BWR

 

Osoba: mgr inż. Dariusz Witold Kulczyński

Stanowisko pracy: Inżynier Systemu

Miejsce: Elektrownia Jądrowa Darlington, Kanada (Ontario)

"W elektrowni atomowej typu CANDU inżynierowie pracują w bardzo wielu sekcjach technicznych, projektowych, remontowych no i oczywiście na stanowiskach Inżynierów Dyżurnych Ruchu. Jak w każdej elektrowni są oczywiście sekcje układów konwencjonalnych – np. turbozespołów czy układów elektrycznych. Jeśli chodzi o systemy jądrowe to inżynierowie mogą zajmować się odzyskiem i uzdatnianiem ciężkiej wody, fizyką reaktora (obliczaniem potrzeb paliwowych, analizą stabilności). Inni są odpowiedzialni za ciągłą wymianę paliwa za pomocą sterowanych komputerowo robotów-maszyn przeładowczych. Jeszcze inni inżynierowie dbają o prawidłowe funkcjonowanie skomputeryzowanego systemu regulacji bloku lub zajmują się skomputeryzowanymi systemami odstawiania awaryjnego reaktora."

"Z perspektywy 27 lat uważam, że praca inżyniera w elektrowni atomowej wymaga wiedzy i dyscypliny. Jest także ciekawa i dająca dużo satysfakcji."

 

Wstęp do artykułu - prof. NCBJ dr inż. Andrzej Strupczewski

Czy elektrownie jądrowe pracują bezawaryjnie?

Gdy w czasie dyskusji organizowanej przez partię Zieloni 2004 podałem, że średni współczynnik dyspozycyjności elektrowni jądrowych w USA wynosi powyżej 90%, moi przeciwnicy krzyknęli, że to niemożliwe, bo w Polsce elektrownie węglowe pracują średnio tylko przez dwie trzecie czasu!

Nie była to w pełni prawda, chociaż rzeczywiście, elektrownie węglowe w Polsce mają wiele drobnych i dużych awarii. Według „Statystyka elektroenergetyki polskiej 2006, Agencja Rynku Energii SA, Warszawa 2007”, w 2006 roku średni czas przestojów w elektrowniach na węgiel kamienny i brunatny o mocy od 120 do 500 MWe wyniósł 2764 godziny, liczba przestojów wynosiła średnio na blok 22,4/rok, w tym na usuwanie awarii średnio 6,2 /rok.

Tymczasem w elektrowniach jądowych średnio wypada jedno wyłączenie awaryjne na rok, a współczynniki dyspozycyjności rosną z każdym rokiem i obecnie np. dla wszystkich 104 elektrowni jądrowych w USA są średnio wyższe od 91%.

W EJ prowadzone sa ciągłe statystyki ruchowe. Na przyklad jeden z blokow w czteroblokowej elektrowni CANDU zanotowal obecnie az 633 dni pracy ciągłej bez zatrzymania.Jednoczesnie czas pracy personelu czterech bloków (całej elektrowni) bez wypadku powodującego stratę czasu roboczego wyniósł 2 202 441 godzin.

Jak osiąga się tak wysoką dyspozycyjność w elektrowniach jądrowych? O tym mówi tekst pana inż. Darka Kulczyńskiego, pracującego w kanadyjskich elektrowniach jądrowych z reaktorami CANDU już od 27 lat.

 

Praca inżyniera w elektrowni atomowej

mgr inż. Dariusz Witold Kulczyński, P. Eng.

Elektrownie jądrowe przeznaczone są do pracy w reżimie podstawowym (stałe obciażenie dobowe). Jakość pracy elektrowni oblicza się za pomocą współczynnika wykorzystania mocy zainstalowanej (capacity factor). Elektrownie kanadyjskie mogą, teoretycznie, pracować przez cały czas bo wymiana paliwa odbywa się w bez odstawiania reaktora. W lutym 2009, kiedy pisałem ten artykuł, 935-cio megawatowy blok 3 elektrowni Darlington w Kanadzie pozostawał w ruchu ciągłym przez 620 dni!

