Ohje YVL E.4, Ydinvoimalaitoksen painelaitteiden lujuusanalyysit ( )

Transkriptio

1 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 1 (11) Ohje YVL E.4, Ydinvoimalaitoksen painelaitteiden lujuusanalyysit ( ) 1 Johdanto Ohje YVL E.4, Ydinvoimalaitoksen painelaitteiden lujuusanalyysit tulee korvaamaan Säteilyturvakeskuksen YVL-ohjeiston uudistuksessa nykyisen ohjeen YVL 3.5, Ydinvoimalaitoksen painelaitteiden lujuuden varmistaminen. Ohjeessa YVL E.4 käsitellään ydinvoimalaitoksen tärkeimmille painelaitteille, erityisesti primääripiirin painetta kantaville osille suunnitteluvaiheessa lujuusopillisilla menetelmillä tehtävät yksityiskohtaiset analyysit. Näillä analyyseilla osoitetaan, että painelaitteilla on riittävät turvamarginaalit laitoksen suunnittelun perusteena olevissa käyttötilanteissa ja tapahtumissa syntyvien rasitusten suhteen, ottaen huomioon koko laitoksen elinkaari ja kaikki kysymykseen tulevat vaurioitumismekanismit. Ohjeelle ehdotetun nimen muutoksen taustalla on se rakenteellinen ero ohjeeseen YVL 3.5 verrattuna, että pääotsikoiden tasolla ei enää tehdä jakoa laitoksen lupamenettelyä varten sekä yksittäisen painelaitteen rakennesuunnitelman yhteydessä toimitettaviin selvityksiin. Pääjäsentelynä ovat nyt yksittäisestä painelaitteesta toimitettavat erityyppiset analyysit, joiden dokumentoinnista yhdessä muodostuu painelaitteen rakennesuunnitelmaan liitettävä asiakirja, lujuusanalyysiraportti. Tähän muutokseen johti koko ohjeistouudistuksen yhtenä tavoitteena ollut ohjeiden rakenteellinen yksinkertaistuminen (mahdollisimman vähän otsikoita) sekä eräiden laitoksen lupamenettelyyn keskeisesti liittyvien, ohjeeseen YVL 3.5 kuuluneiden asioiden sijoittuminen muihin uusiin ohjeisiin (YVL A.8, B.5, B.6 ja E.6). Näin on myös voitu nostaa näkyvästi esiin ja ohjeistaa omana lujuusanalyysityyppinään uusissa laitoshankkeissa merkitykselliseksi osoittautunut vuoto ennen murtumaa -analyysi (LBB). Ne erityiset kuormituksia ja lujuutta koskevat selvitykset, joita ohje YVL E.4 edellyttää annettavaksi laitoshankkeen lupamenettelyä varten, mainitaan luonnoksen 2 kohdissa Toimitusajankohta ja Toimitettavat selvitykset omina alakohtinaan 3.2, 4.1 ja 7.4. Tällä ratkaisulla päästään eroon ohjeessa YVL 3.5 rakentamis- ja käyttöluvan kohdalle luettelon muotoon kerätyistä, laitostoimittajan raportointimenettelyä ehkä liiaksi sitoneista asiakirjojen toimitusvaatimuksista. Kohdassa 3.2 on otettu huomioon voimaan tulleen ydinenergialain 55 :n muutoksen mahdolliseksi tekemä päälaitteiden hyväksymiskäsittelyn alkaminen jo ennen uuden laitoksen rakentamislupakäsittelyä. Kohdan 3.2 ohjeistuksella pyritään vaikuttamaan myös siihen, että lujuusanalyysiraportti toimitettaisiin mahdollisimman valmiina, jolloin myöhemmin olisi tarpeen toimittaa vain päivityksiä ennalta määriteltyihin muutostilanteisiin, eikä ohjeessa YVL 3.5 mainittu vaiheistus alustaviin ja lopullisiin analyyseihin muodostuisi pääsäännöksi. Kuormitusten määrittelyyn, analysointiin ja seurantaan liittyvät vaatimukset olivat ohjeessa YVL 3.5 hajallaan eri luvuissa. Uuteen ohjeistoon sijoittamisessa yhtenä vaihtoehtona oli vaatimusten vieminen uuden ohjeiston järjestelmäsuunnittelua koskeviin B-sarjan ohjeisiin. Perusteluna tässä olisi ollut kuormitusanalyysien läheinen yhteys onnettomuusanalyyseissa sovellettaviin menetelmiin, tavoitteet kuitenkin ovat erilaiset. Ratkaisuna ehdotettava kokoaminen ohjeen YVL E.4 lukuun 4 palvelee kuormitusten määrittelyn ja analyysien kytkeytymistä lujuusanalyysien toimitusketjuun niitä edeltävänä, yhtä vaativana asiantuntijatoimintona, sekä tämän toiminnon saattamista tässä ohjeessa esitettävien laadunhallinnallisten vaatimusten piiriin. Näiden asiantuntemusalueiden välistä synergiaa lisäävät myös luvussa 4 käsitellyt, analyysien varmentamiseksi tai korvaamiseksi toteutettavat koeohjelmat sekä kuormitusten seuranta käytön aikana, samoin kuin laitteiden kestävyys- ja toiminnallisuusvaatimusten asettaminen kuormitusten määrittelyssä.

