Баннер 11

 

76. Производство и распределение электроэнергии

Редактор глав:  Майкл Крейн


 

Содержание 

Рисунки и таблицы

Общий Профиль
Майкл Крейн

Производство гидроэлектроэнергии
Нил Макманус

Производство электроэнергии на ископаемом топливе
Энтони В. Джексон

Атомная энергетика

В. Г. Морисон

Безопасность производства, передачи и распределения электроэнергии: пример США
Джанет Фокс

опасности
Майкл Крейн

Вопросы окружающей среды и общественного здравоохранения
Александр С. Питтман-младший

таблицы

Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.

1. Контроль химических и биологических опасностей
2. Контроль физических угроз и угроз безопасности
3. Характеристики АЭС (1997 г.)
4. Основные потенциальные опасности для окружающей среды

цифры

Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.

POW040F2POW040F4

Воскресенье, 13 марта 2011 19: 03

Общий Профиль

В 1993 г. мировое производство электроэнергии составило 12.3 трлн киловатт-часов (United Nations 1995). (Киловатт-час — это количество электричества, необходимое для освещения десяти 100-ваттных лампочек в течение 1 часа.) О масштабах этого усилия можно судить, рассмотрев данные из Соединенных Штатов, которые сами по себе производили 25% всей энергии. Электроэнергетическая промышленность США, представляющая собой смесь государственных и частных предприятий, произвела в 3.1 году 1993 триллиона киловатт-часов, используя более 10,000 1995 генерирующих единиц (Министерство энергетики США, 430,000). В части этой отрасли, принадлежащей частным инвесторам, занято 200 XNUMX человек, занимающихся эксплуатацией и обслуживанием электросетей, с годовым доходом в XNUMX миллиардов долларов США.

Электроэнергия вырабатывается на электростанциях, использующих ископаемое топливо (нефть, природный газ или уголь) или использующих ядерную или гидроэнергию. В 1990 г., например, 75 % электроэнергии во Франции приходилось на атомные электростанции. В 1993 году 62 % электроэнергии, вырабатываемой в мире, приходилось на ископаемое топливо, 19 % — на гидроэнергетику и 18 % — на ядерную энергию. На другие повторно используемые источники энергии, такие как ветер, солнце, геотермальная энергия или биомасса, приходится лишь небольшая часть мирового производства электроэнергии. От генерирующих станций электроэнергия затем передается по взаимосвязанным сетям или сетям в местные распределительные системы и далее к потребителю.

Рабочая сила, которая делает все это возможным, как правило, состоит в основном из мужчин и обладает высокой степенью технических навыков и знаний о «системе». Задачи, которые выполняют эти работники, весьма разнообразны и имеют общие элементы со строительством, обрабатывающей промышленностью, погрузочно-разгрузочными работами, транспортом и связью. Следующие несколько статей подробно описывают некоторые из этих операций. В статьях о стандартах обслуживания электросетей и экологических проблемах также освещаются основные регуляторные инициативы правительства США, влияющие на электроэнергетическую отрасль.

 

Назад

Воскресенье, 13 марта 2011 19: 09

Производство гидроэлектроэнергии

Люди научились использовать энергию проточной воды много тысячелетий назад. Уже более века электричество вырабатывается с использованием энергии воды. Большинство людей связывают использование энергии воды с перекрытием рек, но гидроэлектроэнергия также может быть получена за счет использования приливов и отливов.

Операции по выработке электроэнергии на гидроэлектростанциях охватывают обширную территорию и различные климатические условия, от арктической вечной мерзлоты до экваториальных тропических лесов. Географическое расположение генерирующей установки будет влиять на опасные условия, которые могут присутствовать, поскольку профессиональные опасности, такие как агрессивные насекомые и животные или даже ядовитые растения, будут варьироваться от места к месту.

Гидрогенерационная станция обычно состоит из плотина который задерживает большое количество воды, водосброс который выпускает излишки воды контролируемым образом и электростанция. Дамбы и другие водоудерживающие и регулирующие сооружения также могут входить в состав гидроэлектростанции, хотя непосредственно в выработке электроэнергии они не участвуют. Электростанция содержит проводящие каналы, которые направляют воду через турбины, которые преобразуют линейный поток воды во вращающийся поток. Вода будет либо падать через лопасти турбины, либо течь по ним горизонтально. Турбина и генератор соединены друг с другом. Таким образом, вращение турбины вызывает вращение ротора генератора.

Потенциал электроэнергии от потока воды является произведением массы воды, высоты, с которой она падает, и ускорения свободного падения. Масса зависит от количества доступной воды и скорости ее течения. Конструкция электростанции будет определять высоту воды. Большинство конструкций забирают воду из верхней части плотины, а затем сбрасывают ее снизу в существующее русло реки ниже по течению. Это оптимизирует высоту, сохраняя разумный и контролируемый поток.

В большинстве современных гидроэлектростанций турбогенераторы расположены вертикально. Это знакомые конструкции, которые возвышаются над основным этажом этих станций. Однако почти вся конструкция расположена ниже того, что видно на уровне первого этажа. Сюда входит приямок генератора, а ниже него приямок турбины, а также впускная и выпускная трубы. Эти сооружения и водоотводные каналы вводятся изредка.

На станциях более старых годов выпуска турбогенератор ориентирован горизонтально. Вал от турбины выступает из стены в машинное отделение, где он соединяется с генератором. Генератор напоминает очень большой электродвигатель старого образца с открытым корпусом. Свидетельством дизайна и качества конструкции этого оборудования является то, что некоторые объекты рубежа веков все еще работают. Некоторые современные станции включают обновленные версии конструкции старых станций. На таких станциях водяной канал полностью окружает турбогенератор, а вход осуществляется через трубчатый кожух, проходящий через водяной канал.

В обмотках ротора генератора поддерживается магнитное поле. Энергия для этого поля обеспечивается банками свинцово-кислотных или каустических никель-кадмиевых батарей. Движение ротора и магнитное поле, присутствующее в его обмотках, индуцирует электромагнитное поле в обмотках статора. Наведенное электромагнитное поле обеспечивает электрическую энергию, которая подается в энергосистему. Электрическое напряжение – это электрическое давление, возникающее из-за протекающей воды. Чтобы поддерживать электрическое давление, то есть напряжение, на постоянном уровне, необходимо изменить поток воды через турбину. Это будет сделано по мере изменения спроса или условий.

Поток электричества может привести к возникновению электрической дуги, как, например, в узле возбудителя в роторе. Электрическая дуга может генерировать озон, который даже в малых количествах может неблагоприятно воздействовать на резину пожарных рукавов и другие материалы.

Генераторы гидроэлектростанций производят очень большие токи и высокое напряжение. Проводники от генераторов подключаются к блочному трансформатору, а от него к силовому трансформатору. Силовой трансформатор повышает напряжение и снижает ток для передачи на большие расстояния. Низкий ток сводит к минимуму потери энергии из-за нагрева во время передачи. В некоторых системах вместо обычных масел в качестве изолятора используется газообразный гексафторид серы. Электрическая дуга может привести к образованию продуктов пробоя, которые могут быть значительно более опасными, чем гексафторид серы.

В электрических цепях есть выключатели, которые могут быстро и непредсказуемо отключить генератор от электросети. В некоторых устройствах для разрыва соединения используется струя сжатого воздуха. Когда такой блок срабатывает, он производит чрезвычайно высокий уровень импульсивного шума.

Администрация и работа станции

Большинство людей знакомы с административными аспектами гидроэнергетики и эксплуатации станций, которые обычно создают общественный профиль организации. Администрация электростанции стремится к тому, чтобы станция обеспечивала надежную работу. Администрация включает в себя офисный персонал, занимающийся бизнес- и техническими функциями, а также управление. К эксплуатационному персоналу станций относятся руководители и начальники предприятий, а также операторы технологических процессов.

Гидрогенерация является технологической операцией, но в отличие от других технологических операций, например, в химической промышленности, на многих гидрогенерирующих станциях нет обслуживающего персонала. Генераторное оборудование управляется дистанционно, иногда с большого расстояния. Почти вся трудовая деятельность приходится на техническое обслуживание, ремонт, модификацию и модернизацию машин и оборудования. Этот режим работы требует эффективных систем, которые могут передать управление от производства энергии к обслуживанию, чтобы предотвратить неожиданный запуск.

Опасности и структура управления

Электроэнергетические предприятия традиционно управляются как организации «снизу вверх». То есть организационная структура традиционно обеспечивает путь восходящей мобильности, который начинается с должностей начального уровня и ведет к высшему руководству. Относительно немногие люди входят в организацию латерально. Это означает, что надзор и руководство в энергетической компании, скорее всего, будут работать в тех же условиях, что и лица, занимающие в настоящее время должности начального уровня. Такая организационная структура может иметь последствия в отношении потенциального воздействия на рабочих опасных агентов, особенно тех, которые имеют хроническое кумулятивное воздействие. Например, рассмотрим шум. Сотрудники, которые в настоящее время занимают руководящие должности, сами могли страдать серьезной потерей слуха, когда они работали на работах, связанных с профессиональным шумом. Их потеря слуха может остаться незамеченной в программах аудиометрического тестирования компании, поскольку такие программы обычно охватывают только тех сотрудников, которые в настоящее время подвергаются воздействию высокого уровня шума на работе.

Обслуживание генерирующего оборудования

Техническое обслуживание генерирующего оборудования подразделяется на два основных вида деятельности: электротехническое обслуживание и механическое обслуживание. Хотя оба типа работы могут выполняться одновременно и бок о бок, навыки и работа, необходимые для их выполнения, совершенно разные.

Техническое обслуживание может потребовать остановки и демонтажа устройства. Поток воды на водозаборе контролируется головными затворами. Головные затворы представляют собой стальные конструкции, опускаемые в водозаборный канал для перекрытия потока воды. Блокирование потока позволяет воде стекать из внутренних каналов. Уровень спокойной воды на выходе из турбины (отсосная труба) ниже уровня шнека и лопаток рабочего колеса турбины. Это позволяет получить доступ к этим структурам. Спиральный корпус представляет собой коническую спиралевидную конструкцию, которая равномерно направляет поток воды вокруг рабочего колеса турбины. Вода проходит из спирального корпуса через направляющие лопатки, направляющие поток, и подвижные лопатки (калитки), регулирующие объем.

При необходимости генератор и турбину можно снять с их обычных мест и разместить на первом этаже электростанции. Снятие может быть необходимо для перекраски или обезжиривания, ремонта и замены обмоток, подшипников, тормозов или гидравлических систем.

Иногда лопасти рабочего колеса, а также калитки, направляющие лопатки и водоотводящие конструкции в кожухе улитки и отсасывающей трубе повреждаются от кавитации. Кавитация возникает, когда давление в воде падает ниже давления пара. Когда это происходит, образуются пузырьки газа, и турбулентность, вызванная этими пузырьками, разрушает материалы, с которыми соприкасается вода. Может потребоваться ремонт поврежденных материалов с помощью сварки или ремонта и повторного покрытия стальных и бетонных поверхностей.

Стальные конструкции также могут потребовать ремонта и повторного покрытия, если они подверглись коррозии.

опасности

Существует множество опасностей, связанных с производством гидроэлектроэнергии. Некоторые из этих опасностей являются общими для всех сотрудников, работающих в отрасли, в то время как другие опасны только для тех, кто занимается обслуживанием электрических или механических систем. Большинство опасностей, которые могут возникнуть, обобщены в таблице 1 и таблице 2, где также приведены меры предосторожности.

Таблица 1. Контроль воздействия отдельных химических и биологических опасностей при производстве гидроэлектроэнергии

Экспозиция

Где это можно найти

Затронутые работники

Подходы к контролю

Абразивная пыль
(взрыв)

Пыль может содержать абразивный материал и пыль краски. Краска, нанесенная до 1971 года, может содержать ПХБ.

Механический
техническое обслуживание
рабочие

-Система контроля пыли
-Средства индивидуальной защиты
-Защита органов дыхания
- Меры личной гигиены
- Медицинское наблюдение (зависит от обстоятельств)

асбест

Асбест может присутствовать в тормозах генераторов, трубной и электрической изоляции, напыляемых покрытиях, асбестоцементе и других продуктах; воздействие зависит от рыхлости и близости к источнику.

