Vybraná poučení z konference ASME 2009

Obecné údaje o konferenci

Ve dnech 26.-30. července se v hotelu Hilton v Praze konala konference „2009 Pressure Vessels & Piping Conference (Konference o tlakových nádobách a potrubích)“ pořádaná organizací ASME. Cílem konference bylo shromáždit údaje o nových technologiích a o vylepšení stávajících technologiích, které umožní, aby nově vytvářené a zodolňované budovy, infrastruktury, zařízení a systémy zajistily udržitelnou energetiku pro třetí tisíciletí, která je základem bezpečí lidí a rozvoje lidské společnosti

ASME (American Society of Mechanical Engineers) byla založená v r. 1880. Nyní působí jako celosvětová nezisková odborná organizace. Je zaměřená na řemesla, vědu a praxi v oblasti strojního a multidisciplinárního inženýrství, a také na příbuzné obory, které s nimi věcně souvisí. Je proslulá mezinárodně přijímanými normami, standardy a programy na hodnocení konformity. Podporuje společnost inženýrů v oblasti spojitého celoživotního vzdělávání a vydává knihy, technické články a sborníky z odborných konferencí pro celosvětové potřeby. Služby ASME zahrnují: normy a standardy; osvědčení; spojité vzdělávání; technické publikace; globální informovanost a výměna technologií; bezpečnost a konformita; dobrovolná a regionální sdružení; inženýrské úspěchy; a inženýrské obhajoby (www.asme.org; info-europe@asme.org). V jaderném inženýrství, průmyslu, výstavbě a provozu jaderných zařízení patří ASME ke klíčovým institucím, které pečují o jadernou bezpečnost.

Konference se zúčastnilo cca 750 aktivních účastníků ze 43 zemí světa (doprovodných osob bylo cca 200). Nejvíce bylo účastníků z USA 150 a hned po něm následovalo Japonsko 143. Po plenárním zasedání, ve kterém byly dva zásadní referáty – „Jaderná energetika podporuje udržitelný rozvoj lidského systému (prof. Guthried)“ a „Role inspekcí při řízení jaderné bezpečnosti (Ing. Drábová z SÚJB)“ následovala jednání ve 185 sekcích. Celkem bylo předneseno 734 referátů. Čeští odborníci přednesli 38 referátů.

Kvůli stálému přeceňování role software v české širší odborné veřejnosti uvádím skutečnost, že na softwarových fórech, která byla součástí konference, byla software prezentována jako podpůrné nástroje pro řízení, která zajistí, že kroky ve prospěch bezpečnosti či jiného aspektu se provedou všechny a ve správném pořadí. Výběr a ocenění kvality vstupních dat, koncept na sestavení variant, výběr varianty z možných variant a rozhodnutí o dalším postupu v předmětné záležitosti leží vždy na specialistovi, tj. tvrdě se respektuje, že „perfektní“ IT nemůže nahradit lidský um, rozhled, chápání souvislostí a lidské zkušenosti.

Získané poznatky pro oblast energetiky

Provedené analýzy a hodnocení situace v oblasti energie ukazují dále uvedená fakta. Energie je nezbytná pro kvalitní život a pro ekonomický růst států. V současné době asi 1.5 miliardy lidí na světě nemá přístup k elektřině. Podle trendových analýz se do r. 2030 zvýší na světě požadavek na energii o 65%. To nemohou pokrýt obnovitelné zdroje, kterými jsou vítr a slunce. Nároky na energii v r. 2030 budou v Evropě takové, že 70% spotřebované energie bude nutno krýt z dovozu, jestliže se nepostaví nové velkokapacitní energetické zdroje. Emise skleníkových plynů se v období 1970 – 2004 zvýšily o 70%. Jestliže se nerozšíří používání obnovitelných zdrojů a jaderné energie, tak do r. 2030 vzrostou emise o dalších 70%. Nestabilita cen fosilních paliv (rekordně roste) zvyšuje konkurence schopnost jaderných elektráren (JE), u kterých se vynaložily vysoké částky na zajištění jaderné bezpečnosti, aby se snížila rizika vzniku jaderných havárií. JE navíc neemitují kysličník uhličitý a je skutečností, že 25 států EU provozem JE snižuje emise kysličníku uhličitého o 700 miliónů tun ročně. Předností jaderných zdrojů je to, že zásoby uranu jsou téměř rovnoměrně rozděleny po Zemi. Jestliže se bude dbát na bezpečnost JE a příslušného průmyslu, tak JE společně s obnovitelnými zdroji jsou schopny zajistit energetické nároky i v budoucnosti. Druhý hlavní problém spojený s provozem JE, který je spojený s radioaktivními odpady se totiž postupně také řeší – za posledních 10 let se množství dlouhodobých radioaktivních odpadů snížilo o 15%. Vezmeme-li ještě v úvahu skutečnost, že 95% vyhořelého paliva lze přepracovat, tak vidíme velkou budoucnost jaderné energetiky.