2 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 2 (11) Näillä luvun 4 toimenpiteillä kuormitusasiat saavat niin uusissa laitoshankkeissa kuin käyvien laitosten kokemuksissakin perustelluksi osoittautunutta lisäpainotusta ohjeen YVL 3.5 esitystapaan verrattuna. Tämän näkymistä koko ohjeen nimessä, esimerkiksi muodossa Ydinvoimalaitoksen painelaitteiden kuormitukset ja lujuusanalyysit, ei kuitenkaan pidetä tarpeellisena. Ulkoisissa lausunnoissa on kiinnitetty huomiota kuormituksista esitettyjen vaatimusten asianmukaisuuteen ja rooliin tässä ohjeessa, sekä ehdotettu jopa erillisen YVL-ohjeen laatimista kuormituksista. 2 Soveltamisala Ohjeessa YVL E.4 esitetään vaatimuksia ydinvoimalaitoksen primääripiirin ja muiden turvallisuuden kannalta tärkeiden ydinteknisten painelaitteiden kuormituksista ja lujuusanalyyseista. Vaatimukset koskevat soveltuvilta osiltaan luvanhakijaa tai -haltijaa, laite- tai laitostoimittajia sekä muita suunnittelu-, testaus- ja asiantuntijaorganisaatioita. 3 Vaatimusten perustelut 3.1 Vaatimusten perustelut aihealueittain Luku 5 Jännitysanalyysi Jännitysanalyysista esitetyt ohjeen YVL 3.5 vaatimukset liittyivät yhdysvaltalaisen ASME III - painelaitestandardin artiklassa NB 3200 kuvattuun suunnittelumenettelyyn "design by analysis". Tässä menettelyssä tarkastellaan pääasiallisesti vaurioitumismekanismeja, joissa painelaitteen rakenne menettää kantokykynsä tai deformoituu liiallisesti voimakkaalla kertakuormituksella tai pysyviä muodonmuutoksia aiheuttavilla toistuvilla kuormituksilla, tai sitten väsyy rakenteellisissa jännitysten keskittymäkohdissa. Rakenteelle lasketuista jännitystiloista tunnistetaan edellä mainittujen vaurioitumismekanismien kehittymistä hallitsevat jännitystyypit (primääriset, sekundääriset, huippujännitykset) sekä tarkistetaan niiden yhdistettyjä vaikutuksia kuvaavien intensiteettien pysyminen sovellettavan standardin kullekin jännitystyypille hyväksymissä rajoissa. Näissä tarkistuksissa kuormitustilanteelle määritelty vakavuus (tasot A, B, C ja D) ja turvamarginaalin perusteeksi valittu vaurioitumisen enimmäismäärä vaikuttaa hyväksymisrajojen suuruuteen ja siihen, minkä jännitysluokkien suhteen niissä pysyminen on kullekin kuormitustilanteelle tarkistettava. Design by analysis -menettelyssä tarvittavien jännitystilojen laskemiseksi tehdään analysoitavasta rakenteesta ja sen fysikaalisista ominaisuuksista ensin yksityiskohtainen laskennallinen malli, mihin nykyisin lähes poikkeuksetta käytetään elementtimenetelmään (FEM) perustuvia tietokoneohjelmia. Kuormitukset tuodaan tähän malliin lähtötietoina, ellei samaa mallia käytetä myös kuormituksen tai sen ja rakenteen vasteen välisten kytkentöjen analysointiin (ajasta riippuvat termiset kuormat, neste-rakenne vuorovaikutus, puristavat kuormitukset). Jännitysten luokittelu edellyttää jännitystilojen laskennallista jälkikäsittelyä. Väsymistä aiheuttavista kuormituksista tunnistetaan niiden ajallista kulkua läpikäymällä hallitsevat jännitysjaksot lukumäärineen ja amplitudeineen. Ohje YVL 3.5 edellytti jännitysanalyysissa pääsääntöisesti noudatettavan ASME III:a, ja tiivistelmä sen mukaisesta design by analysis -menettelystä hyväksymisrajoineen esitettiin ohjeen liitteenä. Putkistojen osalta viitattiin ASME III:n artiklassa NB 3600 esitettyyn vastaavan tyyppiseen, konservatiivisia oletuksia käyttävään mutta kuitenkin laajoja tietokonelaskelmia edellyttävään menettelyyn. Erityisiä teknisiä vaatimuksia esitettiin muun muassa käyttökokemuksissa ongelmallisiksi osoittautuneiden lämpötilakerrostumisten sisällyttämiseksi tarkasteltaviin kuormituksiin, todellisten prosessiolosuhteiden (ympäristövaikutuksen) tarkemmaksi huomioon ottamiseksi väsymisanalyyseissa sekä väsymisen tarkastelemiseksi painelaitetta korroosiolta suojaavassa sisäpuolisessa pinnoitteessa. Turvallisuusjärjestelmien laitteiden ak-

3 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 3 (11) tiivisen toimintakyvyn varmistamiseksi pidettiin kiinni joustavampiakin soveltamiskäytäntöjä saaneesta ASME III:n vaatimuksesta, etteivät odotettavissa oleviin käyttöhäiriöihin tarkoitetut (tason B) hyväksymisrajat ylity sellaisissa onnettomuustilanteissa, joissa näiltä laitteilta vaaditaan turvallisuustoimintoja. Edelleen ohjeessa YVL 3.5 nähtiin tarvetta ohjeistaa yksityiskohtaisessa jännitysanalyysissa hyvinä pidettäviä mallinnus- ja laskentamenetelmiä, joita alan standardit käsittelevät niukasti. Huomiota kiinnitettiin myös raporttien sisältöön ja selkeyteen, koska suomalaisessa valvontakäytännössä analyysin oikeellisuudesta ja tulosten hyväksyttävyydestä varmistutaan raportin viranomaistarkastuksessa. Kaikkien näiden vaatimusten soveltamisalaksi määriteltiin turvallisuusluokan 1 painelaitteet ja eräät turvallisuusluokan 2 rakenteet (PWR:n pääsekundääriputkistot, suojarakennus metalliosiltaan, primääripiirin kannatinrakenteet, reaktorisydämen sisärakenteet). Uutta ohjetta YVL E.4 laadittaessa on otettu huomioon, että kaikista painelaitetyypeistä tulee ohjeiston E-sarjaan täysin uudet ohjeet (E.3, E.8), joissa esitetään vaatimuksia myös suunnittelusta. Näillä vaatimuksilla on tarkoitus kattaa eri laitetyypeille soveltuvat mitoitusmenettelyt laskentakaavoilla (design by rule) sekä ns. yksinkertaistetut jännitysanalyysit, joissa laitteen oletetaan vastaavan kyseisen laitetyypin idealisoitua perusgeometriaa. Kysymys on lähinnä turvallisuusluokkaan 3 kuuluvista painelaitteista, joille voimaan tulleen ydinenergialain 60 a perusteella viranomaistarkastukset tulee tekemään hyväksytty tarkastuslaitos. Tämä on otettu huomioon ohjeen YVL E.4 luvussa 9 tehdyssä viranomaisvalvonnan määrittelyssä. Varsinaista muutosta ei näistä ohjeistomuutoksista aiheudu ohjeen YVL 3.5 mukaiseen soveltamisalaan verrattuna. Näissä E-sarjan laiteohjeissa määritellään kyseisten painelaitetyyppien