Электротехническое обслуживание
рабочие, механические
техническое обслуживание
рабочие

- Принять современные передовые методы работы с асбестом-
содержащие продукты.
-Средства индивидуальной защиты
-Защита органов дыхания
- Меры личной гигиены
- Медицинское наблюдение (зависит от обстоятельств)

Батарея
взрыв
продуктов

Короткое замыкание на клеммах в батареях может привести к взрыву и возгоранию, а также к воздействию жидкости и аэрозолей электролита.

Электротехническое обслуживание
рабочие

- Экранирование клемм аккумулятора и неизолированных проводников
-Практики и процедуры для обеспечения безопасных условий работы с этим оборудованием

Покрытие
разложение
продуктов

Выбросы могут включать: угарный газ, неорганические пигменты, содержащие свинец и другие хроматы, а также продукты разложения смол красок. ПХД могли использоваться в качестве пластификаторов до 1971 года. ПХД могут образовывать фураны и диоксины при нагревании.

Механический
техническое обслуживание
рабочие

- местная вытяжная вентиляция
-Защита органов дыхания
- Меры личной гигиены
-Медицинское наблюдение (зависит от состава покрытия)

Хлор

Воздействие хлора может произойти при подключении/отключении баллонов с хлором в системах водоподготовки и очистки сточных вод.

Операторы

- При работе с баллонами с хлором следуйте инструкциям по производству хлора.
-Спасательный респиратор

обезжиривание
растворители

Для обезжиривания электрооборудования требуются растворители со специфическими свойствами воспламеняемости, сольватации и быстрого испарения без остатка; растворители, соответствующие этим характеристикам, являются летучими и могут представлять опасность при вдыхании.

Электротехническое обслуживание
рабочие

- местная вытяжная вентиляция
-Средства индивидуальной защиты
-Защита органов дыхания

Дизель
выхлопные газы

Выбросы в первую очередь включают двуокись азота, окись азота, окись углерода, двуокись углерода, двуокись серы и твердые частицы, содержащие полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), от транспортных средств или двигателей, работающих в электростанции.

Все рабочие

-Запретить движение легковых и грузовых автомобилей в зданиях.
- Местная выхлопная система для сбора выхлопных газов у ​​источника
-Каталитические нейтрализаторы на выхлопной системе

Насекомые остаются

Некоторые насекомые размножаются в быстрых водах вокруг станции; после спаривания взрослые особи умирают, а туши разлагаются и высыхают; у некоторых людей развивается аллергический респираторный
сенсибилизация к веществам в пыли.

 

 

После осушения личинки насекомых, живущие в водных каналах, могут попытаться опустить свое тело в оставшуюся воду, создавая нитевидные веревки; у некоторых людей может развиться аллергическая респираторная чувствительность к пыли в результате высыхания этих материалов.

Все рабочие



 

 

 

 


Ремонтники

-Насекомые, проводящие часть своей жизни в быстротекущих водах, теряют среду обитания в результате строительства
гидрогенизационная станция. Эти организмы могут использовать водные каналы станции в качестве суррогатной среды обитания. Пыль от засохших остатков может вызвать аллергическую сенсибилизацию.

- К мерам контроля относятся:
Освещение, не привлекающее летающих насекомых
Экраны на окна, двери и проемы в ограждающих конструкциях.
Вакуумная очистка для удаления туш

Масла и смазки

Масла и гидравлические жидкости покрывают обмотки ротора и статора; разложение углеводородов при контакте с горячими поверхностями может привести к образованию полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Воздействие может происходить при вдыхании и контакте с кожей. Контакт с кожей может вызвать дерматит.

Электротехническое обслуживание
рабочие, механические
техническое обслуживание
рабочие

-Средства индивидуальной защиты (зависит от обстоятельств)

Озон

Озон, образующийся в результате дугового разряда в роторе и другом электрическом оборудовании, может представлять собой проблему воздействия, в зависимости от близости к источнику.

Все рабочие

-Обслуживать электрооборудование для предотвращения искрения

Пары краски

Аэрозоли краски содержат распыленную краску и разбавитель; растворитель в каплях и парах может образовывать горючую смесь; смоляная система может включать изоцианаты, эпоксидные смолы, амины, пероксиды и другие реакционноспособные промежуточные соединения.

Пары растворителя могут присутствовать в местах хранения и смешивания красок, а также в покрасочной камере; горючие смеси могут образовываться в замкнутых пространствах во время распыления.

Прохожие, художники

- Покрасочная камера
-Средства индивидуальной защиты
-Защита органов дыхания
- Меры личной гигиены
- Медицинское наблюдение (зависит от обстоятельств)

полихлорированные
бифенилы (ПХБ)

ПХБ использовались в электроизоляционных жидкостях до начала 1970-х годов; оригинальные жидкости или остатки могут все еще присутствовать в кабелях, конденсаторах, трансформаторах или другом оборудовании; Воздействие может происходить при вдыхании или контакте с кожей. Пожар или сильный нагрев во время эксплуатации могут преобразовать ПХД в фураны и диоксины.

Электротехническое обслуживание
рабочие

-Средства индивидуальной защиты
-Защита органов дыхания
- Медицинское наблюдение (зависит от обстоятельств)

Гексафторид серы
и поломка
продуктов

Электродуговой пробой гексафторида серы приводит к образованию газообразных и твердых веществ значительно большей токсичности.

Выброс больших количеств гексафторида серы в пространство земляного полотна может привести к дефициту кислорода из-за вытеснения атмосферы.

Электротехническое обслуживание
рабочие

- местная вытяжная вентиляция
-Средства индивидуальной защиты
-Защита органов дыхания
- Медицинское наблюдение (зависит от обстоятельств)

Сварка и пайка
чад

Кадмий, свинец, серебро в припое




Работа в основном связана с углеродистыми и нержавеющими сталями; возможна сварка алюминия. Наплавка требуется для устранения эрозии из-за кавитации.
Выбросы включают: защитные газы и флюсы, пары металлов, озон, двуокись азота, видимую и ультрафиолетовую энергию.

Electrical
техническое обслуживание
рабочие

 

 

Механический
техническое обслуживание
рабочие

- местная вытяжная вентиляция
-Средства индивидуальной защиты
-Защита органов дыхания
- Меры личной гигиены

-Медицинское наблюдение (зависит от состава основного металла и металла в проволоке или катанке)

 

Таблица 2. Контроль воздействия отдельных химических и биологических опасностей при производстве гидроэлектроэнергии

Экспозиция

Где это можно найти

Затронутые работники

Подходы к контролю

Неудобная работа
позы

Длительная работа в неудобной позе может привести к травмам опорно-двигательного аппарата.
Опасность падения существует вокруг ям и отверстий в конструкциях.

Все рабочие

-Оборудование разработано с учетом принципов эргономики.
-Обучение мышечной подготовке, лифтингу и уходу за спиной
- Рабочие методы, выбранные для сведения к минимуму травм опорно-двигательного аппарата

Ограниченное пространство

Плотина, регулирующие сооружения, регулирующие затворы, водоотводящие каналы, генераторные и турбинные механизмы содержат множество приямков, отстойников, резервуаров и других закрытых и частично закрытых пространств, в которых может возникнуть дефицит кислорода, могут содержаться опасные атмосферы или другие опасные условия.

Все рабочие

-Устройства для проверки воздуха
-Переносные вентиляционные системы
-Средства индивидуальной защиты
-Защита органов дыхания

утопление

Утопление может произойти после падения в быстро движущуюся воду в форбухте (зона забора) или в нижнем бьефе (зона разгрузки) или в другом месте. Чрезвычайно холодная вода присутствует в более высоких широтах в весенние, осенние и зимние месяцы.

Все рабочие

-барьеры для сдерживания персонала
-Системы защиты от падения
-Спасательные жилеты

Казнь на электрическом стуле

Участки станции содержат неэкранированные проводники под напряжением; оборудование, содержащее экранированные проводники, может оказаться под напряжением после снятия экрана. Риск поражения электрическим током возникает в результате преднамеренного проникновения в несанкционированные зоны или в результате случайного выхода из строя систем защиты.

Все рабочие

-Установить приемы и процедуры для обеспечения безопасных условий работы с электрооборудованием.

Электромагнитный
поля (включая
радиочастота)

Генераторное и другое электрооборудование создает поля постоянного и переменного тока частотой 60 Гц (и выше); воздействие зависит от близости к источнику и защиты, обеспечиваемой конструкциями. Магнитные поля особенно трудно ослабить экранированием. Значимость воздействия еще предстоит установить.

Радиочастота: Воздействие на человека полностью не установлено.

Все рабочие

- Опасность не установлена ​​ниже существующих пределов

зной

Генераторы выделяют значительное количество тепла; генераторы и теплообменники могут подавать нагретый воздух в машинное отделение; конструкция электростанции может поглощать и излучать солнечную энергию в здание; тепловая травма может произойти в теплые месяцы, в зависимости от климата и уровня физической нагрузки.

Внутренние рабочие

-Отвод нагретого воздуха в сторону крыши, экранирования, инженерных средств управления
- Напитки, заменяющие электролиты
-Средства индивидуальной защиты

Шум

Установившийся шум от генераторов и других источников и задач может превышать установленные пределы; отбойные молотки производят очень высокий уровень ударного шума; они могут разрядиться в любое время.

Все рабочие

-Применить технологию контроля шума.
-Индивидуальная защита органов слуха

Сменная работа

Сменная работа может вызывать физиологические и психосоциальные стрессы; психосоциальные стрессы могут быть особенно серьезными для небольшого числа людей, работающих в небольших и изолированных сообществах, где, как правило, проводятся эти операции.

Операторы

- Принять графики работы, которые отражают современные знания о циркадных ритмах.

Вибрация, рука-рука

Вибрация, создаваемая ручными инструментами и ручным оборудованием, передается через рукоятки.

Электротехническое обслуживание
рабочие, механические
техническое обслуживание
рабочие

-Используйте инструменты, соответствующие действующим стандартам вибрации рук.
-Вибропоглощающие перчатки

Вибрация всего тела

Вибрация конструкции, возникающая от вращательного движения генераторов и турбулентности водяных потоков, передается через полы и стены.

Все рабочие

- Контролировать и обслуживать вращающееся оборудование, чтобы свести к минимуму вибрацию.

Блоки визуального отображения

Эффективное использование компьютеризированных рабочих мест зависит от применения принципов визуальной и офисной эргономики.

Офисные работники
(менеджмент,
административно-технический персонал)

- Применение принципов офисной эргономики к выбору и использованию видеоэкранов.

Связанные с погодой
проблемам

Ультрафиолетовая энергия может вызвать солнечные ожоги, рак кожи и катаракту.

Холод может вызвать холодовой стресс и обморожение.
Жара может вызвать тепловой стресс.

Работники на открытом воздухе

-Рабочая одежда, защищающая от холода
-Рабочая одежда, защищающая от солнечного излучения.
-Защита глаз, обеспечивающая защиту от солнечного излучения
-Солнцезащитные кремы (обратитесь к врачу при длительном использовании)

 

Экологические последствия

Производство гидроэлектроэнергии пропагандируется как экологически безопасное. Конечно, это приносит огромную пользу обществу за счет обеспечения энергией и стабилизации потока воды. Но такое производство энергии не обходится без экологических издержек, которые в последние годы получают все больше и больше общественного признания и внимания. Например, в настоящее время известно, что затопление больших площадей земли и горных пород кислыми водами приводит к выщелачиванию металлов из этих материалов. Биоаккумуляция ртути была обнаружена в рыбе, пойманной в воду из таких затопленных районов.

Наводнение также изменяет модели турбулентности в воде, а также уровень насыщения кислородом. Оба они могут иметь серьезные экологические последствия. Например, на запруженных реках исчезли промыслы лосося. Это исчезновение произошло отчасти потому, что рыба не может найти или пройти путь к более высокому уровню воды. Кроме того, вода стала больше напоминать озеро, чем реку, а стоячая вода озера несовместима с ходом лосося.