Fot. 1. Elektrownia CANDU 4 x 935 MW(e) w budowie, Ontario, Kanada

Filozofia reaktorów kanadyjskich to tanie paliwo (uran naturalny), które wymienia się w z zachowaniem ruchu bloku oraz ciężkowodne chłodziwo i moderator, które się odzyskuje z przecieków i uzdatnia i w ten sposób minimalizuje straty kosztownej D₂O. Wymiana paliwa w ruchu umożliwia reaktorom systemu kanadyjskiego uzyskiwanie wysokiego współczynnika wykorzystania mocy maksymalnej (capacity factor), co stawia je w ścisłej czołówce reaktorów jądrowych na świecie. Ruchem reaktora, jak i wymianą paliwa sterują komputery pod nadzorem wysoko kwalifikowanych nastawniczych. Kanadyjskie reaktory to PHWR (Pressurized Heavy Water Cooled and Moderated Reactors) inaczej zwane CANDU (Canada-Deuterium-Uranium).

Fundamentalnymi zasadami bezpiecznego ruchu każdego reaktora jądrowego, niezależnie od technologii, są tzw. „3 C’s” Control-Cool-Contain, tj. Reguluj, Chłódź i Lokalizuj (skażenia).

Wielopoziomowe bezpieczeństwo ruchu zapewnia budowa reaktorów CANDU oraz zabezpieczenia o wysokiej niezawodności. Niezawodność jest analizowana ilościowo wg modeli probabilistycznych. Utrzymywanie wysokiego wskaźnika niezawodności specjalnych systemów zabezpieczeń jest warunkiem koniecznym utrzymania licencji eksploatacji reaktora PROL (Power Reactor Operating License). Licencji udziela tzw. „Regulator” czyli Federalny Urząd Dozoru Jądrowego CNSC (Canadian Nuclear Safety Commission) poprzednio znany pod nazwą Atomic Energy Control Board (AECB). CNSC udziela także licencji Autoryzowanym Nastawniczym Bloku Jądrowego (Authorized Nuclear Operators) i Inżynierom Dyżurnym Ruchu (Nuclear Shift Supervisors) po zdaniu szeregu egzaminów. Doskonale opracowane szkolenie Nastawniczych i Inżynierów Dyżurnych Ruchu wykorzystuje symulatory komputerowe i trwa od 3 do 4 lat. Chociaż ten artykuł został napisany na podstawie doświadczeń eksploatacyjnych w elektrowni kanadyjskiej to wiele obserwacji będzie słusznych także dla innych technologii jądrowych.

Wszystkim systemom elektrowni CANDU przypisano pięciocyfrowe numery Jednolitego Wskaźnika Tematycznego (USI - Uniform Subject Index). Tak uporządkowana jest cała dokumentacja projektowa, wszystkie specyfikacje techniczne, rysunki i instrukcje eksploatacyjne (Design Manuals, Drawings, Operating Manuals). Przykłady kilku systemów są podane poniżej.

USI	Title
32000	Moderator & Auxiliaries Systems
32110	Moderator Main Circuit Components
32111	Heat Exchanger
32112	Pumps & Motors
33000	PRIMARY HEAT TRANSPORT SYSTEM
33100	HEAT TRANSPORT MAIN CIRCUIT
33103	Valves
33110	STEAM GENERATOR
40005	Turbine Generator – General TURBINE MAIN STEAM

 

Za prawidłowe funkcjonowanie danego procesu technologicznego lub układu pomocniczego elektrowni odpowiedzialny jest tzw. Inżynier Systemu (System Engineer) oczywiście przy wsparciu wielu innych służb i osób. Inżynierowie tacy są zwykle odpowiedzialni za więcej niż jeden system; ilość zależy od złożoności i nakładu pracy. Inżynier Systemu jest autorytetem technicznym, do którego zwraca się o radę personel ruchowy (obchodowi bloku, nastawniczy i inżynierowie dyżurni ruchu) jak również personel remontu bieżącego i planowego.

Każdy system w elektrowni posiada standardowy Raport Funkcjonowania Systemu, który kwartalnie lub raz na pół roku przygotowuje Inżynier Systemu. Dane z tych Raportów pozwalają ustalić oceny wpisywane do Karty Raportowej Funkcjonowania całej Elektrowni. Każdy Raport Systemu analizuje wiele wskaźników i na pierwszej stronie ma szereg kratek o kolorach wyznaczanych na podstawie analizy ilościowej i jakościowej w oparciu o odpowiednie instrukcje referencyjne.