mitoitukseen ja yksinkertaistettuihin analyyseihin soveltuvat standardit. Kyseisten standardien soveltamisalaan kuulumattomissa poikkeavissa tilanteissa suunnitteluun edellytetään käytettävän ohjeen YVL E.4 mukaista yksityiskohtaista jännitysanalyysia. Myös luvussa 4 mainittu kokeellinen jännitysanalyysi tulee tällöin kysymykseen. Näihin ratkaisuihin voi johtaa myös otaksuttua korkeammaksi osoittautuva laitteen riskimerkitys tai muu tekninen syy, kuten painelaitteen puutteellinen tarkastettavuus. Soveltamisalasta edellä sanottu pätee myös pumpuista laaditun uuden ohjeen YVL E.9 suhteen. Ydinvoimalaitoksella korkeapaineisten putkistojärjestelmien kuormituksille altistuvien pumppujen pesät suunnitellaan painelaitteiden tavoin, ja niiden yksityiskohtaiset jännitysanalyysit on tarkoituksenmukaista sisällyttää ohjeen YVL E.4 soveltamisalaan, kuten jo ohjeessa YVL 3.5 meneteltiin. Näin siitä huolimatta, että pumput kuuluvat EU-lainsäädännössä yleisesti konedirektiivin (eikä painelaitedirektiivin, PED) piiriin. Sen sijaan ohjeen suojarakennuksen metalliosista ehdotetaan soveltamisalan rajaamista tärkeimpiin putkistoläpivienteihin, koska suojarakennusta tullaan käsittelemään uusissa ohjeissa YVL B.6 ja YVL E.6, myös lujuuden kannalta. Tärkeyden arviointiin vaikuttavat tässä läpiviennin eheyttä ja tiiviyttä uhkaavat vaurioitumismekanismit, erityisesti terminen väsyminen. Ohjeen YVL E.4 mukaisissa jännitysanalyyseissa on nähty tarpeelliseksi säilyttää ensisijaisena viitestandardina ASME III. Sen vaatimukset perustuvat laajimpaan kokemukseen eri maiden ydinvoimalaitoksilta ja se kattaa hyvin eri käyttötiloihin soveltuvat turvallisuusperiaatteet. Relevantteja ovat nyt ASME III:n Code Class 1 -luokan komponentteihin tarkoitetut sekä edellä mainittuihin turvallisuusluokan 2 rakenteisiin soveltuvat osat (NB, NF, NG), muttei enää suojarakennuskomponentteja koskeva NE-osa. Mahdollisuus hyväksyttää toisessa maassa hyväksytty muu vastaava standardi on ollut Olkiluoto 3-projektissa tarpeen, ja on syytä säilyttää jatkossakin. Perustellusta syystä sovelluskohde voi olla suppeampikin, jopa yksittäinen laitehankinta. Kun STUKille lisäksi jätetään valtuudet standardin soveltamistavan täsmentämiseen omilla päätöksillään, ei hyväksi katsottuja ASME III:n osia ole enää tarpeen eritellä YVL 3.5:n tavoin eikä lähdeviittauksessa tarvitse kantaa huolta kysymyksessä olevan painoksen viranomaishyväksynnän tilanteeseen Yhdysvalloissa. Painevesireaktorilaitoksen pääsekundääriputkistoille merkitsee edellä mainittu ASME-viittaus käytännössä suunnittelustandardin korkeimpien laatuvaatimusten täyttämistä, vaikka kyseiset painelaitteet kuuluvat turvallisuusluokkaan 2. Olki-

4 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 4 (11) luoto 3-laitosyksiköllä tämä menettely on nähty yhtenä hyvänä teknisenä ja laadullisena perusteena LBB-periaatteen soveltamiseksi näille putkistoille. Jännitysanalyysin soveltamisalan määrittelyssä ohje YVL E.4 pyrkii selvemmin ilmaisemaan (vaatimuksen 501 johtolause), että täytettävien standardivaatimusten määrittelyssä on kysymys myös laadun suunnittelusta. Käytetyllä ilmaisulla päästään lisäksi eroon ohjeen YVL 3.5 vastaavassa kohdassa esiintyneistä, paremmin B-sarjan luokitteluohjeen piiriin kuuluvista nimettyjen laitososien turvallisuusluokkamäärittelyistä. Suurin rakenteellinen jännitysanalyysia koskeva muutos ohjeessa YVL E.4 on design by analysis -menettelyä koskevan liitteen pois jättäminen lausunnonantajien yksimielisen suosituksen mukaisesti. Näin samalla poistuva, jännitysluokittelun ja -intensiteettien johtamiseen käytetyn menettelyn esittämistä koskeva liitteen vaatimus olisi ollut ohjeessa YVL E.4 hyvin perusteltu, mutta "ohjelmoituna menettelynä" sisältyy riittävästi kohdan 3.3 vaatimuksiin lujuusanalyysiraportin esittämistavasta. Kuormitusten mallinnusta koskevat osat taas siirtyvät kuormituksia koskevaan lukuun 2 niin, että ohjeessa YVL 3.5 omana kuormitustyyppinään käsitelty puristavat kuormitukset (staattinen stabiiliusanalyysi) mainitaan vain esimerkin omaisesti. Vaatimuksia rakenteellisesta mallinnuksesta karsitaan, kuitenkin eräillä lisävaatimuksilla. Huomiota kiinnitetään muun muassa putkistojen läpivienneissä käytettäviin, painetta kantaviin ja samalla ankkuroinnista huolehtiviin muotokappaleisiin sekä standardin mukaisten muotokappaleiden mitoitukseen suunnittelukuormilla, koska tähän sovelletut, artiklan ASME III NB 3132 viittaamat mittastandardit eivät STUKin käsityksen mukaan määrittele ainevahvuuksia riittävästi. Edellä mainitut muutokset aiheuttavat tarkistuksia kohtaan 5.4, hyväksymisrajat. Edellä mainittuihin ohjeen YVL 3.5 erityisiin teknisiin vaatimuksiin ohje YVL E.4 tuo joitakin tarkennuksia. Väsymistarkastelu pinnoitteelle olisi tehtävä vain, kun se on otettu huomioon rakenteen mallinnuksessa eli käytännössä kun sen paksuus on vähintään 10 % kokonaisseinämän paksuudesta. Termisen kuormituksen mallinnuksessa olisi meneteltävä vastaavasti. Ympäristövaikutuksen huomioon ottaminen väsymisanalyysissa on osoittautunut ohjeen YVL 3.5 julkaisemisen jälkeen tehdyissä sovelluksissa haasteelliseksi. Teknisenä perusteluna on kuitenkin eri maissa tehtyjen väsytyskokeiden laaja havaintoaineisto. Useissa maissa viranomaiskäytännöksi on vakiintumassa, että ympäristövaikutus on otettava huomioon uusilla laitoksilla ja laitosten käyttöikää jatkettaessa sekä esiintyviä väsymisvaurioita arvioitaessa. Ympäristövaikutteisen väsymisanalyysin tekeminen on siten tulossa ohjeen YVL E.4 vaatimukseksi ja ensisijaisena menettelynä viitataan Yhdysvaltojen valvontaviranomaisen NRC:n julkaisemaan ohjeeseen Regulatory Guide (RG) Toimintakyvyn varmistamiseksi asetetussa vaatimuksessa ohje YVL E.4 erottaa Olkiluoto 3-laitoshankkeessa omaksutun soveltamiskäytännön mukaisesti aktiivisen ja passiivisen