Наводнение также разрушает среду обитания рыб и может разрушить районы размножения насекомых, от которых зависит питание рыб и других организмов. В некоторых случаях наводнения уничтожили продуктивные сельскохозяйственные и лесные угодья. Затопление больших территорий также вызвало обеспокоенность по поводу изменения климата и других изменений экологического баланса. Задержка пресной воды, которая должна была попасть в водоем с соленой водой, также вызвала обеспокоенность по поводу изменения солености.

 

Назад

Эксплуатация угольных электростанций включает в себя ряд этапов, которые могут подвергнуть рабочих травмам и опасным химическим и физическим агентам. Эти опасности можно контролировать с помощью сочетания хорошего проектирования, знающих работников и планирования работы. Хороший дизайн гарантирует, что все компоненты соответствуют необходимым кодам для целостности и безопасной работы. Это также гарантирует, что компоновка оборудования обеспечивает постоянную безопасную эксплуатацию и ремонтопригодность благодаря легкому доступу. Знающие работники будут знать об опасностях на рабочем месте и смогут создавать планы по устранению опасностей, с которыми они сталкиваются. В этих планах будут определены опасности и применены соответствующие средства контроля, которые могут включать в себя обесточивание, физические барьеры и средства индивидуальной защиты. Анализ аварийного опыта показывает, что современные электростанции имеют показатели безопасности, сравнимые с другими предприятиями тяжелого машиностроения. Среди персонала электростанции больше всего травм с потерей трудоспособности получают обслуживающий персонал. Травмы часто связаны с растяжениями и деформациями мягких тканей тела, причем наиболее распространены травмы спины. Встречаются также профессиональные заболевания, связанные с хроническим воздействием шума и, изредка, асбеста.

Работу современной силовой установки можно рассматривать в виде ряда шагов.

Обработка угля

Это включает прием угля (железнодорожным или водным транспортом), хранение и утилизацию для заправки турбогенераторов. Тяжелая техника (трактора-скреперы и бульдозеры) используется для создания уплотненных складских отвалов, что необходимо для предотвращения самовозгораний. Дальнейшая обработка осуществляется конвейерами до электростанции. Воздействие угольной пыли (приводящее к возможному пневмокониозу) можно контролировать путем распыления воды на угольную кучу и использования закрытых кабин управления, оснащенных пылевыми фильтрами. Некоторые задачи, связанные с высоким уровнем угольной пыли, требуют использования респираторов с высокоэффективным поглотителем твердых частиц (HEPA). Уровни шума приводят к тому, что большинство рабочих в этой рабочей зоне подвергается воздействию более 85 дБА (что приводит к потере слуха), что следует контролировать с помощью берушей и наушников, а также программы сохранения слуха.

В этой зоне завода имеется несколько обычных угроз безопасности. Работа вблизи воды требует тщательного соблюдения процедур, а также использования спасательных средств. Перемещение тяжелого оборудования по неровным складским сваям в ночное время требует крупномасштабного освещения территории, в то время как опасности подъема и толкания из-за ручной очистки транспортирующих лотков для угля (которые склонны к засорению, особенно в суровые зимы) лучше всего контролировать с помощью съемного желоба. крышки, которые обеспечивают легкий доступ. Эксплуатация и техническое обслуживание протяженных конвейерных систем требует ограждения приводных и концевых шкивов, натяжителей и других точек захвата.

Котельно-турбинная эксплуатация

Эксплуатация комбинации котлотурбина высокого давления должна включать в себя строгий набор средств контроля для обеспечения безопасной работы. Эти средства контроля включают физическую целостность оборудования, а также навыки, знания и опыт обслуживающего персонала. Целостность компонентов высокого давления обеспечивается сочетанием соответствующих требований, содержащихся в современных технических стандартах, и плановых проверок сварных соединений с использованием визуальных и неразрушающих методов визуализации (рентгеновских и рентгеноскопических методов). Кроме того, клапаны сброса давления, которые регулярно проверяются, предотвращают возникновение избыточного давления в котле. Необходимые навыки и знания персонала могут быть созданы посредством внутреннего процесса развития персонала в сочетании с государственной аккредитацией, которая длится несколько лет.

Окружающая среда электростанции представляет собой набор сложных инженерных систем для подачи топлива, воздуха для горения, деминерализованной котловой воды и охлаждающей воды к котлу. В дополнение к опасностям, связанным с паром высокого давления, он содержит множество других обычных и химических/физических опасностей, которые необходимо распознавать и контролировать. При эксплуатации наиболее распространенной опасностью является шум. Опросы показывают, что средневзвешенное по времени воздействие на весь эксплуатационный и обслуживающий персонал превышает 85 дБА, что требует ношения средств защиты органов слуха (затычек или наушников) на большей части электростанции и регулярного аудиометрического тестирования, чтобы гарантировать отсутствие ухудшения слуха. Основными источниками шума являются угольные мельницы, турбогенераторная установка и компрессоры служебного воздуха станций. Уровень запыленности машинного зала в процессе эксплуатации зависит от внимания обслуживающего персонала к состоянию теплоизоляции. Это вызывает особую озабоченность, поскольку более старая изоляция содержит большое количество асбеста. Пристальное внимание к средствам контроля (в первую очередь, к соединению и локализации поврежденной изоляции) может привести к неопределяемым концентрациям асбеста в воздухе (<0.01 волокна/куб.см).

Завершающим этапом производственного процесса, создающим потенциальную опасность, является сбор и обращение с золой. Сбор золы, обычно расположенный за пределами электростанции, обычно осуществляется с помощью больших электростатических пылеуловителей, хотя в последние годы все чаще используются тканевые фильтры. В обоих случаях зола извлекается из дымовых газов и сохраняется в бункерах для хранения. Любые последующие процессы обработки по своей сути сопряжены с пылью, несмотря на инженерные усилия по контролю уровней. Этот тип золы (зольная пыль, в отличие от зольного остатка, который скапливается на дне котла) содержит значительную долю (от 30 до 50 %) вдыхаемого материала и, следовательно, может вызывать опасения в отношении возможного воздействия на здоровье рабочих, подвергающихся воздействию. . Два компонента золы имеют потенциальное значение: кристаллический кремнезем, связанный с силикозом и, возможно, последующим раком легких, и мышьяк, связанный с раком кожи и легких. В обоих случаях необходимо провести оценку воздействия, чтобы определить, не превышены ли регламентированные пределы и требуются ли специальные программы контроля. Эти оценки, включающие опросы с использованием личных пробоотборников, должны включать всех потенциально затронутых рабочих, в том числе тех, кто может подвергнуться воздействию во время проверок систем пылеулавливания и шлифовальных и нагревательных поверхностей в котлах, где, как известно, мышьяк откладывается. Программы контроля, при необходимости, должны включать информирование рабочих о важности предотвращения попадания золы внутрь (не есть, не пить и не курить в местах обращения с золой), а также о необходимости тщательного мытья после контакта с золой. Уровни пыли, встречающиеся в этих исследованиях, обычно таковы, что надлежащая практика безопасности указывает на программу респираторного контроля для воздействия общей раздражающей пыли. База данных о промышленной смертности, поддерживаемая Национальным институтом безопасности и гигиены труда США, например, не содержит записей о смертях, связанных с воздействием диоксида кремния или мышьяка в электроэнергетике США.

Обслуживание

Именно на этапе технического обслуживания происходит наибольшее воздействие обычных и химических/физических агентов. Учитывая сложность современной электростанции, крайне важно иметь эффективный процесс изоляции оборудования, чтобы на него нельзя было подавать питание во время ремонта. Обычно это достигается с помощью контролируемой системы замков и бирок.

При техническом обслуживании встречается широкий спектр обычных опасностей. Они включают:

  • работа на высоте (защита от падения)
  • перегрев
  • такелаж и подъем (безопасность груза)
  • работа в замкнутых пространствах (атмосферные и условно опасные)
  • земляные работы (обрушение траншей)
  • работа/поднятие тяжестей в стесненных условиях (вывихи и растяжения).

 

Во всех случаях опасностью можно управлять с помощью поэтапного процесса анализа, который идентифицирует опасности и соответствующие средства контроля.

Большое разнообразие опасных коммерческих продуктов используется и встречается в рутинных операциях по техническому обслуживанию. Асбест широко распространен, так как он широко используется в качестве теплоизоляции и является компонентом многих коммерческих продуктов. Должны быть предусмотрены процессы контроля, обеспечивающие правильную идентификацию всех асбестосодержащих материалов с помощью микроскопического анализа (возможности на месте значительно сокращают время реагирования). Фактические методы контроля, используемые для задачи, зависят от масштаба деятельности. Для крупномасштабных работ это будет включать в себя создание корпусов, которые работают при слегка пониженном давлении (для предотвращения утечек), и обеспечение рабочих средствами защиты органов дыхания в соответствии с тщательными процедурами во избежание внешнего загрязнения. Во всех случаях асбестосодержащий материал должен быть полностью увлажнен, упакован в пакеты и промаркирован для утилизации. Перед продолжением необходимо тщательное обследование, чтобы убедиться, что весь асбест удален. Воздействие на рабочих должно регистрироваться, а периодическое рентгенологическое исследование органов грудной клетки в сочетании с исследованием функции легких позволит определить начало любого заболевания. Положительные результаты этих обследований должны привести к немедленному удалению работника от дальнейшего облучения. Нынешняя практика отражает высокий уровень озабоченности по поводу воздействия асбеста в электроэнергетике.

Для подавляющего большинства других опасных материалов, используемых на рабочем месте, вовлеченные количества малы, а использование нечасто, так что общее воздействие незначительно. Наиболее значительный класс воздействия опасных материалов связан с конкретными операциями, а не с конкретными продуктами.

Например, сварка — это распространенная деятельность, которая может привести к ряду возможных неблагоприятных последствий для здоровья. Воздействие ультрафиолетового света от дуги вызывает временную слепоту и сильное раздражение глаз («дуговой глаз»); вдыхание паров оксидов металлов может вызвать «металлическую лихорадку»; а оксиды азота и озон, образующиеся при высоких температурах дуги, могут вызвать химическую пневмонию и возможные хронические респираторные заболевания. Меры контроля, которые необходимо применять, включают щитки для глаз для защиты находящихся рядом работников от рассеянного света, местную вытяжную вентиляцию или средства защиты органов дыхания (через воздухоочистительный респиратор).

Аналогичным распространенным видом деятельности является шлифовка и абразивоструйная очистка, при которых опасаются вдыхания вдыхаемого оксида металла и абразивных частиц. В этом случае контроль обычно осуществляется за счет выбора абразивного агента (в настоящее время от песка отказались в пользу более щадящих агентов, таких как овощная шелуха) в сочетании с соответствующей мощной местной вытяжной вентиляцией.

Другой деятельностью, приводящей к значительному облучению, является нанесение защитных покрытий на металлические поверхности. Покрытия могут содержать различные растворители, которые выбрасываются в рабочую атмосферу. Воздействие на рабочих можно контролировать либо с помощью местной вытяжной вентиляции, либо, если это нецелесообразно, с помощью средств защиты органов дыхания.

 

Назад

Воскресенье, 13 марта 2011 19: 12

Атомная энергетика

Во всех ядерных реакторах энергия вырабатывается внутри топлива в результате цепной реакции деления ядер его атомов. Наиболее распространенным ядерным топливом является уран-235. Каждое деление расщепляет атом топлива на два новых атома продукта деления, а также выбрасывает из своего ядра нейтроны, которые вызывают дальнейшее деление атомов. Большая часть энергии, выделяемой при делении, уносится продуктами деления и, в свою очередь, преобразуется в тепловую энергию в соседних атомах топлива, поскольку они останавливают эти быстро движущиеся продукты деления и поглощают их излучение. Нейтроны уносят около 3% энергии деления.

Активная зона реактора не перегревается за счет жидкого или газообразного теплоносителя, который также производит пар (прямо или косвенно) для привода турбины. Материалы, поглощающие нейтроны, включены в регулирующие стержни, которые можно перемещать в полости в активной зоне реактора и из них, чтобы регулировать скорость реакции деления до желаемой оператором электростанции. В водо-водяных реакторах поглощающие материалы могут вводиться в систему теплоносителя реактора через растворимые поглотители.

