بخشی از مقاله
چکیده
سیستم آب تغذیه اضطراری به عنوان یکی از سیستمهای ایمنی اصلی نیروگاه بوشهر اهمیت فراوانی در کنترل حوادث دارد. در این مقاله ابتدا مدل استاتیک طراحی شد، سپس طبق مدل دینامیکی اصلاحاتی بر روی درختخطا و برخی از دروازهها انجام شد. دروازه دینامیکی مورد استفاده در این تحلیل، دروازههای PAND است که توانایی درنظرگرفتن توالی را دارد. با استفاده از شبیه سازی مونت کارلوحل درختخطای دینامیکی بهوسیله نرمافزار BlockSim ادرنجام شد و نتایج قابلیت اطمینان دینامیکی بر اساس تابع وابسته به زمان بدست آوردیم. برای کل سیستم، Mean Unavailability را برابر 2.87E-02 بدست آوردیم که درحالت استاتیک این عدد برابر با 1.018E-03 بود.
-1 مقدمه
مسئله اصلی در مورد یک نیروگاه هستهای، ایمنی آن در صورت بروز حادثه، به منظور خاموش کردن راکتور و جلوگیری از ذوب قلب و درنتیجه خروج مواد رادیواکتیو از محفظه آن است. سیستم های ایمنی راکتور این وظیفه را به عهده دارند، اما قابلاعتماد بودن این سیستمها بحث اصلی در رسیدن به این مهم است. خنک کردن راکتور و تأمین آب مورد نیاز راکتور در صورت از دست رفتن خنک کننده، مهمترین شاخص برای یک راکتور هستهای است. به همین دلیل سیستم تغذیه آب اضطراری نقشی مهم در صورت بروز حادثه دارد. همچنین یکی از دلایل اصلی حادثه Three Mile Island نیز مشکل در این سیستم محسوب بوده است .[1] سیستم آب تغذیه اضطراری، یکی از تجهیزات ایمنی مهندسی، به عنوان پایین آورنده دما با برداشت حرارت واپاشی از قلب راکتور در طول سناریوهای حادثه است .[2] در مطالعات جدید از سیستم آب تغذیه اضطراری Passive که یکی از ویژگیهای پیشرفته ایمنی است در راکتورهای APR+ بهکار گرفته شده است [3] که با استفاده از مکانیزم گردش طبیعی، مولد بخار را خنک و حرارت واپاشی قلب راکتور را از بین میبرد .[4] همچنین شپین [5] بررسی این سیستم را با استفاده از روش درختخطای دینامیکی انجام داده است.
درختخطا یک زبان مدلسازی ساختیافته برجسته برای سیستمهای قابلاعتماد است .[6] تحلیل درختخطا یک روش مفید با استفاده گسترده برای ارزیابی قابلیتاطمینان و ایمنی سیستم است .[8] [7] به گفته [9]، یکی از مهمترین اهداف قابلیتاطمینان "پیش بینی قابلیتاطمینان سیستم برای مدت مأموریت مشخص" است. تکنیکهای بسیاری که برای رسیدن به این هدف مورد استفاده قرار گیرند، دردسترساند. بهمنظور پیش بینی قابلیتاطمینان سیستم، باید مدل قابلیتاطمینان مناسب، انتخاب گردد. درختخطا یکی از توسعهیافتهترین تکنیکهای غالب در مطالعات قابلیتاطمینان است. همچنین چیاکچیو معتقد است که امروزه، روش درختخطا پر استفادهترین تکنیک کمی برای ارزیابی سناریوهای حادثه در صنعت است .[10] برآورد قابلیتاطمینان سیستم آبتغذیه اضطراری و ارتقای آن امری مهم و ضروری است. در این مقاله ابتدا تحلیل درخت خطای استاتیکی را با نرمافزار Saphire انجام دادیم، سپس با اصلاحاتی بر روی مدل استاتیکی، به تحلیل مدل دینامیکی با استفاده از درخت خطای دینامیکی بهوسیله نرمافزار BlockSim پرداختیم. در تحلیل دینامیکی از دروازه دینامیکی PAND استفاده کردیم و بر اساس مدل جدید و با استفاده از روش شبیهسازی مونت کارلو محاسبات را انجام دادیم. از مقایسه نتایج بهدست آمده مشخص شد تحلیل دینامیکی نتایج نزدیک به واقعیتتری را نسبت به مدل استاتیکی، بهدلیل عدم توانایی درخت خطای استاتیکی در مدل کردن شرایط دینامیکی مانند توالی، به ما میدهد.