toimintakyvyn (tasot B ja C). Aktiivisen toimintakyvyn suhteen koko laitteen eliniäksi asetettu taso B on hyvin perusteltu lähtökohta, sillä onnettomuuden jälkihoito saattaa kestää kauan. Tämä on tullut selväksi Fukushiman ydinvoimalaitosonnettomuudessa. Näitä vaatimuksia ei kuitenkaan tarvitsisi täyttää turvallisuusjärjestelmän yhteen osajärjestelmään rajoittuville kuormituksille, jos tätä osajärjestelmää ei tarvita ennen laitoksen saattamista turvalliseen tilaan ja kyseisten laitteiden mahdollisessa uudelleen käyttöönotossa varmistutaan asianmukaisesti niiden käyttökuntoisuudesta. Suuren liikennelentokoneen törmäyksen aiheuttamaa kuormitusta olisi tarkasteltava VNa (717/2013) 2 :n mukaisena oletetun onnettomuuden laajennuksena parhaan arvion menetelmillä (taso C, jos toiminnallisuus vaaditaan, muuten taso D). Jännitysanalyysien laadun ohjauksessa ovat ohjeen YVL 3.5 vaatimukset lujuusanalyysiraportin esitystavasta osoittautuneet hyödyllisiksi. Ohjeessa YVL E.4 niitä käsittelevän kohdan 3.3 tavoitteena on siksi vastaava vaatimustaso, vaikka sitä ulkoisissa lausunnoissa pidetään ylimitoitettuna. Esitettyjen lausuntojen johdosta kattavuuden ja selkeyden vaatimuksia täsmennetään. Tyypillinen esimerkki on lasketun jännitysjakauman esittäminen niin yksityiskohtaisesti, että poikkileikkausten valinta sekundäärijännitysten ja väsymisen tarkasteluun voi-

5 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 5 (11) daan todeta oikeaksi. Jännitysanalyysista esitettäviin erityisiin tietoihin kuuluu laadunvarmistuksen osalta toimittajien ja hankkijoiden hyväksymismerkinnät. Tällä vaatimuksella tavoitellaan luotettavien tietojen saamista laadunvarmistuksesta ja hyväksynnöistä sellaisessakin tapauksessa, että kyseinen selvitys on alun perin tarkoitettu toimitettavaksi muuhun hankkeeseen, jossa tietojen luovutusta kolmannelle osapuolelle on rajoitettu. Luku 6 Haurasmurtuma-analyysi Haurasmurtumalla tarkoitetaan metallisessa rakenteessa vetojännityksen alaisena, ilman olennaista pysyvää muodonmuutosta tapahtuvaa nopeaa särön kasvua. Tällainen murtuma voi edetä rakenteessa aina täydelliseen murtumaan asti hyödyntämällä kasvusta vapautuvaa elastista energiaa kasvu-urallaan, jolla vastus tälle murtumismekanismille on kiderakenteen perusteella vähäisin. Ferriittisiä teräksiä altistaa haurasmurtumalle niille ominainen muodonmuutoskyvyn ja murtumissitkeyden olennainen heikkeneminen, kun lämpötila laskee ns. transitioalueelle. Ydinvoimalaitoksen reaktoripainesäiliössä (RPS) tätä mahdollisuutta kasvattaa käytön aikana transitiolämpötilan nousu, säteilysiirtymä, joka johtuu seinämään osuvien nopeiden neutronien aiheuttamasta kiderakenteen muutoksesta. Todellinen uhka edellyttäisi, että näin säteilyhaurastuneessa kohdassa on jo merkittävän kokoinen särö ja seinämä joko jäähtyy nopeasti transitioalueelle hätäjäähdytystilanteessa tai tällainen jäähtyminen on jo tapahtunut kylmäseisokin aikana ja RPS jostakin syystä pääsee paineistumaan. Austeniittisissa valuteräksissä taas voi käyttökokemusten mukaan ilmetä ajan mittaan ns. termistä haurastumista primääripiirin käyttölämpötiloissa. Sitkeyttä alentavat käytännössä muutkin tekijät, kuten painelaitteen suuri koko tai kuormituksen aiheuttama suuri venymänopeus. Loviisan ydinvoimalaitoksella tehtiin käytön alkuvuosina laajoja parannustoimenpiteitä odotettua nopeammaksi osoittautuneen säteilyhaurastumisen hallitsemiseksi. Tälle mekanismille suurempien materiaaliepäpuhtauksiensa vuoksi enemmän altistuva 1-yksikön RPS palautettiin vuonna 1996 onnistuneella elvytyshehkutuksella lähelle alkutilaansa. Reaktoripainesäiliöiden käytön jatkamisedellytykset on määrävuosin selvitetty turvallisuusarvioinneilla, jotka ovat olennaisesti perustuneet murtumismekaniikan menetelmillä tehtyihin haurasmurtumaanalyyseihin ja niitä varmentavaan surveillance-ohjelmaan. Tarvittavia murtumissitkeysarvoja on määritetty VTT:n kehittämällä, ASTM E standardina laajasti tunnetulla masterkäyrämenetelmällä. Näiden analyysien suuri turvallisuusmerkitys otettiin huomioon, kun haurasmurtuma-analyysia koskevat vaatimukset esitettiin ohjeessa YVL 3.5. Ohjeistamiseen jännitysanalyysista erotettuna omana lujuusanalyysityyppinään vaikutti myös soveltamisalojen ja menetelmien erilaisuus sekä se, että jännitysanalyysilla selvitetyt jännitystilat ovat haurasmurtuma-analyysin lähtötietoja. Haurasmurtuma-analyysin soveltamisalana ohjeessa YVL 3.5 olivat laitoksen tärkeimmät ferriittistä terästä olevat kohteet (RPS:n sydänalue, suurimmat putkiyhteet ja kannen laippaliitos, höyrystimen sekundääripuoli, murtumatuet, pääkiertopumppujen akselit ja vauhtipyörät). Turvallisuusluokan I laitteille vaadittiin standardin ASME XI mukaisesti lasketun jännitysintensiteettitekijän ja murtumissitkeyden vertailua edellyttävä murtumismekaaninen analyysi. Alemmissa luokissa pidettiin transitiolämpötilan yläpuolella pysymisen osoittavaa tarkastelua riittävänä. Edellisessä murtumissitkeys edellytettiin määritettävän standardin ASME XI mukaisina konservatiivisina referenssiarvoina, jälkimmäisessä transitiolämpötila oli otettava sovellettavasta materiaalistandardista. RPS:lle käytetyt murtumissitkeysarvot piti lisäksi tarkistaa master-käyrämenetelmällä. Sitkeysarvoissa oli otettava huomioon ikääntymisestä johtuva aleneminen, ja RPS:n säteilysiirtymästä edellytettiin laskennallisen ennusteen laatiminen vaikuttavat tekijät huomioon ottavalla kokemusperäisellä mallilla tai surveillance-ohjelman tuloksiin tehdyllä sovitteella. Normaalikäytölle tehtävässä analyysissa oli selvitettävä primääripiirin paine- ja lämpötiloja määrittelevät korkeimmat paineet ASME III:n liitteen Appendix G mukaisesti. Häiriö- ja onnettomuustilanteiden osalta edellytettiin NRC:n julkaiseman ohjeen RG mukaista, kysymykseen tulevien tapahtumaketjujen läpikäyntiin perustuvaa laitoss-