Большинство продуктов деления нестабильны и поэтому радиоактивны. Они распадаются, высвобождая излучение того типа и со скоростью, которые характерны для каждого элемента продукта деления, и новый дочерний продукт, который также может быть радиоактивным. Эта последовательность распада продолжается до тех пор, пока в конце концов не образуются стабильные (не радиоактивные) дочерние продукты. Другие радиоактивные продукты образуются в реакторе при поглощении нейтронов ядрами атомов неделящихся материалов, таких как уран-238, и конструкционных материалов, таких как направляющие, опоры и оболочки твэлов.

В реакторах, проработавших какое-то время, распад продуктов деления и образование новых продуктов деления достигают почти равновесия. На данный момент излучение и полученное в результате производство энергии от распада радиоактивных продуктов составляет почти десятую часть всего, что производится в реакторе.

Именно это большое количество радиоактивного материала создает риски, характерные для атомных электростанций. В рабочих условиях большинство этих радиоактивных материалов ведут себя как твердые вещества, но некоторые ведут себя как газы или становятся летучими при высокой температуре в реакторе. Некоторые из этих радиоактивных материалов могут легко проникать в живые организмы и оказывать значительное влияние на биологические процессы. Таким образом, они опасны при выбросе или рассеивании в окружающей среде.

Типы и характеристики атомных станций

В тепловых реакторах используются материалы, называемые модераторы для замедления быстрых нейтронов, образующихся при делении, чтобы их легче было захватить делящимися атомами урана-235. В качестве замедлителя часто используется обычная вода. Другими используемыми замедлителями являются графит и дейтерий, изотоп водорода, который используется в форме оксида дейтерия — тяжелой воды. Обычная вода состоит в основном из оксида водорода и содержит небольшую долю (0.015%) тяжелой воды.

Тепло от топлива отводится теплоносителем, который прямо или косвенно производит пар для привода турбины, а также регулирует температуру активной зоны реактора, предотвращая ее перегрев и повреждение топлива или конструкционных материалов. Хладагенты, обычно используемые в тепловых реакторах, включают обычную воду, тяжелую воду и двуокись углерода. Вода имеет хорошие характеристики теплопередачи (высокая удельная теплоемкость, низкая вязкость, легко прокачивается) и является наиболее распространенным теплоносителем, используемым на атомных электростанциях. Охлаждение активной зоны реактора водой под давлением или кипящей водой обеспечивает высокую удельную мощность активной зоны, так что большие энергоблоки могут быть встроены в относительно небольшие корпуса реактора. Однако система теплоносителя реактора, использующая воду, должна работать при высоком давлении, чтобы достичь полезных значений давления и температуры пара для эффективной работы паровой турбины-генератора. Поэтому целостность границы системы охлаждения реактора очень важна для всех атомных электростанций с водяным охлаждением, поскольку она является барьером, защищающим безопасность рабочих, населения и окружающей среды.

Топливом во всех водоохлаждаемых энергетических реакторах и большинстве других реакторов является керамический диоксид урана, плакированный металлом — нержавеющей сталью или сплавом циркония. Спеченный диоксид урана представляет собой негорючее топливо, которое может работать в течение длительного времени и сохранять продукты деления при высоких температурах без значительных искажений или отказов. Единственными действующими тепловыми энергетическими реакторами, использующими топливо, отличное от диоксида урана, являются станции Magnox (которые охлаждаются диоксидом углерода), и они постепенно выводятся из эксплуатации по мере окончания срока их службы.

Материалы, поглощающие нейтроны (такие как бор, кадмий, гафний и гадолиний), используемые в различных формах, например, в стержнях управления со стальной оболочкой или в растворе в теплоносителях или замедлителях, можно перемещать в активную зону реактора и из нее для контроля скорость реакции деления на любом заданном уровне. В отличие от выработки электроэнергии на ископаемом топливе, для увеличения уровня мощности, производимой в цепной реакции деления, не требуется увеличения количества топлива.

Как только начнется увеличение скорости производства энергии деления, оно будет продолжаться до тех пор, пока не будет остановлено введением в активную зону соответствующего количества материалов, поглощающих нейтроны, и замедлителя. Такое увеличение мощности вызвано избытком нейтронов в цепной реакции деления по сравнению с тем, что необходимо для просто безубыточной цепной реакции. Следовательно, скорость деления и результирующее производство энергии можно очень точно контролировать, добавляя или удаляя очень небольшие количества материалов, поглощающих нейтроны. Если требуется резкое снижение уровня мощности, в активную зону вводят относительно большое количество материала, поглощающего нейтроны. Каждая концепция реактора имеет свою характеристику реактивности, которая определяет конструкции регулирующих и остановочных устройств поглощения нейтронов для обеспечения эффективного регулирования мощности и безопасного и быстрого останова при необходимости. Однако ко всем применимы одни и те же основные принципы контроля и безопасности.

Основные типы эксплуатируемых сегодня тепловых энергетических реакторов показаны на рисунке 1, а основные характеристики приведены в таблице 1. На упрощенных рисунках на рисунке 1 показаны бетонные экраны, окружающие реакторы и системы теплоносителя первого контура. Экраны, имеющие различные конструкции, как правило, обеспечивают как защиту от прямого излучения реактора, так и локализацию любых утечек из систем охлаждения реактора или замедлителя, и, как правило, предназначены для выдерживания значительных давлений, которые могут возникнуть в случае аварии. серьезная неисправность систем охлаждения.

Рисунок 1. Типы атомных электростанций

POW040F2

 

Таблица 1. Характеристики АЭС (1997 г.)

Тип реактора

топливо

Модератор

Охлаждающая жидкость и ее ок. давление
(в барах)

Генерация пара

Количество
операционный
единиц

Чистый выход
(МВт)

PWR

Обогащенный диоксид урана
(от 2% до 5% U-235)

Легкая вода

Легкая вода
(160 бар)

Косвенное охлаждение:

251

223,717

PHWR (тип CANDU)

Необогащенный диоксид урана
(0.71% U-235)

Тяжелая вода

Тяжелая вода
(90 бар)

Косвенное охлаждение:

34

18,927

БВР

Обогащенный диоксид урана
(от 2% до 3% U-235)

Легкая вода

Легкая вода
кипит в ядре
(70 бар)

непосредственный

93

78,549

ГКЛ (тип MAGNOX)

Необогащенный металлический уран
(0.71% U-235)

Графит

Углекислый газ
(20 бар)

Косвенное охлаждение:

21

3,519

EGR

Обогащенный диоксид урана
(2.3% U-235)

Графит

Углекислый газ
(40 бар)

Косвенное охлаждение:

14

8,448

LWGR (типа РБМК)

Обогащенный диоксид урана
(от 2% до 2.5% U-235)

Графит

Легкая вода
кипит в ядре
(70 бар)

непосредственный

18

13,644

FBR

Смешанный оксид плутония

Ничто

Соль
(10 бар)

Косвенное охлаждение:

3

928

 

В реактор с водой под давлением (PWR) электростанции, первый теплоноситель реактора и замедлитель одни и те же — очищенная обычная вода, которая отделена от вторичного питательного/парового контура металлической перегородкой в ​​парогенераторах (иногда называемых котлами), через которые тепло передается теплопроводностью. Таким образом, пар, подаваемый в турбогенератор, не является радиоактивным, и паротурбогенераторная установка может работать как обычная электростанция. Поскольку водород в воде первого теплоносителя / замедлителя поглощает значительную часть нейтронов, необходимо обогатить содержание делящегося изотопа урана-235 в топливе до уровня от 2% до 5%, чтобы поддерживать практическую цепную реакцию для долгосрочного производства энергии.

На всех действующих АЭС с тяжеловодные реакторы под давлением (PHWR), замедлителем реактора и теплоносителем первого контура является тяжелая вода с очень высоким содержанием изотопного дейтерия (>99%). в КАНДУ PHWR, который составляет почти все действующие PHWR, замедлитель отделен от теплоносителя первого контура и поддерживается при относительно низких температуре и давлении, что обеспечивает удобную среду для размещения контрольно-измерительной аппаратуры, а также встроенную возможность резервного охлаждения на случай неисправности трубопровода теплоносителя первого контура. Топливо и теплоноситель первого контура в CANDU находятся в горизонтальных напорных трубах в активной зоне реактора. Как и в реакторах PWR, в парогенераторах первичный теплоноситель и вторичный питательно-паровой контур разделены металлической перегородкой, через которую тепло передается от первого контура тяжелой воды к обычной водяной пароводяной системе. Таким образом, пар, подаваемый на турбогенераторную установку, представляет собой обычный водяной пар, не радиоактивный (за исключением небольших количеств из-за утечек), и турбогенераторная установка может работать как обычная тепловая электростанция. Тяжеловодный замедлитель и теплоноситель поглощают лишь очень небольшую часть нейтронов, образующихся при делении, что позволяет осуществлять практическую цепную реакцию для долгосрочного производства энергии с использованием природного урана (0.071% урана-235). Существующие реакторы PHWR могут работать на слабообогащенном топливе из урана-235, что приводит к пропорционально большему общему извлечению энергии из топлива.

В реактор с кипящей водой (BWR) АЭС вода первого контура частично испаряется в самой активной зоне реактора, а образующийся там пар подается непосредственно в турбогенератор. Рабочее давление в реакторе ниже, чем в реакторах PWR, но давление пара, подаваемого на турбину, такое же. Пар, подаваемый на турбину, слаборадиоактивен, что требует некоторых мер предосторожности из-за возможного низкого уровня загрязнения системы турбина/питательная вода. Однако это не оказалось важным фактором при эксплуатации и обслуживании BWR. В реакторах BWR на управление мощностью реактора влияет количество пара в активной зоне, и это должно компенсироваться соответствующим управлением скоростью потока теплоносителя или вводом реактивности при изменении уровня мощности реактора.

Магнокс реакторы, также известная как реакторы с газовым охлаждением (GLR) работают на природном металлическом уране, плакированном магнием. Они охлаждаются углекислым газом при умеренном давлении, но производят относительно высокотемпературный пар, что дает хороший тепловой КПД. У них большие активные зоны с низкой удельной мощностью, так что сосуды под давлением, которые также действуют как единственные защитные конструкции, также имеют большие размеры. Сосуды под давлением в первых реакторах Magnox были стальными. В более поздних реакторах Magnox корпус из предварительно напряженного бетона содержал как активную зону реактора, так и пароподъемные теплообменники.

Усовершенствованные газоохлаждаемые реакторы (AGR) использовать топливо из обогащенного оксида урана (2.3% U-235). Они охлаждаются углекислым газом при более высоком давлении, чем реакторы Magnox, и имеют улучшенную теплопередачу и тепловой КПД. Большая удельная мощность активной зоны в AGR по сравнению с реакторами Magnox позволяет реактору AGR быть меньше и мощнее. Предварительно напряженный бетонный корпус высокого давления, который содержит как активную зону реактора, так и паровые теплообменники, также действует как защитная конструкция.

Легководные графитовые реакторы (LWGR) представляют собой гибрид различных ядерных энергетических систем. Единственные действующие сегодня электростанции этого типа – это реакторы РБМК, расположенные на постсоветском пространстве, то есть в России, Украине и Литве. В реакторах РБМК обычный водяной теплоноситель течет вверх по вертикальным каналам (трубам), в которых находится топливо, и кипит внутри активной зоны. Пар, производимый в активной зоне, подается непосредственно в турбогенератор, как в реакторе BWR. Графитовый замедлитель, который окружает каналы хладагента, работает при температуре, значительно превышающей температуру хладагента, так что тепло, генерируемое в графите за счет замедления нейтронов, отводится каналами хладагента. Реакторы РБМК большие и имеют много каналов теплоносителя (> 1,500).