-2 بدنه اصلی
مطالعه موردی
سیستم آب تغذیه اضطراری به عنوان یک سیستم ایمنی در شرایط خاصی روی کار و پس از انجام وظیفه به شرایط عادی باز می گردد. این سیستم مسئولیت برداشت حرارت مولد بخار را در شرایطی که سیستم آب تغذیه اصلی به هر دلیلی از کار بیفتد یا از دسترس خارج باشد - در خاموشیهای اضطراری - برعهده دارد [11] ، به همین دلیل و حساسیت زیاد دردسترسبودن این سیستم، قابلیتاطمینان این سیستم از اهمیت بسیار بالایی در جلوگیری از بروز حادثه برخوردار است. با توجه به ساختار سیستمهای حفاظتی و ایمنی هر سیستم دارای چهار کانال مستقل - شکل - 1 و از لحاظ فیزیکی بطور کاملا جداگانه میباشد. هر کانال - شکل - 2 دارای عملکرد کامل ایمنی - 4*100% - میباشد. وجود چهار کانال ایمنی بدلیل خطای عملکرد دو سیستم میباشد - که به عنوان مثال بروز حادثه ابتدایی اولیه در یک کانال باعث از کار افتادن یک سیستم و همچنین وجود نقص در یکی از تجهیزات Active و یا Passive و یا خطای انسانی در سیستم دیگر باعث از رده خارج شدن دو سیستم ایمنی میشود - . کانال سوم هم ممکن است بدلیل تعمیرات از حالت آماده خارج باشد. و با توجه به مشخصات طراحی پذیرفته شده برای تجهیزات یک کانال کاری از سیستم برای انجام کامل و تمام عیار در تمام شرایط کاری کفایت میکند .[12]
شکل:1 چهار کانال سیستم آبتغذیه اضطراری
شکل:2 شکل سادهشده سیستم آبتغذیه اضطراری [13]
درخت خطا
برای تحلیل قابلیتاطمینان سیستم از روش درختخطا استفاده میکنیم. تحلیل درخت خطا یکی از توسعه یافته ترین تکنیک ها در مطالعات قابلیت اطمینان است؛ با این حال تحلیل استاتیک قادر به در بر گرفتن رفتار دینامیکی سیستم های پیچیده نیست. برای غلبه بر این مشکل، در تحقیقات اخیر تحلیل درخت خطای دینامیکی پیشنهاد شده است. این روش معمولا در حالت استاتیک برای تحلیل سیستم های پیچیده مناسب نیست، چون با دروازههای AND، OR، و چندگانه k - از - n نمی تواند رفتار دینامیکی مکانیزم های خرابی سیستم را دربرگیرند. برای غلبه بر این مشکل، تحلیل درخت خطای دینامیکی در تحقیقات اخیر پیشنهاد شده است. روش های ارزیابی دینامیکی قابلیت اطمینان بر پایه مشترک تحلیل قابلیت اطمینان استاتیک به منظور دربرگرفتن رفتار دینامیکی توالی، یدکی و اقدامات وابسته به زمان یا خرابی ها در سیسم های پیچیده، توسعه یافته اند. درخت خطای دینامیکی بر پایه توسعه دروازههای جدید دینامیکی است. با این دروازههای دینامیکی، رفتارهای خرابی وابسته به توالی را می توان بین تجهیزات را مشخص کرد. چندین تحقیق بر روی توسعه رویکردهای قدیمی در حل درخت خطای دینامیکی ها انجام شده است. روش های موجود برای حل درخت خطای دینامیکی معمولا بر پایه تبدیل آن به مدلی متفاوت است .[14] به طور کلی، راه حل این رویکردها برای حل درخت خطای دینامیکی به چهار روش متفاوت طبقه بندی شده اند؛
شامل تحلیلی - analytical - ، مبتنی بر شبیه سازی - simulation based - ، نمایش دیاگرام - diagram representation - و روش های ترکیبی . - hybrid - روش شبیه سازی مونت کارلو، در این مقاله استفاده شده است، روش های مبتنی بر شبیه سازی، به طور خاص تکنیک های مبتنی بر شبیه ساز ی مونت کارلو، می تواند مشکلات را حل کند. طبق مرور ادبیات پیشینیان [18] [17] [16] [15] [19] سیستم های پیچیده ای که ممکن است حل انها با روش های تحلیلی سخت باشد به سادگی با روش های شبیه سازی مونت کارلو حل شده است. روش های قابلیت اطمینان، که مبتنی بر روش های شبیه سازی مونت کارلو هستند، به دلیل قابلیت مدلسازی شرایط واقعی و رفتارهای تصادفی سیستم می تواند عدم قطعیت در قابلیت اطمینان را از بین ببرد .[16] به کارگیری از این روش برای محاسبه و برآورد قابلیت اطمینان سیستم های دینامیکی در حال افزایش است. تکنیک های مبتنی بر شبیه سازی مونت کارلو، که در [20] ارائه شده، یک شیوه مناسب برای به کارگیری در حالت های مختلف وابسته به زمان سیستم های پیچیده است.