V současné době 30 zemí světa provozuje jaderné elektrárny, 43 zvažuje jejich výstavbu a 25 zemí má zájem o jadernou energetiku. Z pohledu bezpečnosti je nutné řízení bezpečnosti včlenit správně do procesního řízení jaderných elektráren, tj. zavést speciální proces, jehož úkolem je řídit bezpečnost všech procesů, které se odehrávají v jaderné elektrárně. Tento proces se označuje zkratkou PSM (Process Safety Management).

Z důvodu zajištění seismické bezpečnosti jaderných elektráren se musí použít nově odvozené postupy v posledních pěti letech. Především se zvýšily znalosti o důsledcích rezonance povrchových vrstev zeminy na spektra odezvy staveb a zařízení jaderných elektráren.

Jaderná energetika je technologicky závislá na zkušenostech, které jsou sbírány po více než 50 let z oblastí: projekty elektráren a licencování; normy a standardy; praxe a standardy pro výstavbu; testování a spouštění; inspekční praxe; a základní jaderné inženýrství (jaderná fyzika, jaderná data, ochranný štít, projekt paliva, přepracování, uložení odpadů). Současným problémem je malá atraktivita technických oborů pro studenty (vyžaduje se časově náročná práce v laboratořích, přesnost a manuální zručnost při experimentech atd.), což může způsobit, že zkušenosti se ztratí s odchodem současné generace zkušených a kvalifikovaných inženýrů. Pod vedením švýcarské jaderné společnosti se vytváří zkušenostní databáze pro jaderné technologie kvůli tomu, aby poznatky a zkušenosti získané doposud v jaderné energetice nebyly zapomenuty. ASME se snaží získat studenty tím, že každoročně pořádá soutěž studentů na témata z jaderné energetiky a vítěze odměňuje částkou 1000.- USD.

Poznatky pro řízení bezpečnosti v komplexním pojetí

V koncepčních přednáškách bylo zřetelné prosazování pojetí „bezpečnost staveb, zařízení, technologií a infrastruktur je více než spolehlivost staveb, zařízení, technologií a infrastruktur“, tj. i inženýrská komunita se zcela jednoznačně připojila ke stanovisku OSN z r. 1994, ve kterém OSN formulovala, že cíle řízení lidského systému jsou životy, zdraví a bezpečí lidí a podpora všech zájmů (aktiv), které jsou k tomu nezbytné.

Cílem dnešního řízení světa je řešit problémy (Problem Solving) ve prospěch bezpečné komunity, bezpečného regionu, bezpečného kontinentu í bezpečného světa. V inženýrské oblasti jde o řešení komplexních inženýrských problémů, vzdělání a výcvik kvalitních návrhářů, projektantů, stavitelů, konstruktérů a provozovatelů technologií. V zájmu udržitelného rozvoje je třeba vytvářet technologie s optimální energetickou náročností i materiálovou náročností, dbát na vylepšování bezpečnosti a spolehlivosti, zvažovat stárnutí materiálu i různé málo pravděpodobné kombinace vedoucí k selháním s velkými dopady na chráněné zájmy. Nástroj tvoří rozvoj systému řízení bezpečnosti, který zahrnuje: vedení lidí a organizování; hodnocení rizik spojených se spolehlivostí; výběr prací podle jejich rizik; monitoring stavu a údržby zařízení; rozvoj odezvy a plánování odezvy na náhlé zvraty; obálky provozních celků (procesy); klíčové indikátory výkonu; nástroje pro implementaci spolehlivosti; a vylepšování a dozor. Praktiky rizikového inženýrství jsou základem ve všech oblastech.