Реакторы на быстрых нейтронах (FBR) требуют обогащения делящегося материала в пределах 20% и могут поддерживать цепную реакцию деления, главным образом, за счет поглощения быстрых нейтронов, образующихся в процессе деления. Эти реакторы не нуждаются в замедлителе для замедления нейтронов и могут использовать избыточные нейтроны для производства плутония-239, потенциального топлива для реакторов. Они могут производить больше топлива, чем потребляют. Хотя некоторые из этих реакторов были построены для производства электроэнергии в девяти странах мира, технические и практические трудности, связанные с использованием жидкометаллических теплоносителей (натрий) и очень высокой скоростью нагрева, привели к снижению интереса. Сейчас есть только три или четыре относительно небольших жидкометаллические реакторы на быстрых нейтронах (LMFBR) эксплуатируются в качестве производителей электроэнергии в мире, производя в общей сложности менее 1,000 мегаватт электроэнергии (МВт), и постепенно выводятся из эксплуатации. Однако технология реакторов-размножителей была значительно усовершенствована и задокументирована для использования в будущем, если когда-либо потребуется.

Топливо и обращение с ним

Процесс, который начинается с добычи урансодержащей руды и заканчивается окончательной утилизацией отработавшего топлива и всех отходов переработки топлива, обычно называют ядерный топливный цикл. Существует множество вариантов топливных циклов в зависимости от типа используемого реактора и конструкции устройств отвода тепла в активной зоне реактора.

Основные топливные циклы PWR и BWR почти идентичны, различаясь только уровнями обогащения и детальной конструкцией топливных элементов. Необходимые шаги, обычно в разных местах и ​​на разных объектах, следующие:

  • добыча и переработка урана для производства желтого кека (U3О8)
  • конверсия урана в гексафторид урана (UF6)
  • обогащение
  • изготовление топлива, которое включает конверсию урана в диоксид урана (UO2), производство топливных таблеток, изготовление твэлов длиной, равной высоте активной зоны реактора, и изготовление тепловыделяющих сборок, содержащих около 200 твэлов на сборку в виде квадратного массива
  • монтаж и эксплуатация на атомной электростанции
  • либо переработка, либо временное хранение
  • отправка отработавшего топлива или отходов обогащения в федеральное/центральное хранилище
  • возможная утилизация, которая все еще находится в стадии разработки.

 

Во время этих процессов требуются меры предосторожности для обеспечения того, чтобы количество обогащенного топлива в любом месте было меньше того, которое может привести к значительной цепной реакции деления, за исключением, конечно, реактора. Это приводит к ограничению материального пространства при производстве, транспортировке и хранении.

Напротив, реактор CANDU использует природный уран и имеет простой топливный цикл от добычи руды до утилизации топлива, который не включает этапы, необходимые для обеспечения обогащения и переработки. Топливо для CANDU изготавливается полуавтоматически в виде полуметровых круглых связок из 28 или 37 твэлов, содержащих UO.2 пеллеты. Нет никаких ограничений по площади при производстве топлива из природного урана, а также при транспортировке или хранении как нового, так и использованного топлива. Иммобилизация и утилизация отработанного топлива CANDU разрабатывалась в Канаде в течение 17 лет и в настоящее время находится на стадии утверждения концепции.

Во всех действующих энергетических реакторах, за исключением типа Magnox, основным компонентом реакторного топлива является цилиндрическая топливная таблетка, состоящая из диоксида урана (UO2) порошок, который уплотняют, а затем спекают для достижения необходимой плотности и керамических характеристик. Эти спеченные гранулы, запаянные в бесшовные трубы из циркониевого сплава или нержавеющей стали для производства топливные стержни или элементы, химически инертны по отношению к их оболочке при нормальных реакторных температурах и давлениях. Даже если оболочка повреждена или пробита, а охлаждающая жидкость контактирует с UO2, этот керамический материал удерживает большую часть радиоактивных продуктов деления и устойчив к износу, вызванному высокотемпературной водой.

В реакторах Magnox используется топливо из природного металлического урана, покрытого магнием, и они успешно работают при относительно высоких температурах, поскольку теплоноситель, двуокись углерода, не вступает в реакцию с этими металлами в сухих условиях.

Основная задача конструкции твэлов в ядерном реакторе состоит в том, чтобы передать теплоту деления, образующуюся в топливе, теплоносителю, сохраняя при этом целостность твэлов даже в самых жестких переходных условиях. Для всех действующих реакторов всесторонние испытания имитирующего топлива в лабораториях теплообмена показали, что ожидаемые максимальные переходные тепловые условия в реакторе могут быть обеспечены с адекватными запасами безопасности за счет конкретного топлива, разработанного и лицензированного для данного применения.

Новое топливо, доставляемое с завода по изготовлению на электростанцию, не является значительно радиоактивным, и с ним можно обращаться вручную или с помощью ручных подъемно-транспортных инструментов без защиты. Типичный тепловыделяющая сборка для реактора PWR или BWR представляет собой квадратную решетку из примерно 200 топливных стержней длиной около 4 м и весом около 450 кг. В большом реакторе PWR или BWR требуется около 200 таких сборок. Топливо перемещается мостовым краном и размещается на вертикальных стеллажах в сухом виде в новом хранилище топлива. Чтобы установить новое топливо в действующий легководный реактор, такой как PWR или BWR, все операции проводятся на достаточной глубине воды, чтобы обеспечить защиту для всех, кто находится над реактором. Сначала необходимо снять фланцевую крышку корпуса реактора и вынуть часть использованного топлива (обычно от одной трети до половины активной зоны реактора) с помощью мостового крана и элеваторов для перемещения топлива.

Отработанное топливо размещается в заполненных водой резервуарах. Другие использованные тепловыделяющие сборки в активной зоне могут быть переставлены (как правило, перемещены к центру активной зоны) для регулирования выработки электроэнергии в реакторе. Затем новые ТВС устанавливаются на все свободные позиции топливных площадок. Для перезарядки более крупного реактора может потребоваться от 2 до 6 недель, в зависимости от рабочей силы и количества заменяемого топлива.

Реактор CANDU и некоторые газоохлаждаемые реакторы заправляются топливом при включении питания с помощью оборудования с дистанционным управлением, которое удаляет использованное топливо и устанавливает новые тепловыделяющие элементы или пучки. В случае CANDU топливо представляет собой пучки топливных стержней полуметровой длины, диаметром около 10 см и весом около 24 кг. Топливо поступает от производителя в картонных упаковочных ящиках и хранится в специально отведенном месте для хранения нового топлива, готовое к загрузке в реактор. Топливо обычно загружают в работающий реактор ежедневно для поддержания реактивности реактора. В большом реакторе CANDU типичная скорость дозаправки составляет 12 пакетов в день. Связки загружаются вручную на устройство загрузки нового топлива, которое, в свою очередь, загружает связки в заправочная машина который управляется дистанционно из диспетчерской станции. Для загрузки нового топлива в реактор две дистанционно управляемые заправочные машины управляются с помощью дистанционного управления и соединяются с концами горизонтального топливного канала для перегрузки. Канал открывается заправочными машинами с обоих концов, в то время как система охлаждения находится при рабочем давлении и температуре, и новое топливо проталкивается в один конец, а использованное топливо выводится из другого конца канала. После установки необходимого количества топливных связок заправочная машина переустанавливает уплотнения каналов, и заправочные машины могут продолжать заправку другого канала или слив отработанного топлива в заполненный водой отсек для хранения отработанного топлива. .

Отработанное топливо, выгруженное из всех действующих реакторов, очень радиоактивно и требует охлаждения для предотвращения перегрева и экранирования для предотвращения прямого облучения любых чувствительных живых организмов или оборудования поблизости. Обычная процедура заключается в сбросе отработанного топлива в бассейн для хранения воды с покрытием водой не менее 4 м над топливом для защиты. Это обеспечивает безопасное наблюдение за топливом под водой и доступ для его перемещения под водой к месту более длительного хранения.

Через год после выгрузки из реактора общая радиоактивность и тепловыделение отработавшего топлива снизятся примерно до 1 % от исходного значения при выгрузке, а в течение 10 лет — до примерно 0.1 % исходного значения при выгрузке. Примерно через 5-10 лет после сброса производство тепла уменьшилось до такой степени, что стало возможным извлекать топливо из бассейна с водой и хранить его в сухом виде в контейнере только с естественной циркуляцией воздуха вокруг топливного контейнера. Однако он все же достаточно радиоактивен, и требуется экранирование его прямого излучения на многие десятилетия. Предотвращение попадания топливного материала в организм живыми организмами требуется на гораздо более длительный срок.

Реальная утилизация отработавшего топлива энергетических реакторов все еще находится на стадии разработки и согласования. Утилизация отработавшего топлива энергетических реакторов в различных геологических структурах интенсивно изучается в ряде стран, но пока нигде в мире не одобрена. Концепция хранения глубоко под землей в стабильных каменных конструкциях в настоящее время находится в процессе утверждения в Канаде как безопасный и практичный метод окончательного захоронения этих высокорадиоактивных отходов. Однако ожидается, что даже при утверждении концепции к 2000 году фактическая утилизация отработавшего топлива не произойдет примерно до 2025 года.

Внутризаводские операции

Во всех 33 странах с ядерно-энергетическими программами есть регулирующие органы, которые устанавливают и обеспечивают соблюдение правил безопасности, связанных с эксплуатацией ядерных установок. Однако, как правило, именно электроэнергетическая компания, которая владеет и эксплуатирует объекты атомной энергетики, несет ответственность за безопасную эксплуатацию своих атомных электростанций. Роль оператора на самом деле представляет собой управленческую задачу по сбору информации, планированию и принятию решений и лишь иногда включает в себя более активный контроль, когда рутинная работа нарушается. Оператор не является основной защитной системой.

Все современные атомные электростанции имеют высоконадежные автоматические, очень быстро реагирующие системы управления и безопасности, которые непрерывно защищают реактор и другие компоненты станции и, как правило, рассчитаны на отказоустойчивость при потере мощности. Оператор не должен дублировать или заменять эти автоматические системы управления и защиты. Однако оператор должен иметь возможность почти мгновенно остановить реактор, если это необходимо, и должен быть способен распознавать и реагировать на любой аспект работы станции, тем самым добавляя разнообразия в защиту. Оператору необходима способность понимать, диагностировать и предвидеть развитие общей ситуации на основе большого объема данных, предоставляемых автоматическими информационно-информационными системами.

Ожидается, что оператор:

  • понять, каковы нормальные условия во всех системах, имеющих отношение к текущему общему состоянию станции.
  • распознавать с помощью автоматических систем или специальных контрольных устройств возникновение нештатных ситуаций и их значение
  • знать, как правильно реагировать, чтобы восстановить нормальную работу станции или привести ее в состояние безопасного останова.

 

Насколько хорошо оператор может это сделать, зависит от конструкции машины, а также от способностей и подготовки оператора.

На каждой атомной электростанции должны постоянно находиться на дежурстве компетентные, стабильные и хорошо обученные операторы. Потенциальные операторы атомных станций проходят комплексную программу обучения, которая обычно включает обучение в классе и на рабочем месте в области науки, оборудования и энергетических систем, радиационной защиты и политики и принципов эксплуатации. Учебные тренажеры всегда используются при эксплуатации атомных электростанций в США, чтобы дать оператору практический опыт эксплуатации станции, во время сбоев и в необычных условиях. Интерфейс между оператором и энергосистемами осуществляется через контрольно-измерительную аппаратуру. Хорошо спроектированные контрольно-измерительные системы могут улучшить понимание и правильную реакцию операторов.

Обычно ключевой эксплуатационный персонал назначается для атомной электростанции, пока она еще находится в стадии строительства, чтобы они могли консультировать с точки зрения эксплуатации и могли собрать персонал, который будет вводить в эксплуатацию и эксплуатировать станцию. Они также готовят исчерпывающий набор рабочих процедур до того, как станция будет введена в эксплуатацию и допущена к эксплуатации. Эксперты по проектированию и персонал регулирующих органов проверяют эти процедуры на соответствие проектным замыслам и методам эксплуатации.

Ожидается, что персонал будет систематически и неукоснительно эксплуатировать станцию ​​в соответствии с рабочими процедурами и разрешениями на работу. Оперативный персонал постоянно работает над обеспечением общественной безопасности, проводя комплексную программу испытаний и мониторинга систем безопасности и защитных барьеров, а также сохраняя способность справляться с любой аварийной ситуацией на станции. Там, где операторам может потребоваться принять меры в ответ на изменение состояния станции, существуют письменные систематические процедуры, которыми они руководствуются и предоставляют подробную информацию, необходимую для управления станцией. Такие процедуры рассматриваются станционными и регулирующими комитетами по безопасности.