6 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 6 (11) pesifistä analyysia, koska ASME III käsittelee nämä tilanteet suppeasti. Hyväksymiskriteerinä oli käytettävä särön liikkeelle lähtöä, sen jälkeistä pysähtymistä sai käyttää lisäperusteluna tapauskohtaisesti. Häiriö- ja onnettomuustilanteille oli lisäksi esitettävä vastaavat tekijät huomioon ottava riskianalyysi, jonka mukaan haurasmurtuman todennäköisyyden on oltava erittäin pieni ja vain vähäinen osa PRA:lla arvioidusta reaktorisydämen vaurioitumisen kokonaistodennäköisyydestä. Ohjeen YVL E.4 laatiminen ajoittuu tilanteeseen, jossa päähuomion kohteena Loviisan laitoksella on 1-yksikön RPS:n uudelleenhaurastumisen nopeus sekä kysymys siitä, tullaanko elvytyshehkutusta tarvitsemaan 2-yksiköllä. Säteilyhaurastumisen hallinta on organisoitu osaksi koko laitoksen käyttöiän hallintaa ja sitä koskevat turvallisuusarviot tullaan antamaan koko laitoksen määräaikaisten turvallisuusarviointien yhteydessä. Olkiluodon 1- ja 2-yksiköillä säteilyhaurastuminen ei ole ollut alun perinkään ongelma, koska RPS:n suunnittelupaine on matala ja sisäpuolelle ulottuva pääkiertopumppuratkaisu kasvattaa seinämän etäisyyttä reaktorisydämestä, jolloin väliin jäävän vesitila alentaa tärkeimpien hitsausliitosten saamaa nopeiden neutronien annosta. Olkiluoto 3-rakentamishankkeen kokemusten perusteella on myös ilmeistä, että säteilyhaurastuminen hallitaan uusien laitosten suunnittelussa aiempaa paremmin. Parantuneet valmistusmenetelmät ovat alentaneet painesäiliöterästen epäpuhtauksia, ja PWR-laitoksilla vesivälin optimointi ei ole enää logistinen, vaan pikemminkin suurten takeiden asettamiin valmistusteknisiin vaatimuksiin liittyvä kysymys. Olkiluoto 3:lla reaktoripainesäiliön seinämää suojataan lisäksi polttoainenippuja ympäröivällä raskaalla heijastimella, eikä reaktorisydämen kohdalla sijaitse vaipan muodostavien rengasmaisten takeiden välisiä hitsausliitoksia. Merkittävimmäksi seurantakohteeksi onkin osoittautumassa mahdollisuus termiseen haurastumiseen RPS:n ja pääkiertoputkiston välisessä eripariliitoksessa. Käyvillä laitoksilla termiseen haurastumiseen varautumista ovat lisäämässä hankkeet laitosten käyttöiän pidentämiseksi alun perin suunnitellusta. Näillä perusteilla ehdotetaan vaatimuksia RPS:n haurasmurtuma-analyysista lievennettäväksi ohjeessa YVL E.4 siten, että todennäköisyysperusteinen analyysi olisi tehtävä vain, kun haurasmurtuman riskiä ei voida päätellä häiriö- ja onnettomuustilanteille tehdyn deterministisen analyysin perusteella merkityksettömän pieneksi. Deterministisessä tarkastelussa vaatimustaso vastaisi edelleen ohjetta RG 1.154, vaikka Yhdysvalloissa NRC on poistanut sen vuonna 2011 käytöstä teknisesti vanhentuneena ja tarpeettoman konservatiivisena. Todettuaan haurasmurtumariskin osoittautuneen käytössä olevilla laitoksilla aiemmin luultua pienemmäksi NRC pitää nyt riittävänä painekokeiden, normaalikäytön ja odotettavissa olevien käyttöhäiriöiden suhteen määriteltyjä minimilämpötiloja, joihin sisältyy marginaali ASME III ja ASTM E 208 -standardien mukaisesti määritettyyn referenssilämpötilaan. Uusilla laitoksilla kasvavat seinämänpaksuudet ovat kuitenkin haurasmurtuman kannalta epäedullinen tekijä, jota Suomen olosuhteissa vielä korostaa laitostemme hätäjäähdytysvesien alempi lämpötila. RG 1.154:n tarkastelutavassa STUK näkeekin edelleen etuna kyseisen laitoksen tapahtumaketjujen, myös onnettomuustilanteiden, järjestelmälliseen läpikäyntiin perustuvan murtumismekaanisen analyysin, joiden tekemiseksi Suomessa on saavutettu korkea osaamistaso. Sitkeysarvojen tarkistamisessakaan STUK ei luopuisi master-käyrän käytöstä, jota lausunnonantajat pitävät tarpeettomana. Sen sijaan haurasmurtuma-analyysin hyväksymiskriteeriin pyydetty tarkennus, että varmuuskerroin oletetun särön kasvamisen (ydintymisen) suhteen määritetään sovelletun standardin mukaisesti, toteutuisi ohjeessa YVL E.4. Tarkasteltavien kohteiden luettelosta ohje YVL E.4 poistaisi murtumatuet, joihin ei putkikatkotilanteissa ole odotettavissa konkreettisen haurasmurtumariskin aiheuttavia vetojännityksiä. Muiden haurastumismekanismien kannalta voidaan nykytietämyksellä pitää puutteena YVL 3.5:n rajoittumista matalissa lämpötiloissa tapahtuviin haurasmurtumiin. Nopea murtuminen voi olla mahdollista myös hauras-sitkeä -transitiota korkeammissa lämpötiloissa ns. ylätasannealueella, jos murtumissitkeyden arvot laskevat siinä merkittävästi ikääntymisen tai puutteelliseksi osoittautuvan valmistusmenetelmän seurauksena. Yhdysvaltojen laitoksilla tällai-

7 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 7 (11) sena huolena ovat olleet eräiden jauhekaarihitsien matalat sitkeysarvot. Säröytyneellä sitkeällä materiaalilla nopea murtuma voi tapahtua sitkeällä repeämismekanismilla (ductile tearing), esimerkiksi häiriö- tai onnettomuustilanteissa, joissa paksuseinämäiseen rakenneosaan kohdistuu korkeassa paineessa nopea jäähdytys. Olkiluoto 3-projektissa tämä otettiin lähtökohdaksi vaadittaessa ranskalaisen RCC-M -standardin mukaista nopean murtuman tarkastelua lämpötiloissa, jotka ylittävät haurasmurtuman tarkastelemiseksi asetetun lämpötilakriteerin. Hauraan ja sitkeän mekanismin välisessä siirtymäalueessa edellytettiin tarkastelu kummankin mekanismin suhteen. Ohjeessa YVL E.4 STUK esittäisi siksi sitkeän murtuman mahdollisuutta huomioon otettavaksi haurasmurtumaa käsittelevän luvun 6 loppuun lisättävällä kohdalla Muut nopean murtuman tarkastelut. Käytettävät menettelyt ja kriteerit olisi hyväksytettävä STUKilla, koska tässä vaiheessa sitkeän murtuman analysointia koskevien täsmennettyjen murtumismekaanisten vaatimusten esittäminen edellyttää kehitystyötä. Putkistojen osalta huomioon olisi otettava ne vaatimukset, joita luvussa 7 esitetään seinämän jo läpäisseiden säröjen LBB-analyysista. Nämä