Анализ риска при обращении с гексафторидом урана

АНАЛИЗ РИСКА ПРИ ОБРАЩЕНИИ С ГЕКСАФТОРИДОМ УРАНА
Каманин А.Н., Обручников А.В.
ФГУ «Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности»,
г. Москва
E-mail: kamanin@secnrs.ru
В настоящее время основное промышленное применение гексафторида урана
(ГФУ) – это производство обогащенного урана. Как на газодиффузионные, так и на
центрифужные заводы уран поступает для обогащения в виде ГФУ, в том же виде с
заводов выходит обогащенный уран, а обедненный складируется в стальных баллонах на
площадках завода.
Обеспечение безопасности включает в себя ядерную, радиационную и
токсикологическую безопасность.
Главная опасность, связанная с заводами по обогащению, это токсикологическое
воздействие ГФУ как химического соединения при его попадании в окружающую среду.
Поэтому для любого завода является важным обеспечение комплексной системы
обнаружения и сигнализации об утечке.
У человека острое отравление ГФУ сопровождается поражением дыхательных
путей и почек, наблюдались ожоги кожи, латентный период между началом поражения и
развитием ожога составлял 2 часа и более. Отмечены также поражения роговицы глаз.
Развивается патология со стороны почек [1].
Для нахождения токсикологических показателей ГФУ и рисков обращения с ним
была определена относительная токсичность при ингаляции LC50 (т.е. концентрация
ядовитого вещества в воздухе, умноженная на время экспозиции, приводящая в течение
30 дней к гибели 50 % пораженных). Для ее определения использовали регрессионную
зависимость, составленную по литературным данным [2] (рисунок 1). Найденные
значения для ГФУ – LC 50 ГФУ=1500 мгмин/м3; для HF – LC 50 HF = 900 мгмин/м3.
При попадании паров ГФУ в воздух происходит их распространение от источника
с одновременным взаимодействием с влагой воздуха с образованием тумана UO2F2 и
паров HF. Использованная модель учитывает молекулярную диффузию и турбулентную
диффузию.
Рисунок 1 – Регрессионная зависимость токсической концентрации от ПДК
При молекулярной диффузии наблюдается относительно низкая скорость
распространения вещества в воздухе. Коэффициент молекулярной диффузии D зависит от
параметров диффундирующего вещества и свойств среды [3].
Рассчитанное значение коэффициента молекулярной диффузии для ГФУ при 30 С
составляет 0,077 см2/с. Коэффициент молекулярной диффузии для паров воды равен
0,2 см2/с [4].
Рассмотрена следующая схема распространения ГФУ в воздухе (рисунок 2):
Рисунок 2 – Схема распространения паров ГФУ в воздухе
На рисунке 2 обозначено: r0 – исходный радиус выброса, содержащий взвесь
твердого ГФУ с равновесным паром ГФУ; Сп – концентрация ГФУ в воздухе на
поверхности источника; r – радиус сферы вокруг источника далее которого ГФУ из-за
взаимодействия с парами воды в воздухе не существует.
На основе анализа модели применительно к данной задаче следует, что на
расстоянии более 1,5…2 м от источника ГФУ в воздухе присутствует только фтористый
водород и взвесь уранилфторида.
Фтористый водород распространяется в воздухе за счет молекулярной и
конвективной диффузии, а для уранилфторида, находящегося в виде аэрозоля, характерно
распространение за счет конвективной диффузии с одновременным осаждением частиц.
Для проведения анализа риска нанесения здоровью человека использовались
методы рекомендуемые ГОСТ 51901 – 2002, а также данные по отказам систем [5].
Анализ риска включает:
1) составленные описания объекта для определения наиболее уязвимых
(обладающие наименьшей надежностью) частей технологической схемы с точки зрения
нарушения условий нормальной эксплуатации;
2) выбор оценки серьезности последствий происшедшего события. Под ущербом
(потерей), наносимым юридическим и физическим лицам, экономике страны в целом,
политическим и общественным структурам, экологии и общественной морали. Если
объект, который испытывает ущерб, является человек, то, обычно, принято, что мера
ущерба отражает изменение состояния здоровья человека в результате аварийного
воздействия;
3) выбор оценки ущерба определяется требованиями, выдвигаемыми при
рассмотрении риска. Разновидность меры ущерба зависит от типа воздействия
(токсическое, тепловое, механическое и др.) при аварии. В качестве меры ущерба может
быть принят, например, определенный уровень поражения глаз, уровень заболеваемости
раком легких, уровень потери трудоспособности среди выделенных групп населения и т.д.
Часто при последствиях, связанных с воздействием при авариях ядовитых
химических веществ, в качестве меры ущерба выбирается летальный исход [2].
Имущественные потери могут быть выражены или в натуральном, или
стоимостном выражении.
