na bezpieczeństwo systemy (przy wykorzystaniu barier ogniowych i wydzieleń pożarowych),
  • zapobiec powstawaniu wybuchów i ograniczyć ryzyko ich wystąpienia, jeśli nie da się uniknąć powstawania atmosfery wybuchowej, a jeśli nie da się spełnić tych warunków, konieczne będzie wdrożenie przepisów projektowych niezbędnych do ograniczenia konsekwencji wybuchu.

Według poradnika Safety Guides właściwe przygotowanie obiektu elektrowni jądrowej pod względem ochrony przeciwpożarowej, powinno opierać się na określonych założeniach. Należy przewidzieć, że pożar może pojawić się tylko tam, gdzie stale lub przejściowo może być usytuowany materiał palny. Zakłada się także, że w danym momencie może wystąpić tylko jeden pożar, a każde dodatkowe zarzewie ognia oraz jego rozprzestrzenianie się, powinno być uznane za następstwo pierwszego wykrytego pożaru. Uznaje się również, że pożar może powstać w każdym stanie pracy elektrowni jądrowej.

Wymagania dla bezpieczeństwa

W standardzie tym wskazano wymagania, które powinny być zrealizowane w celu zapewnienia bezpieczeństwa pożarowego elektrowni jądrowej. Można je zawrzeć w kilku punktach.

1. Zapobieganie pożarom (fire prevention)

Możliwość powstania pożaru w elektrowni jądrowej powinna być ograniczona do minimum, w pierwszej kolejności przez zastosowanie materiałów niepalnych lub materiałów zabezpieczonych przed możliwością zapalenia się oraz przez zminimalizowanie liczby potencjalnych źródeł zapłonu.

Elementy konstrukcyjne elektrowni powinny być zaprojektowane w taki sposób, aby ich uszkodzenie lub zniszczenie nie spowodowało możliwości powstawania pożaru. Ponadto elementy elektrowni istotne dla jej bezpieczeństwa, których awaria lub uszkodzenie może spowodować niedopuszczalne uwolnienie materiałów promieniotwórczych, muszą być chronione przed zjawiskami naturalnymi mogącymi przyczynić się do powstawania pożaru, w szczególności przed wyładowaniami atmosferycznymi.

W procesie projektowania należy przewidzieć zapewnienie prawidłowego składowania przejściowych materiałów palnych, powstałych w wyniku np. jednostkowego procesu. Zaleca się, aby były one składowane w specjalnie przeznaczonym do tego miejscu, możliwie jak najdalej od elementów elektrowni ważnych dla jej bezpieczeństwa.

2. Wykrycie i gaszenie pożarów (detecting and extinguishing fires)

Systemy wykrywania dymu oraz systemy gaśnicze w obiekcie elektrowni powinny być dostosowane do przeprowadzonej uprzednio analizy zagrożeń, uwzględniającej możliwości powstawania pożaru. Urządzenia te muszą być zaprojektowane tak, aby w jak najkrótszym czasie wykryły pożar, a następnie ugasiły go we wczesnej fazie, minimalizując negatywne skutki tego zdarzenia, oddziałujące na obsługę obiektu oraz procesy zachodzące w toku pracy elektrowni.

Systemy przeciwpożarowe powinny być zaprojektowane i umiejscowione w taki sposób, aby zarówno zamierzone, jak i fałszywe ich zadziałanie nie uniemożliwiało ich prawidłowego funkcjonowania.

Należy zapewnić odpowiednie oświetlenie awaryjne i urządzenia łączności, by możliwe było manualne (ręczne) wyzwolenie i wykorzystanie urządzeń gaśniczych w trakcie prowadzenia działań gaśniczych.

3. Łagodzenie skutków pożarów (confinement of fires and mitigation of the effects of fires)

Standard zaleca podział systemów przeciwpożarowych na sektory. Każdy powinien obejmować swoim zasięgiem wydzieloną pożarowo przestrzeń w sposób umożliwiający efektywną i niezależną pracę systemów. Wyzwolenie urządzeń w zagrożonym sektorze nie powinno mieć negatywnego wpływu na stan systemów w pozostałych sektorach. Liczbę przeciwpożarowych przejść instalacyjnych pomiędzy sektorami warto ograniczyć do minimum. Możliwość powstania pożaru w każdym z przewidzianych sektorów powinna zostać poddana odrębnej analizie.

4. Zdarzenia złożone (combinations of events)

Zakłada się, że jednoczesna, przypadkowa kombinacja różnych zdarzeń i wypadków stanowi mało prawdopodobny scenariusz. Niemniej jednak musi być on wykazany w probabilistycznej analizie bezpieczeństwa elektrowni, aby w przypadku takiego zdarzenia dobrane środki i systemy były wystarczająco skuteczne.

Systemy i urządzenia przeciwpożarowe należy zaprojektować w taki sposób, aby zachowały one swoją funkcjonalność pomimo negatywnych skutków zdarzenia losowego (zdarzenia sejsmicznego, awarii turbiny). Systemy, których nie można utrzymać w pełnej sprawności w wymienionych okolicznościach, należy zaprojektować tak, aby ich uszkodzenie nie zagrażało bezpieczeństwu jądrowemu.

5. Pożary pochodzenia zewnętrznego (fires of external origin)

Należy przyjąć, że pożary pochodzenia zewnętrznego (i ich następstwo w postaci dymu i ciepła) nie zmieniają podstawowych założeń podanych w tym standardzie.