vaatimukset koskisivat suunnitteluvaihetta. Käytön aikana sitkeällä alueella tapahtuva sitkeysarvojen tarkkailu kuuluu ohjeen YVL A.8 mukaiseen ikääntymisen hallintaan, jossa jatkossa on entistä monipuolisemmin kiinnitettävä huomiota sitkeysarvoja alentaviin eri mekanismeihin. Haurasmurtuma-analyysien, samoin kuin luvussa 7 käsiteltävien vuoto ennen murtumaa - analyysien valvontaa esitetään ohjeella YVL E.4 laajennettavaksi näitä analyyseja koskeviin kokeellisiin selvityksiin. Turvallisuusmerkitystä on erityisesti materiaalien ja hitsausliitosten murtumismekaanisten ominaisuuksien testauksilla, joita tehdään normaalia valmistuksen laadunvalvontaa täydentävillä, usein laajoilla ja pitkäkestoisilla koeohjelmilla. Luku 7 Vuoto ennen murtumaa -analyysi Fysikaalisena käsitteenä LBB tarkoittaa vioittuneen putkiston sellaista käyttäytymistä, jossa täydellinen murtuminen (katkeaminen) ei ole mahdollista, koska vika joka tapauksessa kasvaisi seinämän läpi hyvin lyhyeltä matkalta ja ehditään havaita sen kautta tulevasta vuodosta. Saksassa kehitetty turvallisuusperiaate Break Preclusion (BP) tähtää uuden laitoksen suunnitteluun ja sisältää parannettuja teknisiä ja organisatorisia menettelyjä, joiden perusteella katkeamisen mahdollisuus uskotaan tulevan eliminoiduksi ja sitä kautta luodaan edellytykset LBB-käyttäytymiselle ja sen laskennalliselle osoittamiselle. Saksassa BP:n vaikutukset putkikatkoihin varautumista koskevaan laitoksen suunnitteluperustaan on ohjeistettu yksityiskohtaisesti. Yhdysvalloissa NRC:n ohje SRP esittää LBB:n samoin laajana turvallisuusperiaatteena, mutta lähinnä käytössä olevien laitosten suunnitteluperusteiden muuttamiseksi niin, että pääkiertoputken katkosta tuleviin iskuihin ei tarvitsisi varautua. Alkuperäisten standardivaatimusten mukaan rakennettujen komponenttien laadun ja kunnon riittävyys sekä käyttökokemukset on tällöin ensin arvioitava, ettei katkeamisen riskin aiheuttavia mekanismeja ole ja että LBB:n soveltamiselle on edellytykset. LBB-käyttäytymisen osoittaminen perustuu materiaalien murtumisominaisuuksien tarkempaan analysointiin sekä vuodon havaitsemiselle ja vuotavan särön kriittiselle koolle asetettuihin konservatiivisiin varmuuskertoimiin, saksalaisessa laskentamenettelyssä taas painotetaan enemmän vuotoa edeltävää väsymissärön kasvua läpi seinämän. Vaikutukset laitokset suunnitteluperustaan ovat Yhdysvalloissa liittyneet putkiiskuihin ja murtumatukien poisjättämiseen. Turvallisuusjärjestelmien mitoitukseen liittyviä helpotuksia NRC on kehittänyt mm. hankkeessa Large Break LOCA Redefinition saamatta näille kuitenkaan laajaa kansainvälistä hyväksyntää. Suomessa LBB tuli kansallisen ydinturvallisuustutkimusohjelman aiheeksi jo 1980-luvulla ja siitä tehtiin täysimittakaavaisia kokeita käytöstä poistetuilla konventionaalisilla painesäiliöillä. Viranomaisvalvonnan käytäntöihimme soveltuvat menettelyt määritettiin ohjeessa YVL 3.5 muotoilemalla LBB laitoksen rakentamislupakäsittelyyn ja yleiseen putkikatkoihin varautumiseen kytketyksi, STUKin erillisen hyväksynnän vaativaksi turvallisuusasiaksi. Olkiluoto 3- laitoksella LBB toteutetaan yhdistettynä erityiseen syvyyspuolustusstrategiaan, johon kuulu-

8 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 8 (11) vat myös murtumatuet. Käyvillä laitoksilla LBB:tä on käytetty normaalia vikojen arviointia syvyyspuolustuksellisesti täydentävänä lisäperusteluna tilanteissa, joissa vian arviointiin on liittynyt poikkeuksellisia epävarmuustekijöitä. Nyt laadittu ohjeluonnos YVL E.4 keskittyy teknisiin menettelyihin ja sen lähtökohtana ovat vakiintuneet kansainväliset käytännöt. Luvun 7 vaatimukset on tarkoitettu soveltumaan sekä saksalaisen BP-periaatteen että yhdysvaltalaisen LBB-periaatteen mukaisiin laitoshankkeisiin. BP:n edellyttämät turvallisuusparannukset, jotka ovat relevantteja saksalaisen käytännön mukaisesti rakennettavalle uudelle laitokselle, ovat kohdassa 7.5. Luvun 7.6 vaatimukset soveltuvat katkeamismekanismien poissulkemiseen silloinkin, kun sovelletaan yhdysvaltalaista LBBkonseptia. Mekanismit on esitetty periaatteellisella tasolla (rakennetta vioittavat, materiaalin ominaisuuksia heikentävät, kuormankantokyvyn ylittävät), koska uusia mekanismeja voi ilmaantua ja käsitys jo tunnettujen mekanismien riskimerkityksestä voi muuttua. Varoittavana esimerkkinä tästä on viime vuosina lisääntynyt jännityskorroosiosäröily PWR-laitoksen primääripiirin olosuhteissa (PWSCC), jopa LBB-hyväksynnän saaneilla laitoksilla. Luvussa 7.7 analyysimenetelmien vaatimustasona on parhaat piirteet sisältävä yhdistelmä kummastakin edellä mainitusta käytännöstä siten, kuin niitä Olkiluoto 3-laitosyksikölle on sovellettu. Läpisäröjä koskeva kappale painottaa yhdysvaltalaista ja pintasäröjä koskeva saksalaista menettelyä. Edellisessä on tehty mahdolliseksi eräät hyväksyttävän tuloksen saamista helpottavat laskennalliset oletukset (kriittisen särökoon määrittely, parannettu vuotojen valvonta), joiden oikeellisuudesta on varmistuttava kokeellisesti. BP- ja LBB-sovellusten vaikutuksia laitoksen suunnitteluperustaan on ohjeessa YVL E.4 voitu käsitellä vain putki-iskujen kannalta. Tavoitteena on, että uuden ydinvoimalaitoksen primääripiirin rakentamisessa toteutetaan BP-turvallisuusperiaatteen mukaisia, vaatimuksen 710 mukaisia rakenteellisia parannuksia suunnittelustandardien mukaisiin hyviin käytäntöihin nähden siinäkin tapauksessa, että LBB-käyttäytymistä ei osoiteta kohdan 7.7 mukaisilla analyyseilla. Putkikatkoista johtuvat iskut ovat tällöin suunnitteluperusteena vaatimuksen 705 mukaisesti. Niiden dynaamiset vaikutukset on analysoitava ja ensisijaisena suojauskeinona on murtumatukien asentaminen. LBB:hen liittyvät materiaalitutkimukset sekä LBB-analyyseihin kytketyt vuotojen valvonnan ja määräaikaistarkastusten erityisvaatimukset ovat tällöin tarpeettomia. Jos