Kolor zielony oznacza ocenę bardzo dobrą, biały-dobrą, żółty-dostateczną i czerwony-niedostateczną. Podobnie wygląda Karta Raportowa Elektrowni, z której wynika wskaźnik doskonałości ruchu NPI (Nuclear Performance Index). Niezależnie od stosowanej technologii, wszystkie elektrownie atomowe na świecie prowadzą eksploatację w oparciu o cztery tzw. „kamienie węgielne”, a więc o Bezpieczeństwo, Niezawodność, Ekonomię i Właściwą Pracą Personelu (Safety, Reliability, Value for Money and Human Performance Cornerstones). W maju 1989, w trzy lata po katastrofie w Czarnobylu powstała międzynarodowa organizacja WANO (World Association of Nuclear Operators), do której dobrowolnie należą wszystkie firmy na świecie posiadające reaktory energetyczne lub badawcze, także z Polski. Przedstawiciele WANO, wybierani spośród specjalistów z krajów członkowskich, wizytują periodycznie wszystkie cywilne urządzenia jądrowe na świecie i sporządzają raport na temat ich stanu i pracy. Jest to niezależne od Urzedów Dozoru Jądrowego krajów należących do WANO, które wydają pozwolenia na budowę, eksploatację czy permanentne wycofanie z ruchu reaktorów jądrowych w swoich jurysdykcjach. Urząd Dozoru Jądrowego (inaczej Regulator) bierze jednak pod uwagę również raporty WANO, którego dwudziestoletnie działanie doprowadziło do wielkiego wzrostu standardów bezpieczeństwa i niezawodności ruchu elektrowni atomowych.

Dalsza część tego artykułu pokazuje jak może wyglądać dzień pracy Inżyniera Systemu odpowiedzialnego za dwa układy pomocnicze. W opisanym przypadku pierwszy system jest modyfikowany przy zachowaniu pracy bloku, a proces chemiczny związany z drugim systemem pomocniczym jest odstawiony do remontu planowego.

 

Przykładowy dzień pracy Inżyniera Systemu

8:15 Wchodzę do biura, rozbieram się, wieszam na szyi przepustkę ze zdjęciem. Widzę czerwone światełko na telefonie. Odsłuchuję wiadomości i wpisuję nowe zadania na formularzu „Rzeczy do zrobienia dziś”.

8:20 Włączam komputer i idę po kawę. Kiedy wracam, Outlook otwarty jest już na stronie startowej i pokazuje mi dzisiejsze zebrania. Jedno to Przegląd Planu Dnia o 11:00, drugie to spotkanie z Mistrzem Zmianowym Automatyków i Nastawniczym w budynku Procesu Chemicznego o 13:00.

8:25 Piję kawę przeglądając e-maile, zapisuję na formularzu „Rzeczy do zrobienia dziś”.

8:40 Przeglądam listę według priorytetów; przesuwam mniej pilne sprawy na inny termin.

8:50 Powiadamiam szefa o zmianie miejsca pobytu, bo wychodzę do pomieszczenia symulatora Procesu Chemicznego żeby rozwiązać zgłoszony kilka dni temu problem ciśnienia na jednym ze schematów wyświetlanych na ekranach komputerów nastawni Procesu Chemicznego. Nastawniczy i Mistrz Zmianowy Automatyków twierdzą, że teraz kiedy instalacja jest odstawiona, wartość ciśnienia wyliczana przez program komputerowy na ekranie nie zgadza się z Instrukcją Eksploatacyjną.

 

Skomputeryzowany symulator nastawni jednego z procesów chemicznych w Elektrowni CANDU

 

9:00 – 10:15 Analizuję program żeby wyjaśnić rozbieżności. Program wpisuje wartości ciśnienia i temperatury do dwóch macierzy, porównuje je w kilku pętlach zależnych od wartości parametrów i wpisuje odpowiednią wielkość do schematu Procesu Chemicznego wyświetlanego na ekranie. Wydaje się, że podane przez elektryków i nastawniczego Procesu Chemicznego liczby są prawidłowo interpretowane przez program, bo symulator pokazuje te same liczby. Należy więc sprawdzić Instrukcję Eksploatacyjną w Nastawni.