درخت خطای استاتیکی: این روش یک فرآیند استنتاجی است که بهوسیله آن یک رخداد نامطلوب که رخداد رأس نامیده میشود، درنظر گرفته میشود و راههای ممکن برای اتفاق افتادن این رخداد بهصورت سیستمی استنتاج میشوند. فرایند استنتاج به گونهای انجام می شود که درختخطا دربرگیرنده تمام خرابیهای تجهیزات - یعنی حالتهای خرابی - که سهمی در وقوع رخداد رأس دارند باشد. میتوان تکتک حالتهای خرابی هر قطعه و نیز خطای انسانی و نرمافزاری - و تداخل بین این دو - درطول مدت زمان عملکرد سیستم را وارد مسئله کرد. خود درختخطا یک بیان گرافیکی از ترکیبهای مختلفی از خرابی است که میتواند منجر به وقوع رویداد رأس گردند .[21] درختخطای استاتیکی مدلهای ترکیبی هستند و با استفاده از دریچههای استاتیک AND - ، OR، دریچههای - K/N و رویدادهای پایه ساخته میشوند .[22]
درخت خطای دینامیکی: بیشتر تکنیک های مدلسازی قابلیت اطمینان مبتنی بر روش های استاتیک هستند .[23] نمونه های معمول آنها دیاگرام بلوک قابلیت اطمینان - RBD - ، زنجیره مارکوف و... هستند. این روش ها قادر به دربرگیری رفتار دینامیکی سیستم های پیچیده نیستند. پارامتر اصلی برای جداسازی رفتار دینامیکی از رفتار استاتیکی، زمان است. در حقیقت، روش های استاتیک قادر به درنظرگرفتن رفتار وابسته به زمان سیستم؛ مانند خرابی های وابسته به توالی، استفاده از یدکی ها برای رویدادهای خرابی و... نیستند. برای غلبه بر این مشکل، روش های دینامیکی جدیدی در تحقیقات اخیر پیش بینی شده است. روش های قابلیت اطمینان دینامیکی به طور قدرتمندی فرمالیزه هستند و مدلسازی واقع بینانه تری برای سیستم های پیچیده ابداع کرده اند .[24] در بین این فرمالیزم های جدید - تحلیل درخت خطای دینامیکی، RBD دینامیک، Boolean Logic Driven، فرآیند مارکوف و... - که برای مطالعات محاسبه قابلیت اطمینان پیشنهاد شده است، تحلیل درخت خطای دینامیکی به مورد استفاده ترین و عملی ترین ها تبدیل شده است. چون با توسعه دروازههای جدید، قدرت مدلسازی افزایش یافته است و رفتارهای خرابی وابسته به توالی بین تجهیزات و مدل های واضح می تواند مشخص شود. با اینکه درخت خطای استاتیکی در زمینه های صنعتی محبوبیت زیادی دارد، درخت خطای دینامیکی بهتر و قابل پذیرش تر است .[25] درخت خطای دینامیکی یک تکنیک ارائه شده برای محاسبه قابلیت اطمینان عملیاتی سیستم های پیچیده است. مقدار کل نرخ خرابی و قابلیت اطمینان برای این درخت خطا با معادلات - 1 - و - 2 - محاسبه میشود:
- 1 - × L W
- 2 - Ri 5W
دروازههای دینامیکی
درخت خطای دینامیکی با انواع جدیدی از دروازهها توسعه پیدا کرده است، که دروازههای دینامیکی نامیده می شوند. استفاده از این دروازههای دینامیکی جدید آن را برای درنظرگرفتن زمان و وابستگی های عرضی در محاسبات، امکان پذیر می کند. درخت خطای دینامیکی چهار دروازه دینامیکی جدید دارد؛ در ادامه، شرح کامل هر دروازه داده شده است. دروازه"و" با اولویت :PRIORITY-AND این دروازه به حالت خرابی می رسد اگر همه ورودی هایش به ترتیب خاصی شکست بخورند. خرابی اتفاق می افتد اگر A قبل از B شکست بخورد و B قبل از C شکست بخورد. درحقیقت، اگر هیچ ورودی شکست نخورد یا اگر هر ورودی قبل از ورودی سمت چپش شکست بخورد، دروازه خراب نمی شود. اگر ورودی های دروازه PAND قابل تعمیر باشند، بنابراین هر کدام از تجهیزات می توانند بدون خرابی در دروازه به حالت خرابی رسیده باشند و تعمیر شده باشند. بنابراین، در این حالت، ما باید آخرین خرابی هر تجهیز را در نظر بگیریم؛ بالعکس حالت قبل - دروازه PAND بدون تجهیزات قابل تعمیر - ، که خرابی، بعد از توالی اولین خرابی ورودی هایش اصلاح می شود. دروازه وابسته به عملکرد :FDEP دروازه FDEP برای ارائه وابستگی عملکردی بین تجهیزات وابسته و رویداد اصلی - به عنوان - Trigger؛ که ورودی های وابسته را به شکست وادار می کند، مفید خواهد بود، اما، وقوع هر ورودی وابسته