taas LBB-käyttäytyminen osoitetaan, vaatimuksen 707 mukaisesti putki-iskut eivät ole enää suunnittelun perusteena. Iskuista johtuvien primääripiirin painetransienttien huomiointi suunnittelun laajennuksena käsitellään ohjeessa YVL B.5, samoin kuin putkikatkojen muiden fysikaalisten vaikutusten huomioon ottaminen primääripiirin suunnittelussa. Luku 8 Lujuusanalyysien laadunhallinta Lujuusanalyysien viranomaisvalvonta on perinteisesti perustunut näistä analyyseista toimitettavien raporttien tarkastamiseen. Numeeristen analyysimenetelmien ja tietotekniikan kehittyessä on tarkastuksille muodostunut haasteeksi lujuus- ja kuormitusanalyysien jatkuva laajeneminen ja niiden aiempaa rutiininomaisempi tuottaminen. Ohjeessa YVL 3.5 tähän kehitykseen reagoitiin lujuusanalyysien laadunhallinnasta esitetyillä vaatimuksilla. Niiden lähtökohtana oli alkujaan brittiläisen ja nykyään maailmanlaajuisesti toimivan, riippumattoman NA- FEMS-yhdistyksen julkaisema, ISO 9001 standardiksi tarkoitettu FEM-menetelmillä tehtävien suunnitteluanalyysien laatustandardi. NAFEMS on ollut tunnettu julkaisemistaan laskennallisista benchmarkeista, ja sen suositukset olivat aineena VTT:n Rakenneanalyysitutkimusohjelmaan -80/90-lukujen vaihteessa toteutetussa osaprojektissa. Olkiluoto 3-projektissa lujuusteknisen laadunhallinnan merkitystä ovat korostaneet monikansalliselle hankkeelle ominaiset pitkät hankintaketjut ja eri suunnitteluvaiheiden väliset rajapinnat sekä tarve sovittaa yhteen erilaisia suunnittelukäytäntöjä ja teknisiä valmiuksia kiireisellä aikataululla. Tässä kehityksessä luvanhaltijan toimintaympäristö on monipuolistunut kattaen lujuusanalyysien toimittajien arviointeja ja valvontaa, analyysien hankintoja ja tarkastuk-

9 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 9 (11) sia sekä jossain määrin myös omassa lujuuslaskentayksikössä tehtäviä tarkistuslaskelmia ja analyyseja. STUK puolestaan on asiakirjatarkastuksia täydentävällä, projektityöskentelyn muodossa toteutetulla lujuusanalyysitoiminnan valvonnalla voinut ennalta varmistua siitä, että suunnittelu on laadukasta ja kaikki turvallisuusmääräykset pystytään alun perin vaaditusta aikataulusta myöhästyneenäkin toimitettavissa lujuusanalyyseissa täyttämään. Tulevissa projekteissa tämän toiminnan osuus kasvanee ja siirtynee projektin aikaisempaan vaiheeseen, jos laitoksen suunnittelun valmiusaste rakentamislupavaiheessa on korkeampi. Ohjeessa YVL E.4 on siten todettu perustelluksi jatkaa samalla linjalla, ottaen huomioon laadunhallintaa koskevissa käytännöissä ja viitestandardeissa tapahtunut kehitys. Ohjeen jäsennyksessä on nähty tarkennustarvetta luvanhaltijan edellä mainittujen eri roolien erottamiseksi sekä tarvetta täsmentäville projektinhallinnallisille vaatimuksille. Lujuusanalyysien projektinhallinnalla voi olla merkitystä koko laitoshankkeen edistymiselle, koska jatkossakin STUK näkee tarpeelliseksi niiden toimituksen jo painelaitteen rakennesuunnitelmassa eli ennen valmistuksen aloittamista. Suorittamistaan tarkastuksista luvanhaltijan olisi jatkossa liitettävä kirjallinen yhteenveto toimittaessaan lujuusanalyyseja STUKille, ja vertailulaskelmia olisi tarvittaessa teetettävä näiden tarkastusten tueksi, kuitenkin niin, että STUKilla tämä mahdollisuus edelleen säilyy. Tällä menettelyllä hyödynnettäisiin luvanhaltijalla oleva kokonaiskuva laiteen käyttöpaikan asettamista teknisistä vaatimuksista sekä vähennettäisiin riskiä, että lujuusanalyysien ja niiden päivitysten yksityiskohtaiset viranomaistarkastukset muodostuisivat pullonkaulaksi nopeammin läpi vietävässä tulevassa laitoshankkeessa. Ohjeen YVL 1.4 ja sen tilalle päivityksessä tulevan ohjeen YVL A.3 mukaisesti yleinen johtamisjärjestelmä muodostaa nykyisin luontevan perustan, ei vain luvanhaltijan, vaan myös laitostoimittajan toiminnalle varmistamaan vastaavien laatuperiaatteiden noudattamista sen mahdollisissa erillisissä suunnittelutoimintaa harjoittavissa tuotantoyksiköissä. Johtamisjärjestelmien osalta käytetty viitestandardi ISO 9001 on korvautumassa IAEA:n ohjeella GS-R-3, mikä kyseenalaistaa YVL E.4 L2:ssa viitteenä olleen uusimman NAFEMS-standardin NQSS 001. Muuta näin spesifistä viitettä ei tiedossa ole, mutta suunnitteluprosessi ja sen tukena tietokoneella tehtävät analyysit käsitellään oleellisilta osiltaan ASME III:n NCA-osassa viitteenä olevan yleisen laatustandardin ASME NQA-1 kohdassa Requirement 3, Design Control. Historiallisesti standardi täsmentää 18 kriteeriä käsittävää asiakirjaa 10 CFR 50 Appendix B. Koska IAEA:n ohje GS-R-3, samoin kuin YVL A.3:kaan, ei käsittele suunnittelua varten tehtäviä analyyseja, on YVL E.4:n viitteissä perusteltua korvata mainittu NAFEMS-standardi ASME NQA-1:llä. Kyseinen standardi on toimittajien QA-arviointien perustana monissa muissakin maissa kuin Yhdysvalloissa, jopa niin, että suomalaisen käytännön mukaista täydentävää teknistä tarkastustoimintaa ei edes pidetä tarpeellisena. Viittaus tässä ohjeessa ei tarkoita, että ASME NQA-1:n vaatimustaso katsottaisiin riittäväksi muutenkin kuin Requirement 3 kohdan osalta. 4 Ohjeen alaa koskeva kansainvälinen säännöstö 4.1 Kansainvälisten reaktoriturvallisuusmääräysten täyttyminen Länsi-Euroopan maiden ydinturvallisuusvalvonnan menettelyjä harmonisoimaan perustettu kansallisten ydinturvallisuuden valvontaviranomaisten yhteiselin WENRA (Western European Nuclear Regulators Association) on julkaissut suosituksiaan tammikuussa 2008 ns. referenssitasoina PS/ Ohje YVL E.4 viittaa näihin suosituksiin. Painelaitteiden lujuusanalyyseja koskevana ja alalla vakiintuneisiin standardeihin perustuvana erityisohjeena YVL E.4 ei pyrikään siteeraamaan WENRA:n vaatimuksia sellaisenaan. Useat YVL E.4:n vaatimukset kuitenkin täsmentävät Wenran yleisempiä vaatimuksia ja huolehtivat niiden täyttymistä lujuustekniikan kannalta.