Instalacje i systemy w elektrowni jądrowej powinny być tak zaprojektowane, aby oddziaływanie pożarów zewnętrznych nie wpływało na infrastrukturę zapewniającą bezpieczeństwo obiektu. Dla przykładu: system wentylacyjny powinien być tak zaprojektowany, aby zapobiec przedostawaniu się dymu i ciepła z pożarów zewnętrznych do budynku (lub jego części).

6. Ochrona przed zagrożeniem wybuchowym (protection against explosion hazards)

Założenia standardu wskazują, że zagrożenia wybuchem należy wyeliminować w sposób możliwie najbardziej praktyczny. Priorytetem powinno być opracowanie środków, które będą zapobiegały lub ograniczały powstawanie atmosfer wybuchowych.

Ilość takich materiałów, jak łatwopalne ciecze i gazy, powinna być ściśle ograniczona, przy zapewnieniu odpowiedniej liczby pomieszczeń magazynowych, w których substancje reagujące, utleniacze i materiały palne będą oddzielone od siebie.

Butle łatwopalnych sprężonych gazów należy przechowywać w przeznaczonych specjalnie do tego celu obiektach, znajdujących się z dala od głównych budynków elektrowni i zapewniających odpowiednią ochronę przed wpływem lokalnych warunków środowiska.

Aby zapobiec wybuchowi spowodowanemu pożarem wpływającym na elementy ważne dla bezpieczeństwa elektrowni, należy rozważyć zapewnienie wyposażenia obiektu w automatyczne systemy wykrywania pożaru łatwopalnych gazów i automatycznych systemów gaśniczych. Przy przeprowadzaniu analizy zagrożenia wybuchem warto wziąć pod uwagę możliwość powstania wybuchu chemicznego oraz fizycznego. W celu identyfikacji zagrożeń wybuchowych trzeba uwzględnić konsekwencje efektów zdarzeń losowych (np. pęknięcia rur dostarczających łatwopalne gazy).

Zagrożenia związane z wybuchem łuków elektrycznych wysokiego napięcia zminimalizuje odpowiedni dobór podzespołów elektrycznych (np. wyłączników), a projektowane systemy powinny zapewnić ograniczenie nie tylko prawdopodobieństwa wystąpienia potencjalnych łuków elektrycznych, lecz także wielkości i czas ich trwania.

Jeśli nie można uniknąć wybuchowej atmosfery, trzeba wdrożyć odpowiednie przepisy dotyczące projektowania lub eksploatacji, w celu:

  • ograniczenia objętości gazów wybuchowych,
  • wyeliminowania źródeł zapłonu,
  • zapewnienia odpowiednich współczynników wentylacji,
  • zapewnienia odpowiedniego doboru urządzeń elektrycznych przeznaczonych do stosowania w atmosferze wybuchowej,
  • inertyzacji,
  • odpowietrzenia (np. płyty wypuszczające powietrze lub inne urządzenia zabezpieczające ciśnienie),
  • zastosowania oddzieleń pożarowych od elementów ważnych dla bezpieczeństwa.

Należy także przeanalizować zagrożenia wybuchem, których nie da się wyeliminować oraz opracować i wdrożyć wytyczne mające na celu ograniczenie skutków eksplozji.

Szczegółowe rozwiązania dotyczące zastosowanych w elektrowni jądrowej systemów bezpieczeństwa określają załączniki do standardu MAEA Protection against internal fires and explosions in the design of Nuclear Power Plants. Safety Guides. No. NS-G-1.7. Odnoszą się one w szczególności do systemów oddzieleń przeciwpożarowych, systemów wykrywania dymu oraz systemów gaśniczych.

***

Standardy Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej określają pewne minimalne poziomy bezpieczeństwa (w tym także bezpieczeństwa pożarowego), które powinny być zachowane podczas projektowania, budowy i użytkowania elektrowni jądrowej. Uzupełnieniem wymagań zawartych w przedmiotowych dokumentach, powinny być uregulowania krajowe, które uwzględniają specyfikę danego regionu (warunki atmosferyczne, odległość od najbliższych zabudowań, odległość od jednostek straży pożarnych, wymaganą ilość wody do celów pożarowych), jak również powszechnie przyjęte normy i szczegółowe wytyczne dotyczące projektowania urządzeń przeciwpożarowych. Warto zaznaczyć, że MAEA publikuje także sprawozdania z zakresu bezpieczeństwa i ochrony w seriach zatytułowanych IAEA Safety Reports Series (publikacje informacyjne). Są to raporty o bezpieczeństwie, opisujące dobre praktyki i prezentujące przykłady oraz szczegółowe metody, które mogą być stosowane w celu spełnienia wymagań bezpieczeństwa.

Literatura

Protection against internal fires and explosions in the design of Nuclear Power Plants. Safety Guides. No. NS-G-1.7.
Safety of Nuclear Power Plants: Design. Specyfic Safety Requirements. No.SSR-2/1.
Fundamental Safety Principles. Safety Fundamentals No. SF-1.
www.iaea.org
www.paa.gov.pl

st. kpt. Karol Mojski pełni służbę w Wydziale Zabezpieczeń Przeciwpożarowych Biura Rozpoznawania Zagrożeń KG PSP fot. Stefan Kühn, Wikimedia

lipiec 2017