Используя данный подход и, исходя из вычислений, приведенных выше, для
анализа опасностей при потере контроля над ГФУ использовалось LC50HF, так как он с
токсикологической точки зрения наиболее опасен, чем ГФУ, и ГФУ присутствует только в
ограниченном пространстве непосредственно вокруг утечки. Составим таблицу критериев
опасностей исходя из LC 50HF (таблица 1).
Таблица 1 – Критерии отнесения событий к категориям по влиянию на безопасность [6]
Категория риска
Категория 1
Категория 2
Категория 3
Воздействие на персонал
≥LC 50HF/10
LC 50HF/105≤Кат 2<LC 50HF/10
< LC 50HF/105
Категория 1 относиться к области высокой величины риска, при данном событии
возможны человеческие жертвы среди персонала.
Категория 2 относится к средней величине риска, при этом событии будет
наблюдаться вред здоровью среди персонала.
Категория 3 относиться к незначительной величине риска, при происшествии,
имеющем такие последствия, вред здоровью персонала будет минимальным или вообще
отсутствовать.
С использованием критериев была составлена матрица рисков событий (таблица
2).
На основе приведенной методологии был проведен расчет категорий в зависимости
от объема помещения, в котором производятся работы с ГФУ (учет ведется от
лаборатории до промышленного помещения), а так же в зависимости от времени
эвакуации из помещения (4, 8 и 15 минут).
Таблица 2 – Матрица риска с критериями событий
Тяжесть
последствий
Ничтожная
≤10-5
Приемлемый риск
Приемлемый риск
Приемлемый риск
Категория 1
Категория 2
Категория 3
Вероятность возникновения
Предел индивидуального
риска 10-5…10-2
Недопустимый риск
Приемлемый риск
Приемлемый риск
Неприемлемая
≥10-2
Недопустимый риск
Недопустимый риск
Приемлемый риск
Данные для времени эвакуации 8 минут изобразим на графике зависимости массы
ГФУ, над которым потерян контроль от объема помещения в логарифмическом масштабе
(рисунок 3).
5
4
Lg(масса ГФУ, г.)
3
2
1
Ряд1
0
-1
0
1
2
3
4
-2
-3
-4
-5
Lg(объем помещения, м3)
5
6
Ряд2
Ряд3
Рисунок 3 – Предельные содержания ГФУ в помещении для критериев индивидуального
риска
На рисунке 3 наглядно видны области, относящиеся к трем категориям опасности,
под рядом 2 находится 3 категория, относящаяся к незначительной величине риска, между
рядами 1 и 2 вторая категория, средняя величина риска, область, находящаяся над рядом
1, относится в высокой величине риска. Экстраполяция графиков позволяет сделать
оценки в области отсутствия данных и определить объем помещения, в котором потеря
контроля над рассматриваемой массой вещества будет иметь высокую степень риска, и
относится к 1 категории.
Данный подход позволяет давать оценочные критерии опасности обращения с тем
или иным химическим веществом в технологических помещениях разного объема,
применяя матрицу риска, составленную на основе критериев и категорий, и использовать
их для принятия управляющего решения.
В дальнейшем планируется разработка методики оценки зон потенциальной
опасности отдельных аппаратов, установок с использованием геоинформационной
системы «ИнГЕО» и вейвлет-анализа для визуализации зон опасностей опасных объектов
и анализа графической и семантической информации при помощи этой системы, как
альтернатива существующим консервативным методикам по анализу и расчету
опасностей помещений, получаемых по объему.
Выводы
В ходе проделанной работы:
1 Проанализированы опасности при обращении с ГФУ.
Установлена относительная токсичность при ингаляции для ГФУ – LC 50
3
3
ГФУ=1500 мг·мин/м ; HF – LC 50 HF = 900 мгмин/м .
2 Проведено рассмотрение модели распространения ГФУ в воздухе и его
взаимодействия с парами воды. Показано, что на расстоянии более 1,5…2 метров от
источника ГФУ в случае турбулентной диффузии в воздухе присутствует только
фтористый водород и взвесь уранилфторида.
3 Определен методологический подход к анализу безопасности при обращении с
ГФУ с использованием понятия «риск», определены на базе анализа риска параметры
влияния на принятие управляющих решений при обращении с ГФУ.
Список литературы
1 Журавлев В.Ф. Токсикология радиоактивных веществ. – М., 1990. – 336 с.
2 Оценка и управление природными рисками / Материалы Общероссийской
конференции «Риск – 2000». – М.: Анкил, 2000. – 480 с.
3 Гордон Б.Г. Об использовании понятия риска в различных отраслях
промышленности / Вестник Госатомнадзора России, 2003. – № 1, – С. 3-7.
4 Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М.
Братковский и др. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1233 с.
5 Хенли Э.Дж., Кумамото Х. Надежность технических систем и оценка риска. – М.:
Машиностроение, 1984. – 528 с.
6 Standard Review Plan for the Review of a License Application for a Fuel Cycle
Facility, NUREG 1520.