Řízení celistvosti (integrity) zařízení (Facilities Integrity Management) zahrnuje: hodnocení; monitoring; zmírňování; prodlužování životnosti; a technickou podporu. Řízení je cyklické. Do uvedeného typu řízení patří pokrokové metody inspekcí, analýzy selhání, hodnocení životnosti zařízení a alternativy řízení dat. Nesmí se nikdy zapomenout na skutečnost, že každé zařízení je jedinečné (místně specifické), a proto program řízení bezpečnosti musí být také místně specifický, sestavený na základě respektování obecných zásad a přístupů. Existují již softwarové podpory, které zajišťují, že je dodržen základní postup a zajiš´tují rychlé provedení numerických výpočtů. Základem řízení je stanovení hladiny přijatelného rizika, což je možné jen tehdy, když jsou přesně stanovené hodnotové stupnice.

V řadě odvětví a průmyslu se zavádí projektové a procesní řízení založené na rizicích. Pozornost se soustřeďuje na rizika, která vyvolávají velké škody, ztráty a újmy, i když jejich pravděpodobnost výskytu je velmi malá, tj. aplikuje se řízení bezpečnosti obsahující princip předběžné opatrnosti. Při řízení se používají matice rizik (pravděpodobnost výskytu pohromy vs. dopady vyjádřené v jedné jednotce) zpravidla se 4 kategoriemi: přijatelné; přijatelné s opatřeními; přijatelné s opatřeními a s připravenou kvalifikovanou odezvou; nepřijatelné. Podstatné je nepřehlédnout žádné riziko a s každým rizikem se správně vypořádat. Vůči nepřijatelným rizikům se připravují plány kontinuity a krizové plány.

Za podstatné se při řízení rizik považují 4 dále uvedené kroky:

- identifikace všech zdrojů rizik (nejčastější chybou je, že se zvažují jen rizika spojená s provozem objektu či zařízení). Je třeba mít na paměti, že rizika neubývají, ale stále se objevují nová, která jsou reakcí na rozvoj lidského systému a rozvoj jeho okolí,

- určení četnosti výskytu pohrom, jako zdrojů rizik, pro každý typ pohromy zvlášť (jedná se o fyzikálně různé procesy), a to hlavně těch velkých pohrom, které působí ztráty, škody a ujmy na chráněných zájmech.

- určení velikosti dopadů velkých pohrom v daném objektu či území, protože riziko (definované jako pravděpodobnost výskytu normativně stanovených velikostí dopadů za jednotku času) závisí nejen na velikosti pohromy, ale i na místních zranitelnostech,

- zpracování srovnatelné veličiny pro řízení. Ve strategickém řízení se berou přepočty škod (včetně ztrát a všech druhů ujmy) na jeden rok, které jsou získané z celkové škody při pohromě, jejíž pravděpodobnost výskytu zjištěná podle teorie extrémních hodnot je 0.633 vydělené periodou opakování (return period).

Koncept bezpečnosti objektů a zařízení se stále rozvíjí. V úvahu se berou stále více méně pravděpodobné situace, které vznikají kombinací náhodných, ale málo očekávaných jevů, které mohou způsobit nepřijatelné ztráty, škody a ujmy na chráněných zájmech.

Pro zajišťování bezpečnosti objektů či zařízení je nutné také zvažovat, že požadavky na zvyšování bezpečnosti mohou být věcně špatně nastaveny, a proto se pro tyto případy rozpracovávají postupy, které zabrání velkým ztrátám, škodám a ujmám na chráněných zájmech. U zařízení JE se to týká zvláště zařízení, která mají zvládnout kruté nouzové situace, např. nouzové diesel generátory, záložní baterie. Proto se v rámci opatření na zajištění bezpečnosti dělají opatření, která mají zvládnout selhání těchto zařízení – plány kontinuity.

Zemětřesení a jaderná elektrárna Kashizawaki Kariwa

Jaderná elektrárna Kashizawaki Kariwa je největší jaderná elektrárna na světě. Je v prefektuře Niigata v severozápadním Japonsku na břehu moře. Sedm bloků vyrábí 7965 MW elektrické energie do sítě. Bloky 1 – 7 byly uváděny do provozu v letech 1985 - 1994. Všechny bloky i příslušenství byly stavěny jako seismicky odolné. Dne 16.7.2007 zasáhlo v 10h13m místního času elektrárnu velmi silné Niigataken Chuetsu-oki (NCO) zemětřesení, jehož ohnisko leželo severovýchodně od elektrárny ve vzdálenosti 16 km a v hloubce 17 km. Zjištěná fakta o dopadech zemětřesení a o přijatých opatřeních lze shrnout následovně:

1. Zemětřesení s momentovým magnitudem 6.6 a s magnitudem určeným z povrchových vln 6.8 mělo v místě JE špičkové zrychlení, které bylo 2.5 krát větší než projektové špičkové zrychlení.