Продуманная программа управления безопасностью эксплуатации включает в себя:

  • детальное знание областей, критически важных для безопасности
  • стандарты или цели, которые определяют приемлемую производительность
  • программа для мониторинга производительности, реагирования на проблемы и отчетности о результатах
  • программа обзора опыта для установления тенденций, степени соответствия стандартам и причин любых неприемлемых или ухудшающихся характеристик
  • средство оценки влияния предлагаемых изменений на оборудование или рабочие процедуры и внедрение изменений в соответствии с принятым стандартом.

 

В дополнение к процедурам нормальной эксплуатации на каждой атомной электростанции существует система отчетности о событиях для расследования и документирования любых отказов и износа оборудования, недостатков в проектировании или строительстве, а также ошибок в эксплуатации, обнаруженных системами мониторинга или регулярными испытаниями и проверками. Основная причина каждого события определяется таким образом, чтобы можно было разработать соответствующие корректирующие или предупреждающие действия. Отчеты о событиях, включая результаты анализа и рекомендации, рассматриваются руководством станции и экспертами по безопасности и человеческому фактору, которые обычно находятся за пределами станции.

Система сообщений об инцидентах Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) работает по всему миру, дополняя национальные системы и обеспечивая обмен информацией между всеми участвующими странами. Всемирная ассоциация операторов атомных станций (ВАО АЭС) также обеспечивает обмен подробной информацией на оперативном уровне.

Ядерные реакторы и все их вспомогательные и связанные с безопасностью системы обслуживаются и испытываются в соответствии с требованиями обеспечения качества через запланированные интервалы времени, чтобы обеспечить надежность на протяжении всего срока их службы. В дополнение к автоматическому мониторингу проводятся систематические ручные тесты и исследования для выявления признаков ухудшения или отказа систем оборудования. К ним относятся регулярный надзор в полевых условиях, профилактическое обслуживание, периодические проверки и изучение изменений состояния станции.

Для технологических систем и систем безопасности установлены очень жесткие целевые показатели, чтобы снизить риск для населения и персонала станций до приемлемого минимума. Для технологических систем, которые активно работают во время выработки электроэнергии, частота отказов сравнивается с целевыми показателями производительности, что может привести к изменениям конструкции, когда производительность не соответствует стандартам. Системы безопасности нуждаются в другом подходе, потому что они вступают в действие только в случае отказа технологических систем. Комплексные программы тестирования контролируют эти системы и их компоненты, и результаты используются для определения того, сколько времени каждая из них, вероятно, не будет работать. Расчетное общее количество времени, в течение которого системы безопасности не работают, сравнивается с очень высоким стандартом производительности. При обнаружении неисправности в системе безопасности ее немедленно устраняют или реактор останавливают.

Существуют также обширные программы испытаний и обслуживания во время периодических плановых остановов. Например, все сосуды, работающие под давлением, компоненты и их сварные швы систематически проверяются неразрушающими методами в соответствии с нормами безопасности.

Принципы безопасности и связанные с ними конструктивные особенности безопасности

Есть четыре аспекта цепной реакции деления, которые могут быть опасными и которые нельзя отделить от использования ядерной энергии для производства электроэнергии, и поэтому требуют мер безопасности:

  1. В результате деления возникает ионизирующее излучение, которое требует защиты от прямого воздействия радиации.
  2. Образуются высокорадиоактивные продукты деления, требующие герметичных корпусов для предотвращения загрязнения внешней среды и возможного попадания внутрь.
  3. Цепная реакция деления представляет собой динамический процесс, требующий постоянного контроля.
  4. Производство тепла нельзя остановить мгновенно, поскольку радиоактивный распад продолжает выделять тепло после прекращения цепной реакции деления, что требует длительного охлаждения.

 

Требования безопасности, предъявляемые к этим характеристикам, объясняют основные различия в оборудовании для обеспечения безопасности и стратегии эксплуатации на атомной станции по сравнению с таковыми на электростанции, использующей ископаемое топливо. Способы выполнения этих требований безопасности различаются для разных типов атомных станций, но основные принципы безопасности одинаковы на всех атомных станциях.

В ходе процедуры лицензирования каждая ядерная установка должна доказать, что выбросы радиоактивных веществ будут меньше установленных нормативных пределов, как при нормальных условиях эксплуатации, так и в случае отказов или аварийных условий. Приоритетом является предотвращение отказов, а не просто смягчение их последствий, но проект должен быть способен справляться с отказами, если, несмотря на все меры предосторожности, они все же произойдут. Это требует высочайшей степени обеспечения качества и контроля, применяемого ко всему оборудованию, строительным функциям и операциям. Собственные характеристики безопасности и инженерно-технические меры безопасности предназначены для предотвращения аварий и контроля над ними, а также для локализации и сведения к минимуму выброса радиоактивных материалов.

В частности, теплопроизводительность и холодопроизводительность должны всегда соответствовать друг другу. В процессе работы тепло от реактора отводится теплоносителем, который прокачивается по трубопроводу, соединенному с реактором, и течет по поверхности оболочек твэлов. В случае отключения питания насосов или внезапного выхода из строя соединительных трубопроводов охлаждение топлива будет прервано, что может привести к быстрому повышению температуры топлива, возможному выходу из строя оболочки твэла и утечке топлива. радиоактивного материала из топлива в корпус реактора. Быстрое прекращение цепной реакции деления, подкрепленное возможной активацией резервных или аварийных систем охлаждения, предотвратило бы повреждение топлива. Эти меры безопасности предусмотрены на всех атомных станциях.

Даже когда реактор остановлен, потеря охлаждения и выход из строя резервной или аварийной системы охлаждения могут привести к перегреву топлива из-за продолжающегося выделения теплоты распада продуктов деления в топливе, как показано на рис. тепло составляет всего 2% или 1% от производства тепла на полной мощности, если его не удалить, температура топлива может достичь уровня отказа в течение нескольких минут после полной потери охлаждения. Принцип безопасного проектирования атомных электростанций требует, чтобы все обстоятельства, которые могут привести к перегреву топлива, повреждению и выбросу радиоактивных материалов из топлива, тщательно оценивались и предотвращались техническими системами контроля и защиты.

Рис. 2. Остаточная теплота после остановки реактора

POW040F4

Для защиты атомной электростанции существует три типа функций безопасности: собственные характеристики, пассивные системы и активные системы. Они используются в различных комбинациях на действующих атомных станциях.

Собственные характеристики безопасности используйте законы природы, чтобы сохранить электростанцию ​​в безопасности. Некоторым видам ядерного топлива присущи такие характеристики безопасности, как то, что по мере повышения их температуры скорость цепной реакции деления снижается. Некоторые конструкции систем охлаждения обладают неотъемлемыми характеристиками безопасности, в соответствии с которыми охлаждающая жидкость будет циркулировать над топливом за счет естественной циркуляции для адекватного отвода остаточного тепла без работы каких-либо насосов. Большинству металлических конструкций присущи характеристики безопасности, которые приводят к деформации или растяжению при значительных нагрузках, а не к разрыву или разрушению.

Функции пассивной безопасности включают подъем предохранительных клапанов собственного веса (гравитационных) за счет давления сбрасываемой жидкости, или использование накопленной энергии в системах аварийного впрыска охлаждающей жидкости, или в некоторых защитных сосудах, которые предназначены для поглощения энергии от отказа трубопровода. системы и последующего остаточного тепла.

Системы активной безопасности включают все системы, которые требуют активации сигналов и источника питания той или иной формы. Активные системы обычно могут контролировать более широкий диапазон обстоятельств, чем собственные и пассивные системы, и могут без ограничений испытываться во время работы реактора.

Проект обеспечения безопасности атомных электростанций основан на выбранной комбинации внутренних, пассивных и активных систем для удовлетворения нормативных требований безопасности юрисдикции, в которой расположена атомная станция. Высокая степень автоматизации в системах, связанных с безопасностью, необходима для того, чтобы максимально освободить эксплуатационный персонал от необходимости принимать быстрые решения и действовать в условиях стресса. Системы ядерных энергетических реакторов спроектированы так, чтобы автоматически приспосабливаться к изменениям требуемой выходной мощности, и, как правило, изменения происходят постепенно. Особенно важно, чтобы системы, связанные с безопасностью, всегда были способны быстро, эффективно и надежно реагировать, когда это необходимо. Чтобы соответствовать такому высокому уровню производительности, эти системы должны соответствовать самым высоким критериям обеспечения качества и быть спроектированы в соответствии с хорошо зарекомендовавшими себя принципами проектирования безопасности, предусматривающими резервирование, разнообразие и физическое разделение.

избыточность — это предоставление большего количества компонентов или подсистем, чем необходимо только для того, чтобы система работала, например, предоставление трех или четырех компонентов, тогда как для надлежащего функционирования системы необходимы только два.

Разнообразие это обеспечение двух или более систем, основанных на разных принципах конструкции или функционирования, для выполнения одной и той же функции безопасности.

Физическое разделение компонентов или систем, предназначенных для выполнения одной и той же функции безопасности, обеспечивает защиту от локальных повреждений, которые в противном случае могли бы ухудшить работу систем безопасности.

Важной иллюстрацией применения этих принципов проектирования безопасности является электроснабжение атомных станций, которое основано на более чем одном подключении к основной энергосистеме, поддерживаемой на месте несколькими дизельными двигателями с автоматическим запуском и/или турбинами внутреннего сгорания. , а также аккумуляторными батареями и мотор-генераторными установками для обеспечения надежного электроснабжения жизненно важных систем, связанных с безопасностью.

Основная превентивная мера против выброса радиоактивных материалов с атомной станции в принципе очень проста: ряд герметичных барьеров между радиоактивными материалами и окружающей средой, чтобы обеспечить защиту от прямого излучения и удержание радиоактивных материалов. Самым внутренним барьером является само керамическое или металлическое топливо, которое связывает большую часть радиоактивных материалов в своей матрице. Второй барьер – герметичная коррозионностойкая облицовка. Третий барьер представляет собой первичную напорную границу системы теплоносителя. Наконец, большинство ядерно-энергетических систем заключены в устойчивую к давлению защитную оболочку, которая спроектирована так, чтобы выдерживать выход из строя самой крупной трубопроводной системы внутри и удерживать любые радиоактивные материалы, попадающие в защитную оболочку.

Основная цель проектирования безопасности атомной электростанции состоит в поддержании целостности этих многочисленных барьеров с помощью подхода глубокоэшелонированной защиты, который можно охарактеризовать тремя уровнями мер безопасности: предупредительными, защитными и смягчающими мерами.

Предупредительные меры включают: соблюдение высочайшего уровня обеспечения качества при проектировании, строительстве и эксплуатации; высококвалифицированные операторы, проходящие периодическую переподготовку; использование встроенных функций безопасности; обеспечение соответствующих проектных запасов; проведение тщательного профилактического обслуживания, постоянное тестирование и проверка и устранение недостатков; постоянный мониторинг; тщательные оценки безопасности и повторные оценки, когда это необходимо; и оценка и причинно-следственный анализ инцидентов и отказов, внесение соответствующих изменений.

Защитные меры включают: быстродействующие системы отключения; быстродействующие автоматические клапаны/системы сброса давления; схемы блокировки для защиты от ложных срабатываний; автоматический контроль жизненно важных функций безопасности; и непрерывное измерение и контроль уровней радиации и радиоактивности сточных вод, чтобы они не превышали допустимые пределы.

Смягчающие меры включают: системы аварийного охлаждения реактора; высоконадежные системы аварийной питательной воды; разнообразные и резервные системы аварийного питания; защитная оболочка для предотвращения утечки любых радиоактивных материалов со станции, которая рассчитана на различные естественные и искусственные воздействия, такие как землетрясения, сильные ветры, наводнения или столкновения с самолетами; и, наконец, аварийное планирование и управление авариями, включающие радиационный контроль, информирование органов безопасности и консультирование населения, контроль загрязнения и распространение смягчающих материалов.