10:15 – 10:30 Kupuję kawę i wracam do swojego biurka. Pijąc kawę odpowiadam na bardziej pilne e-maile.

10:30 Powiadamiam szefa o zmianie miejsca pobytu, bo wychodzę do elektrowni na zebranie Przegląd Planu Dnia o 11:00. Mam do pokonania 300 metrów i muszę zdjąć buty z metalowymi noskami, wyjąć klucze, portmonetkę z monetami i przepuścić to wszystko przez Roentgen (jak na lotnisku). Sam przechodzę przez monitory do wykrywania środków wybuchowych i metalu. Te środki bezpieczeństwa to efekty ataku terrorystycznego na World Trade Center (tzw. 9-11). Żeby teraz wejść na teren ogrodzony elektrowni używam mojej przepustki, a później przykładam do zamka drzwi rękę. Komputer sprawdza, że geometria mojej dłoni zgadza sie z przepustką i drzwi się otwierają.

11:00 – 12:00 Zebranie Planowania. Elektrycy instalujący modyfikację na jednym z moich systemów na Bloku 3 odkryli podczas testów rozruchowych instalacji, że dwa przewody były zamienione miejscami na zaciskach co spowodowało, że sygnał próbny nie był wyświetlany na ekranie Nastawni Głównej. Po przełączeniu przewodów test rozruchowy kończy się sukcesem; sygnał próbny wprowadzony na zaciski Komputera Blokowego wyświetla się na ekranie z idealną dokładnością. Elektrycy wprowadzili już do Administracyjnego Systemu Komputerowego odpowiedni Elektroniczny Raport Usterki lub Niedociągnięcia, którego numer zapisuję w notesie. Pytają jednak czy zamienienie przewodów miejscami wymaga wygenerowania Zapisu Tymczasowej Zmiany Konfiguracji i powieszenia na zaciskach połączeń krosowych wywieszki z numerem Zapisu. A może potrzebne jest również zainicjowanie Elektronicznego Zapotrzebowania na Polecenie Pracy? To jest kluczowy moment zebrania. Aby rozwiązać problem trzeba użyć odpowiedniego narzędzia, którym jest w tym wypadku brzytwa. Brzytwa Ockhama oczywiście, czyli zasada, że istnień nie należy mnożyć ponad potrzebę (łac. Non sunt multiplicanda entia praeter necessitatem). Ponieważ dokumentacja była prawidłowa nie należy tworzyć żadnego Zapisu Tymczasowej Zmiany Konfiguracji ani broń Boże Elektronicznego Zapotrzebowania na Polecenie Pracy. Każdy z tych dokumentów elektronicznych przechodzi przez kilka poziomow administracji i jeśli jest zbędny stwarza bezużyteczny wysiłek wielu osób, na co w elektrowni atomowej nie można sobie pozwolić. Elektroniczny Raport Usterki lub Niedociągnięcia, który Elektrycy wprowadzili do Administracyjnego Systemu Komputerowego dostatecznie dokumentuje, że przy rozruchu został wykryty i naprawiony błąd odrutowania. Raport ten przejrzy Grupa Akcji Korekcyjnej i wtedy oceni czy potrzebne są jakiekolwiek dalsze działania. W opisanym przypadku nic więcej nie będzie potrzebne.

12:00 – 12:30 Lunch w Cafeterii (po przejściu przez monitor stwierdzajacy brak skażeń).

12:30 – 12:55 Opuszczam Cafeterię i udaję się do nastawni Budynku Procesu Chemicznego.