2. Hlavní otřes a několik silných dotřesů způsobily škody v širokém okolí JE, ne však na objektech a zařízeních jaderné elektrárny I. kategorie, které byly navržené, postavené a konstruované jako seismicky odolné.

3. Všechny systémy, stavby a komponenty důležité z hlediska seismické bezpečnosti zafungovaly dobře, tj. všechny bloky bezpečně odstavily. Nedošlo k úniku radioaktivity do okolí.

4. Škody byly na stavbách, zařízeních a infrastrukturách, u kterých platné normy nepožadovaly, aby byly stavěné jako seismicky odolné. Došlo např. k sesuvům na dopravních komunikacích, požáru transformátoru, poškození odpouštěcího komína, poškození administrativní budovy, zaplavení prostoru kolem bloku 1 vodou z požární nádrže apod.

5. Analýza dat ukázala, že bylo podceněno ocenění seismického ohrožení, a to nejen v úrovni špičkového zrychlení podkladu, ale i v oblasti spekter odezvy; některé rezonanční projevy nebyly zvažovány nebo dostatečně doceněny. Ze seismologického pohledu bylo zjištěno, že vyřazovací charakteristika silného NCO zemětřesení byla posunutá vůči té, která byla uvažovaná v projektu. Z geologického pohledu byla podceněna seismoaktivita zlomu, na kterém leželo ohnisko silného zemětřesení (stovky let byl jen slabě seismoaktivní). Dále byly hlavně při dotřesech pozorovány interakce vrstev podloží, tj. zeminy se skalním podkladem, které nebyly v původním projektu doceněny. To vše vedlo k závěru, že je velmi důležité, aby se správně vypořádaly neurčitosti, které jsou v datech, tj. na základě zjištění se na elektrárně provedla korekční opatření a v odborném světě se formulují další metodické požadavky na sběr a zpracování dat, a to nejen v Japonsku, ale i v rámci IAEA. Požaduje se, aby seismické hodnocení bylo ještě více interdisciplinární. Lze konstatovat, že pod hlavičkou Ústavu jaderného výzkumu v Řeži se příslušná problematika sleduje s cílem udržovat předmětnou odbornost na světové úrovni.

6. Dosud není běžné shromažďovat dopady zemětřesení na kybernetické infrastruktury v JE, protože pro oblast IT nejsou platné normy a standardy, které by to ukládaly, tak v popisech údaje o těchto skutečnostech chybí. Na přímý dotaz autorky uvedli japonští specialisté, že při zemětřesení byly dopady na IT, které způsobily, že došlo ke ztrátě dat. Tato skutečnost ještě více ukazuje na nutnost sestavení technických standardů pro budování a provozování kybernetických infrastruktur.

7. Po zemětřesení bylo na předmětné JE provedeno několik inspekcí: pracovníci JE; japonský jaderný dozor a odborníci stanovení vládou; i mezinárodní inspekce pod hlavičkou IAEA (Mezinárodní agentury pro atomovou energii). Na jejich základě byla provedena určitá zodolnění a po zjištění, že není narušena celistvost JE a že jaderná bezpečnost bude při provozu na požadované úrovni, byly bloky postupně uvedeny do provozu.

8. Poučení ze zkušeností z odezvy na zemětřesení, inspekcí, analýz expertů domácích i zahraničních byla na předmětné JE bezodkladně realizována při seismickém zodolnění. Např. japonská legislativa neukládala, aby v místě JE byla jednotka hasičů. Proto při vzniku požáru musela být přivolána místní hasičská jednotka, která měla problémy se k JE dostat, protože došlo k sesuvům půdy na příjezdových komunikacích k JE. Před obnovou provozu došlo ke zřízení hasičské jednotky v místě JE. Na základě zkušeností byla také požární nádrž umístěna pod zemský povrch, postavená jako seismicky odolná, a to včetně potrubí a hydrantů.

doc. RNDr. Dana Procházková, DrSc., Univerzita Jana Amose Komenského v Praze

zpět na úvodní stránku