Ядерная безопасность зависит не только от технических и научных факторов; очень важную роль играет человеческий фактор. Регулирующий контроль обеспечивает независимую проверку всех аспектов безопасности атомных станций. Однако ядерная безопасность в первую очередь обеспечивается не законами и нормативными актами, а ответственным управлением проектированием, эксплуатацией и коммунальными услугами, что включает в себя соответствующие проверки и утверждения со стороны лиц, обладающих знаниями и полномочиями.

Единственная авария на атомной станции, которая имела очень серьезные последствия для населения, произошла во время испытания охлаждающей способности в необычной конфигурации на атомной станции РБМК в Чернобыле в Украине в 1986 году. материалы попали в окружающую среду. Впоследствии было обнаружено, что реактор не имел надлежащей системы останова и что он был нестабилен на малой мощности. Слабые стороны конструкции, человеческий фактор и отсутствие надлежащего управления инженерными сетями — все это способствовало аварии. В оставшиеся действующие реакторы РБМК были внесены изменения для устранения серьезных конструктивных недостатков, а инструкции по эксплуатации были улучшены, чтобы предотвратить повторение этой досадной аварии.

Многое было извлечено из аварии на РБМК и из других менее серьезных аварий на атомных станциях (таких как авария на Три-Майл-Айленде в США в 1978 г.), а также из многих мелких аварий и инцидентов за более чем 30 лет эксплуатации атомных электростанций. Цель ядерного сообщества – обеспечить, чтобы ни один инцидент на атомной электростанции не угрожал работникам, населению или окружающей среде. Тесное сотрудничество в рамках таких программ, как Системы отчетности об инцидентах МАГАТЭ и ВАО АЭС, пристальное внимание отраслевых групп и регулирующих органов, а также бдительность владельцев и операторов атомных станций делают эту цель более достижимой.

Благодарность: Редактор благодарит Тима Мидлера и Институт урана за предоставление информации для таблицы 1.


Назад

Генерация, передача и распределение

Имеются три этапа электроснабжения; генерации, передачи и распределения. Каждый из этих этапов включает в себя различные производственные процессы, трудовую деятельность и опасности.

Большая часть электроэнергии вырабатывается при напряжении от 13,200 24,000 до XNUMX XNUMX вольт. Опасности процесса производства электроэнергии включают взрывы и ожоги в результате неожиданного отказа оборудования. Несчастные случаи также могут произойти, если не соблюдаются надлежащие процедуры блокировки/маркировки. Эти процедуры существуют для контроля источников энергии. Перед выполнением технического обслуживания оборудования, где неожиданное включение, запуск или высвобождение накопленной энергии могут привести к травмам, оборудование должно быть отключено от источника энергии и приведено в нерабочее состояние. Несоблюдение надлежащей изоляции этих источников энергии (блокировка/маркировка) может привести к серьезной травме или смерти.

После выработки электроэнергии она передается на расстояние по линиям электропередач. Линии электропередач строятся между передающими подстанциями, расположенными на электростанциях. Линии электропередач могут поддерживаться над головой на башнях или под землей. Они работают при высоком напряжении. Они посылают большое количество электроэнергии и распространяются на значительные расстояния. Когда электричество выходит из генерирующей станции, расположенная там передающая подстанция повышает напряжение до диапазона 138,000 765,000–34,500 138,000 вольт. В зоне действия передающие подстанции снижают передаваемое напряжение до XNUMX XNUMX–XNUMX XNUMX вольт. Затем эта мощность передается по линиям к распределительным системам, расположенным на территории местного обслуживания. Основные опасности, присутствующие в процессе передачи, связаны с электричеством. Несоблюдение надлежащих дистанций подхода или использование соответствующего защитного снаряжения (резиновые перчатки и нарукавники) могут привести к серьезной травме или смерти. Падения также являются источником серьезных несчастных случаев и могут произойти во время работ по техническому обслуживанию воздушных линий и при работе со столбами или автовышками.

Система распределения соединяет систему передачи с оборудованием заказчика. Распределительная подстанция снижает передаваемое электрическое напряжение до 2,400–19,920 XNUMX вольт. Распределительный трансформатор дополнительно снижает напряжение. Опасности, связанные с распределительными работами, также носят электрический характер. Однако существует дополнительная опасность работы в закрытых помещениях (люки и своды) при работе с подземной распределительной системой.

Передающие и распределительные подстанции — это установки, в которых напряжение, фаза или другие характеристики электрической энергии изменяются в процессе окончательного распределения. Поражение электрическим током представляет собой основную угрозу безопасности на подстанциях. Такие несчастные случаи, как правило, вызваны несоблюдением надлежащих расстояний до электрооборудования, находящегося под напряжением, и/или неиспользованием соответствующих средств индивидуальной защиты, включая резиновые изолирующие перчатки и нарукавники.

Угрозы безопасности при производстве, передаче и распределении

Стандарт по производству, передаче и распределению электроэнергии, также известный как Стандарт по техническому обслуживанию электрооборудования, кодифицированный в 29 CFR 1910.269, был обнародован Управлением по охране труда и здоровья США (OSHA) 31 января 1994 года. Стандарт распространяется на всех работников электроэнергетики, участвующих в эксплуатация и техническое обслуживание оборудования для производства, передачи и распределения электроэнергии и сопутствующего оборудования. Кроме того, положения 1910.269 также распространяются на контрактных линейных рабочих, контрактных расчистщиков деревьев и независимых производителей электроэнергии. В других странах и регионах действуют аналогичные правила.

Опасности, которые непосредственно рассматриваются в стандарте OSHA, связаны с опасностью электрического характера, которая может привести к поражению электрическим током и травмам в результате поражения электрическим током. Последствиями непреднамеренного контакта с высоковольтным электричеством часто являются смерть или серьезные травмы, такие как ожоги второй и третьей степени, ампутация конечностей, повреждение внутренних органов и неврологические нарушения.

Стандарт также касается несчастных случаев со смертельным исходом и травм, связанных с четырьмя другими типами несчастных случаев: столкновение или столкновение; падения с лестниц, лесов, столбов или других возвышенностей; зажаты между ними в результате случайного включения механизмов во время регламентных работ по техническому обслуживанию; и контакт с экстремальными температурами, которые могут возникнуть при непреднамеренном выбросе пара высокого давления во время работ по техническому обслуживанию котлов. Восточная исследовательская группа (ERG), которая подготовила Исследование экономического воздействия для предложенного постановления OSHA, сообщила, что «было больше аварий, связанных с линиями электропередачи и распределения, чем с подстанциями или установками по производству электроэнергии». ERG сообщила, что в категории линий электропередач и распределительных линий линейные рабочие, ученики линейных рабочих и начальники рабочих линий сталкиваются с наиболее фатальными и серьезными несчастными случаями с потерей трудоспособности. В категории подстанций и электростанций больше всего несчастных случаев происходит с электриками подстанций и механиками коммунальных служб.

Снижение аварийности

По оценкам OSHA, в Соединенных Штатах ежегодно происходит в среднем 12,976 86 травм с потерей трудоспособности среди работников, занимающихся производством, передачей и распределением электроэнергии. Они также сообщают, что ежегодно среди этих рабочих происходит 1,633 смертельных случаев. По оценкам OSHA, ежегодно можно предотвратить 61 несчастных случая с потерей трудоспособности и 80 смерть за счет соблюдения положений этого стандарта и других стандартов, упомянутых в окончательном правиле. OSHA разбивает сокращение числа травм и смертельных случаев, связанных с потерей рабочего времени, на две категории. Ожидается, что наибольшая выгода будет достигнута в электроэнергетике, на долю которых приходится около 20% смертельных случаев. Остальные 1910.269% составляют подрядчики коммунальных услуг, в том числе подрядчики по электроснабжению и обрезки деревьев, а также предприятия, не связанные с коммунальными услугами. OSHA также ожидает, что наибольшее сокращение травм с потерей трудоспособности произойдет в электроэнергетике. Вторая категория сокращений относится к ссылкам на существующие стандарты в рамках 1910.151. Например, OSHA ожидает, что работодатель предоставит медицинские услуги и первую помощь, как указано в XNUMX.

Земляные работы должны соответствовать подразделу P 1926 года; средства индивидуальной защиты должны соответствовать требованиям Подраздела I 1910 г.; средства индивидуальной защиты от падения должны соответствовать требованиям подраздела E части 1926; и лестницы должны соответствовать подразделу D 1910 года. Это несколько примеров многих других стандартов OSHA, на которые ссылаются в Стандарте производства, передачи и распределения электроэнергии. OSHA полагает, что эти ссылки будут способствовать более широкому признанию различных применимых стандартов безопасности, и вместе с обучением сотрудников и акцентом на распознавание опасностей посредством инструктажей по работе ежегодно будут предотвращаться дополнительно 2 смертельных случая и 1,310 травм с потерей трудоспособности.

Общие положения

Стандарт производства, передачи и распределения электроэнергии обеспечивает комплексный подход к контролю опасностей, встречающихся в электроэнергетике. Это считается стандартом, основанным на характеристиках, когда работодатель имеет возможность внедрить альтернативные программы при условии, что он или она может продемонстрировать, что они обеспечивают уровень безопасности, эквивалентный уровню, указанному в стандарте. Общие положения стандарта включают: требования к обучению, процедуры контроля опасной энергии (блокировка/маркировка) для производства, передачи и распределения электроэнергии; порядок входа в закрытые помещения и порядок безопасной работы в подземных сооружениях; требования к работе на открытых частях под напряжением или вблизи них; требования к работе на ВЛ; требования к заземлению; обрезка деревьев зазора линии; порядок работы на подстанциях; и требования к инструментам под напряжением, ручным и переносным электроинструментам, а также лестницам и средствам индивидуальной защиты.

Стандарт является всеобъемлющим и охватывает все аспекты эксплуатации и технического обслуживания оборудования для производства, передачи и распределения электроэнергии.

Существенные положения

Некоторые из наиболее важных положений Стандарта включают в себя требования к сотрудникам пройти обучение по оказанию неотложной помощи, инструктаж по работе и обучение методам работы, связанным с безопасностью, процедурам безопасности и аварийным процедурам, включая спасение через люки и опоры. Существуют также особые требования к одежде для работы на оборудовании, находящемся под напряжением, и требования для входа в подземные сооружения, а также для контроля опасных источников энергии. Еще один важный элемент стандарта требует, чтобы работодатели удостоверяли, что сотрудники прошли надлежащую подготовку и могут продемонстрировать знание методов работы, указанных в стандарте. Некоторые из этих элементов более подробно обсуждаются ниже.

OSHA требует, чтобы сотрудники, выполняющие работы на незащищенных линиях или оборудовании под напряжением 50 вольт или более, были обучены оказанию первой помощи и сердечно-легочной реанимации (СЛР). Для полевых работ с участием двух или более сотрудников на рабочем месте должны быть обучены не менее двух сотрудников. Для стационарных рабочих мест, таких как электростанция, достаточное количество сотрудников должно быть обучено, чтобы гарантировать, что работник, подвергшийся поражению электрическим током, может быть достигнут в течение 4 минут.

Ведущий сотрудник рабочей группы должен проводить инструктаж по работе с работниками, участвующими в работе, перед тем, как они приступают к каждой работе. Инструктаж должен охватывать опасности, связанные с работой, рабочие процедуры, особые меры предосторожности, средства контроля источников энергии и средства индивидуальной защиты. Для повторяющихся и похожих работ должен быть один инструктаж по работе перед началом первой работы каждого дня или смены. При значительных изменениях необходимо провести еще один инструктаж. Просмотр поставленной задачи требует планирования работы, а планирование работы помогает снизить количество несчастных случаев.

OSHA также требует, чтобы работодатель удостоверял, что каждый сотрудник прошел обучение, необходимое для того, чтобы быть квалифицированным и компетентным. Сертификация проводится, когда работник демонстрирует навыки работы, и должна сохраняться в течение всего срока работы работника. Одного обучения недостаточно. Квалификация должна быть продемонстрирована, как правило, путем проверки знаний и понимания работником рассматриваемого предмета. Это поможет гарантировать, что на оборудовании, находящемся под напряжением, работают только квалифицированные рабочие.