10 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 10 (11) Vastaava arvio on tehty myös siitä, miten ohje YVL E.4 vastaa kansainvälisen atomienergiajärjestön IAEA:n ohjeessa SSR-2/1 ydinvoimalaitosten suunnittelulle asettamia erityisiä turvallisuusvaatimuksia. Lujuustekniikan kannalta ohje YVL E.4 täyttää yli 20 IAEA:n asettamaa turvallisuuskriteeriä, joiden aiheena ovat muun muassa ulkoiset uhat, käyttötilojen ja kuormitusten ryhmittely, toiminnallisuus, paine- ja lämpötilarajat, säteilyhaurastuminen, painelaitteiden sisäosat, läpiviennit, väsyminen, laadun- ja projektinhallinta, rajapinnat sekä vakiintuneet käytännöt. 5 Tepco Fukushima Dai-ichi onnettomuuden vaikutukset Japanissa Fukushima Dai-ichin ydinvoimalaitoksella tapahtuneen ydinvoimalaitosonnettomuuden johdosta tehdyssä YVL-ohjeiston uudistuksen arvioinnissa ei ole tunnistettu ohjeeseen YVL E.4 kohdistuvia muutostarpeita. Ohjeen YVL E.4 mukaisen vaatimustason toteuttamisella tulee olemaan merkitystä siihen, miten ulkoiset uhat vaikuttavat ydinvoimalaitoksen mekaanisiin rakenteisiin ja laitteisiin sekä niiden eheydestä riippuviin turvallisuustoimintoihin. Japanissa sattuneen edellisen suuren maanjäristyksen vaikutukset Kashiwazaki-Kariwan ydinvoimalaitoksen mekaanisiin rakenteisiin osoittautuivat vähäisiksi suunnitteluperusteiden merkittävästä ylittymisestä huolimatta, mitä jälkikäteen tehdyissä analyyseissa voitiin selittää lujuusteknisessä suunnittelussa tehdyillä konservatiivisilla oletuksilla. Ulkoiset uhat tulevat ohjeessa YVL E.4 huomioon otetuiksi sen soveltamisalaan kuuluvissa lujuusanalyyseissa tarkasteltavina kuormituksina. Tällaisen kuormitusten aiheuttajiksi on suunnitteluperusteena oletettu maanjäristys sekä suunnittelun laajennuksena suuren liikennelentokoneen törmäyksen aiheuttama värähtely ja paineaalto. Nämä välittyvät painelaitteisiin niiden tuentojen ja yhteiden tärinöinä ja voimavaikutuksina, jotka selvitetään rakennusten ja laitekokonaisuuksien dynaamisilla analyyseilla. Dynaamisessa analyysissa edelleen selvitetään värähteleviin rakenteisiin tai painelaitteisiin kiinnitettyjen, turvallisuustoimintojen kannalta tärkeiden laitteiden kokemat kiihtyvyydet ja kiinnitysten rasitukset, joiden hyväksyttävyys sitten arvioidaan vertaamalla niitä laitteiden seismisessä kelpoistuksessa tai tyyppitestauksissa määriteltyihin raja-arvoihin. Painelaitteen ja sen tuentojen lujuuden riittävyys edellä mainituissa kuormitustilanteissa tulee tarkistettavaksi ohjeen YVL E.4 mukaisessa jännitysanalyysissa. Primääripiirin kannatinrakenteiden hyväksymisrajat täyttämällä varmistetaan, ettei vaurioketju laajene maanjäristys- tai lentokonetörmäystilanteessa pääkomponenttien tukien tai niiden rakennuksiin ankkurointien pettäessä. Turvallisuusjärjestelmien luotettavaa toimintaa varmistetaan niiden toimintakyvylle asetetuilla vaatimuksilla. Plastiset muodonmuutokset rajoitetaan niin, etteivät vaadittavat virtauspoikkipinta-alat olennaisesti pienene (passiivinen toimintakyky) eivätkä toiminnallisten laitteiden (pumput, venttiilit) aktiivisiin turvallisuustoimintoihin tarvittavat sisäosien liikkeet vaarannu. Asetettavilla B-tason hyväksymisrajoilla maanjäristykset rinnastuvat näiden laitteiden elinikälaskelmien perusteena oleviin kuormituksiin, mikä rakenteellisesti takaa turvallisuustoiminnon luotettavan pitkäaikaisen käytettävyyden esimerkiksi jälkilämmön poistotilanteessa. Suunnittelun laajennuksena tarkasteltavassa onnettomuudessa vastaavaan pyritään parhaan arvion menetelmillä. Vakavat reaktorionnettomuudet, joita ohje YVL 3.5 käsitteli suojarakennuksen eheyden kannalta, ovat ohjeistouudistuksessa siirtymässä muiden YVLohjeiden soveltamisalaan. Suojarakennuksen tiiviyttä varmistavat tärkeimpien läpivientien jännitysanalyysit kuitenkin ehdotetaan käsiteltäväksi ohjeessa YVL E.4. Lisävarmuutta primääripiirin ehjänä säilymiseen mainituissa kuormitustilanteissa tulevat antamaan ohjeen YVL E.4 vaatimusten perusteella tehtävät nopean murtuman ja LBB-periaatteen tarkastelut siinäkin tapauksessa, että päälaitteisiin olisi tullut huomattava, jopa seinämän läpi ulottuva särö. Nämä analyysit tehdään suunnittelumaanjäristyksen kattavilla kuormitusoletuksilla ja ne antavat siten marginaalia särön etenemiseen täydelliseksi murtumaksi kyseisessä

11 Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 11 (11) tilanteessa. Käytössä olevien laitosten suunnittelussa on vielä voimassa olevan ohjeen YVL 2.6 mukaisesti lähdetty oletuksesta, ettei maanjäristykseen samanaikaisesti liity suurta jäähdytteenmenetysonnettomuutta (LOCA), jonka hallinta maanjäristystilanteessa olisi hankalaa, vaikka suureen LOCAan on turvallisuusjärjestelmien mitoituksessa varauduttu LBBperiaatteeseen liittyvä Break Preclusion -periaate puolestaan sisältää sekä teknisiä ratkaisuja että organisatorisia menettelyjä, joilla päälaitteiden luotettavuus paranee ja suuriin säröihin johtavat vaurioitumismekanismit estetään ennalta. Suomen käytössä olevilla laitoksilla LBB-periaatetta ei ole sovellettu, vaan suunnitteluperusteena ovat primääripiirin putkien täysimittaiset katkot. Niiden varalta rakennetuilla murtumatuilla ja suihkusuojilla on suojaava vaikutus myös muissa dynaamisia kuormituksia aiheuttavissa onnettomuustilanteissa. Tätä suunnitteluperustaa ei pois suljeta siinä LBBanalyysien ohjeistuksessa, jota YVL E.4 on ehdottamassa uusille laitoksille. Olkiluoto 3- yksiköllä toteutettava syvyyspuolustusstrategia käsittää sekä LBB-analyysit että putkikatkoilta suojaavat rakenteet. Edellä käsitellyssä onnettomuustilanteisiin varautumisessa on ohjeen YVL E.4 tarkoituksena asettaa riittävän rakenteellisen turvallisuuden tuottavat lujuustekniset menettelyt ja hyväksymiskriteerit. Niiden soveltamiseen tarvittavat lähtötiedot onnettomuustilanteiden kulusta tulevat määrittymään muiden uusien YVL-ohjeiden vaatimuksilla.