 

13:00 – 15:00 Pokazuję Mistrzowi Zmianowemu Automatyków wydruk programu i wyniki moich testów na symulatorze. Sprawdzamy dane z tym co pokazuje komputer na pulpicie sterowniczym Nastawni. Liczby są identyczne. Mistrz zgadza się, że program funkcjonuje prawidłowo. Przeglądamy z Nastawniczym Instrukcję Eksploatacyjną i odkrywamy w niej błąd; pewien przedział wartości ciśnienia i temperatury występujący tylko w czasie odstawienia instalacji do przestoju remontowego nie został w Instrukcji opisany i trzeba ją poprawić. Stosując ponownie Brzytwę Ockhama uznajemy, że należy oczywiscie wygenerować Elektroniczny Raport Usterki lub Niedociągnięcia, ale dodatkowo nasze odkrycie zostanie wpisane do Elektronicznego Dziennika Nastawniczego i zakomunikowane e-mailem do Mistrzów wszystkich brygad pracujących w obsłudze Procesu Chemicznego. Zapisuję numer drugiego już dzisiaj Elektronicznego Raportu Usterki lub Niedociągnięcia, który będę musiał podać w moim półrocznym Raporcie Funkcjonowania Systemu Komputerowego Sterowania Procesem Chemicznym. Ten Elektroniczny Raport także przejrzy Grupa Akcji Korekcyjnej i oceni czy potrzebne są jakiekolwiek dalsze działania. W opisanym przypadku będzie trzeba poprawić Instrukcję Eksploatacyjną żeby opisywała pominięty przedział wartości ciśnienia i temperatury. Korzystając z pobytu w budynku Procesu Chemicznego sprawdzam ogólne funkcjonowanie komputerów pulpitu i komputerów sterowniczych w pokoju na wyższym piętrze; funcjonują prawidłowo.

15:00 – 15:30 Wracam do swojego budynku przechodząc przez monitor stwierdzający brak skażeń.

15:30 – 15:45 Sprawdzam nowe wiadomości telefoniczne i nowe emaile wpisując je na jutrzejszą listę „Rzeczy do zrobienia dziś”.

15:45 Idę do domu.

W elektrowni atomowej typu CANDU inżynierowie pracują w bardzo wielu sekcjach technicznych, projektowych, remontowych no i oczywiście na stanowiskach Inżynierów Dyżurnych Ruchu. Jak w każdej elektrowni są oczywiście sekcje układów konwencjonalnych – np. turbozespołów czy układów elektrycznych. Jeśli chodzi o systemy jądrowe to inżynierowie mogą zajmować się odzyskiem i uzdatnianiem ciężkiej wody, fizyką reaktora (obliczaniem potrzeb paliwowych, analizą stabilności). Inni są odpowiedzialni za ciągłą wymianę paliwa za pomocą sterowanych komputerowo robotów-maszyn przeładowczych. Jeszcze inni inżynierowie dbają o prawidłowe funkcjonowanie skomputeryzowanego systemu regulacji bloku lub zajmują się skomputeryzowanymi systemami odstawiania awaryjnego reaktora.

Współczesne reaktory kanadyjskie, takie jak wersja eksportowa CANDU-6 (klasa 700MW), posiadają następujące specjalne systemy zabezpieczeń (Special Safety Systems):

1. I System Awaryjnego Odstawiania Reaktora, ang. Shutdown System I
2. II System Awaryjnego Odstawiania Reaktora, ang. Shutdown System II
3. System Awaryjnego Chłodzenia Rdzenia, ang. Emergency Core Cooling oraz
4. System Lokalizacji Skażeń (Awarii), ang. Containment System

 

Z perspektywy 27 lat uważam, że praca inżyniera w elektrowni atomowej wymaga wiedzy i dyscypliny. Jest także ciekawa i dająca dużo satysfakcji.

 

mgr inż. Dariusz Witold Kulczyński, P. Eng,
Ontario, Kanada

 

 

Zobacz też:

• Kanadyjska energetyka jądrowa - mgr inż. Dariusz W. Kulczyński - "Wiadomości Elektrotechniczne" 3 (977) marzec 2008 ISSN 0043-5112
• Ewolucja reaktorów CANDU w kontekście dyskusji o polskiej energetyce jądrowej - mgr inż. Dariusz W. Kulczyński - "Wiadomości Elektrotechniczne" 2 (988) luty 2009 ISSN 0043-5112
• Dla kogo kurs na atom jest błędny? - Dariusz Witold Kulczyński, 2008-09-21, Gazeta Wyborcza