Существуют требования к одежде для рабочих, подвергающихся воздействию пламени или электрических дуг. Раздел требует, чтобы работодатель гарантировал, что каждый работник, который подвергается опасности огня или электрических дуг, не носит одежду, которая при воздействии огня или электрических дуг может увеличить степень травмы, которую может получить работник. Одежда из ацетата, нейлона, полиэстера или вискозы, как отдельно, так и в смесях, запрещена, если работодатель не может продемонстрировать, что ткань была обработана, чтобы выдерживать условия, с которыми можно столкнуться. Работники могут выбирать между хлопковой, шерстяной или огнестойкой одеждой, но работодатель должен определить, исходя из воздействия, приемлемо ли натуральное волокно, такое как хлопок или шерсть. Хлопок или шерсть могут воспламениться при определенных обстоятельствах. Хотя этот раздел стандарта вызвал много споров в отрасли, запрет на использование синтетических материалов является важным шагом на пути к снижению травматизма электриков.

 

Назад

Воскресенье, 13 марта 2011 19: 26

опасности

OSHA в своей преамбуле к Стандарту по производству, передаче и распределению электроэнергии (29 CFR, часть 1910.269) утверждает, что «общие показатели аварийности в электроэнергетике (то есть в электроэнергетике, SIC-491) немного ниже, чем соответствующие ставки для частного сектора в целом» и что «за исключением опасности поражения электрическим током и падения, работники электроэнергетики сталкиваются с опасностями, которые по своему характеру и степени аналогичны тем, которые встречаются во многих других отраслях» (OSHA 1994). Далее в преамбуле цитируется Файлы Бюро статистики труда США (BLS), определяющие основные источники травм для электроэнергетики:

  • падение
  • перенапряжение
  • «удар предметом или о предмет», приводящий к растяжениям и растяжениям, порезам, рваным ранам и ушибам/синякам.

 

В преамбуле особо отмечается, что поражение электрическим током не является серьезной (или часто регистрируемой) категорией травм. Тем не менее, трудовые, отраслевые и OSHA файлы показывают, что несчастные случаи с электричеством являются наиболее частым типом смертельных или серьезных травм в электроэнергетике, за ними следуют автомобильные аварии, падения и «столкновение/раздавливание».

Работники электроэнергетики сталкиваются со многими другими опасностями при выполнении разнообразных задач, требуемых работодателями. Авторы отдельных статей в этой главе подробно отмечают многие из них; здесь я просто упомяну некоторые опасные воздействия.

Скелетно-мышечные травмы являются наиболее распространенными травмами среди физически активной рабочей силы и включают в себя:

  • белые пальцы от вибрации из-за использования отбойного молотка
  • хлыстовая травма в результате дорожно-транспортного происшествия
  • растяжение связок поясницы
  • повреждение головы
  • травма стопы и голеностопного сустава
  • разрыв медиального мениска.

 

Электромонтажники могут работать в самых разных условиях: они взбираются на вершины опор электропередач в сельской местности и сращивают кабели в люках под оживленными городскими улицами; летом они изнемогают на верхних этажах электростанций и дрожат, ремонтируя поваленные метелью воздушные линии электропередач. Физические силы, противостоящие рабочим, огромны. Электростанция, например, выталкивает пар под таким давлением, что лопнувшая труба может означать ошпаривание и удушье. К физическим опасностям на предприятиях помимо тепла относятся шум, электромагнитные поля (ЭМП), ионизирующее излучение на ядерных установках и удушье в замкнутых пространствах. Воздействие асбеста было основным источником заболеваемости и судебных разбирательств, и высказываются опасения по поводу других изоляционных материалов. Широко используются такие химические вещества, как щелочи, коррозионные вещества и растворители. На заводах также нанимают рабочих для специализированных работ, таких как пожаротушение или подводное плавание с аквалангом (для осмотра систем забора и сброса воды), которые подвергаются уникальным опасностям, присущим этим задачам.

В то время как современные атомные электростанции снижают радиационное облучение рабочих в течение обычных периодов эксплуатации, существенное облучение может происходить во время остановов для технического обслуживания и перегрузки топлива. Для надлежащей защиты работников, входящих в радиационно-активные зоны в эти периоды, требуются отличные возможности радиационного контроля. Тот факт, что многие контрактники могут попасть на атомную станцию ​​во время останова, а затем перейти на другую станцию, создает необходимость в тесной координации между регулирующими и отраслевыми органами при мониторинге общего годового облучения отдельного работника.

Системы передачи и распределения разделяют некоторые опасности электростанции, но также характеризуются уникальными рабочими воздействиями. Огромные напряжения и токи, присущие системе, предрасполагают к смертельному поражению электрическим током и тяжелым ожогам, когда работники игнорируют правила техники безопасности или недостаточно защищены. Когда трансформаторы перегреваются, они могут загореться и взорваться, высвобождая масло и, возможно, ПХБ и продукты их распада. Электрические подстанции разделяют с электростанциями потенциальное воздействие изоляции, ЭМП и опасностей в замкнутом пространстве. В системе распределения при резке, сжигании и сращивании электрических кабелей рабочие подвергаются воздействию свинца и других металлов в виде пыли и паров. Подземные конструкции, которые поддерживают систему, также должны рассматриваться как потенциальные опасности в ограниченном пространстве. Пентахлофенол, пестицид, используемый для консервации деревянных столбов электропередач, представляет собой воздействие, в некоторой степени уникальное для распределительной системы.

Наконец, уличному насилию могут подвергаться счетчики и работники на открытом воздухе; смертельные случаи в ходе попыток грабежа известны этой рабочей силе.

 

Назад

Вся деятельность человека оказывает влияние на окружающую среду. Величина и последствия каждого воздействия различаются, и законы об охране окружающей среды были созданы для регулирования и минимизации этих воздействий.

Производство электроэнергии имеет несколько основных потенциальных и реальных опасностей для окружающей среды, включая выбросы в атмосферу и загрязнение воды и почвы (таблица 1). Особую озабоченность вызывают заводы, работающие на ископаемом топливе, из-за их выбросов в воздух оксидов азота (см. «Озон» ниже), оксидов серы и проблемы «кислотных дождей», двуокиси углерода (см. «Глобальное изменение климата» ниже) и твердых частиц. которые недавно были вовлечены в проблемы с дыханием.

Таблица 1. Основные потенциальные экологические опасности производства электроэнергии

Тип растения

воздуха

Воды*

Почва

Ископаемое топливо

НЕТ2

Печатные платы

ясень

 

SO2

Растворители

асбест

 

макрочастиц

Драгоценные металлы

Печатные платы

 

CO

смазка

Растворители

 

CO2

Кислоты/основания

Драгоценные металлы

 

Летучие органические соединения

углеводороды

смазка

     

Кислоты/основания

     

углеводороды

Ядерный

То же, что и выше, плюс радиоактивное излучение

   

Гидро

В основном фильтрат из почвы в воду за плотинами

Нарушение среды обитания диких животных

   

* Должны включать такие «локальные» эффекты, как повышение температуры водоема, принимающего сбросы с предприятий, и сокращение популяции рыб из-за механического воздействия систем забора питательной воды.

 

Проблемы с атомными станциями связаны с долгосрочным хранением ядерных отходов и возможностью катастрофических аварий, связанных с выбросом радиоактивных загрязнителей в воздух. Авария 1986 года в Чернобыле на Украине является классическим примером того, что может произойти, если принять неадекватные меры предосторожности на атомных станциях.

Что касается гидроэлектростанций, основные проблемы связаны с выщелачиванием металлов и нарушением водной и наземной среды обитания диких животных. Это обсуждается в статье «Гидроэлектроэнергетика» в этой главе.

Электромагнитные поля

Усилия по исследованию электромагнитных полей (ЭМП) во всем мире растут с тех пор, как в 1979 году было опубликовано исследование Вертхаймера и Липера. Это исследование показало связь между детским раком и проводами, расположенными рядом с домами. Исследования, проведенные после этой публикации, были безрезультатными и не подтвердили причинно-следственную связь. Фактически, эти последующие исследования указали на области, в которых необходимы более глубокое понимание и более качественные данные, чтобы иметь возможность делать разумные выводы из этих эпидемиологических исследований. Некоторые из трудностей проведения качественного эпидемиологического исследования связаны с проблемами оценки (т. е. измерения воздействия, характеристик источника и уровней магнитных полей в жилых помещениях). Несмотря на то, что в самом последнем исследовании, опубликованном Национальным исследовательским советом Национальной академии наук (1996 г.), было установлено, что нет достаточных доказательств, чтобы считать электрические и магнитные поля опасными для здоровья человека, этот вопрос, вероятно, останется в центре внимания общественности до тех пор, пока не будет широко распространенное беспокойство смягчается будущими исследованиями и исследованиями, которые не показывают никакого эффекта.

Глобальное изменение климата

За последние несколько лет повысилась осведомленность общественности о влиянии человека на глобальный климат. Считается, что примерно половина всех выбросов парниковых газов в результате деятельности человека приходится на углекислый газ ( CO2). Много исследований по этому вопросу на национальном и международном уровне проводилось и продолжается. Поскольку коммунальные предприятия вносят значительный вклад в выбросы CO.2 в атмосферу, любое нормотворчество для контроля CO2 релизы могут серьезно повлиять на отрасль производства электроэнергии. Рамочная конвенция ООН об изменении климата, План действий США по изменению климата и Закон об энергетической политике 1992 г. создали мощные движущие силы для энергетической отрасли, чтобы понять, как ей, возможно, придется реагировать на будущее законодательство.

В настоящее время некоторые примеры областей исследований, проводимых в настоящее время, включают: моделирование выбросов, определение последствий изменения климата, определение затрат, связанных с любыми планами управления изменением климата, какую выгоду люди могут получить от сокращения выбросов парниковых газов и прогнозирование изменения климата. .

Основной причиной беспокойства по поводу изменения климата являются возможные негативные последствия для экологических систем. Считается, что неуправляемые системы являются наиболее чувствительными и имеют наибольшую вероятность значительного воздействия в глобальном масштабе.

Опасные загрязнители воздуха

Управление по охране окружающей среды США (EPA) направило в Конгресс США промежуточный отчет об опасных загрязнителях воздуха коммунальных предприятий, который требовался в соответствии с поправками к Закону о чистом воздухе 1990 года. Агентство по охране окружающей среды должно было проанализировать риски, связанные с паровыми электростанциями, работающими на ископаемом топливе. EPA пришло к выводу, что эти выбросы не представляют опасности для здоровья населения. В отчете отложены выводы о ртути до проведения дополнительных исследований. Всестороннее исследование электростанций, работающих на ископаемом топливе, проведенное Исследовательским институтом электроэнергетики (EPRI), показывает, что более 99.5% электростанций, работающих на ископаемом топливе, не дают риска рака выше порогового значения 1 на 1 миллион (Lamarre 1995). Это сравнимо с риском из-за всех источников выбросов, который, как сообщается, достигает 2,700 случаев в год.

Озон

Снижение уровня озона в воздухе является серьезной проблемой во многих странах. Оксиды азота ( NOx) и летучие органические соединения (ЛОС) производят озон. Поскольку электростанции, работающие на ископаемом топливе, составляют большую часть общего мирового выброса NO.x выбросов, они могут рассчитывать на ужесточение мер контроля, поскольку страны ужесточают экологические стандарты. Это будет продолжаться до тех пор, пока не будут более точно определены входные данные для фотохимических сеточных моделей, которые используются для моделирования переноса тропосферного озона.

 

Исправления сайта

Коммунальным предприятиям приходится смириться с потенциальными затратами на реабилитацию площадки завода по производству промышленного газа (MGP). Площадки изначально были созданы за счет производства газа из угля, кокса или нефти, что привело к удалению каменноугольной смолы и других побочных продуктов на месте в большие лагуны или пруды или к использованию за пределами участка для захоронения. Места захоронения такого рода потенциально могут загрязнять грунтовые воды и почву. Определение масштабов загрязнения подземных вод и почв на этих участках и способов их оздоровления экономически эффективным способом еще некоторое время оставит этот вопрос нерешенным.

 

Назад

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».

Содержание: