Sida: 1/9 GRANSKNINGSRAPPORT Datum: 2011-06-10 Vår ref: SSM 2011/305, 2011/1122 Tillståndshavare: OKG Aktiebolag Objekt: Oskarshamn 2 Granskningsgrupp: Björn Brickstad Författare: Björn Brickstad Samråd: Klas Idehaag Fastställd: Lars Skånberg Granskning av anmälan av tekniska ändringar, chockdämpare i lyftschakt samt chockdämpare i flaskschaktutrymme, Oskarshamn 2 Sammanfattning OKG Aktiebolag har till SSM anmält en teknisk ändring avseende införande av chockdämpare i lyftschakt. Vidare har OKG till SSM anmält en teknisk ändring att installera en chockdämpare i flaskschaktutrymmet. Syftet är att visa att konsekvenserna av en eventuellt tappad last i dessa utrymmen blir begränsade och kan accepteras. SSM:s samlade bedömning är att det är synnerligen osannolikt att det kan inträffa en händelse med en tappad bränsletransportbehållare (BTB) i lyftschaktet med chockdämpare som skulle kunna ge allvarliga konsekvenser för viktiga system som behövs under effektdrift eller ge oacceptabelt höga radioaktiva utsläpp. Dessutom bedömer SSM att en tappad BTB i flaskschaktet med chockdämpare inte leder till sådana skador i de intilliggande bränslebassängerna så att läckage uppkommer eller att oacceptabla radioaktiva utsläpp uppstår. Det innebär att kraven i SSM 2008:17 kan anses vara uppfyllda för lyftoperationer av BTB i det aktuella lyftschaktet med chockdämpare samt för lyftoperationer av BTB i den aktuella flaskbassängen med
SSM 2011/305, SSM 2011/1122 Sida: 2/9 chockdämpare. Bedömningen gäller för lyftoperationer under såväl effektdrift som under revisionsavställning. Bakgrund OKG Aktiebolag har till SSM anmält [1] en teknisk ändring avseende införande av chockdämpare i lyftschakt. Vidare har OKG till SSM anmält [2] en teknisk ändring att installera en chockdämpare i flaskschaktutrymmet. SSM har beslutat att granska dessa ärenden och i samband med det även fattat beslut [3], [4] om förbud för OKG att hantera bränsletransportbehållaren under effektdrift vare sig i lyftschaktet eller i flaskschaktutrymmet innan SSM granskat underlaget och bedömt om ytterligare eller andra krav behöver ställas. Syfte med granskningen Syftet med granskningen är att bedöma om OKG Aktiebolags anmälda ändringar uppfyller kraven definierade i 14 SSMFS 2008:17. I granskningen ingår att studera det underlag som skickats in till SSM samt de bakomliggande referenser som bedöms relevanta för granskningen. Granskningens genomförande Granskningen genomförs mot de krav som finns i SSMs föreskrifter. Visst stöd för granskningen hämtas även i SKI Rapport 01:19 [5]. Krav Strålsäkerhetsmyndighetens föreskrifter om konstruktion och utförande av kärnkraftsreaktorer, 14 SSMFS 2008:17, vilken anger att: Kärnkraftsreaktorn vara dimensionerad för att motstå naturfenomen och andra händelser som uppkommer utanför eller inne i anläggningen och som kan leda till en radiologisk olycka. Det innebär bl.a. att konsekvenserna av en tappad last i det aktuella lyftschaktet samt i flaskschaktutrymmet analyseras och ska visas vara acceptabla ur strålsäkerhetssynpunkt.
SSM 2011/305, SSM 2011/1122 Sida: 3/9 Analys Beskrivning av lyftsekvenser 1. En tom bränsletransportbehållare (BTB) från CLAB kommer in i anläggningen på nivå 106,0. 2. Tranportbehållaren demonteras ifrån transportramen/lastbäraren och lyfts till nivå 109,0 3. Transportramen/lastbäraren förflyttas ifrån lyftområdet. 4. BTB lyfts upp till nivå 140,7 m. 5. BTB lyfts ned i flaskbassängen till nivå 126,85 m. 6. Laddmaskinen laddar använt kärnbränsle från bränslebassängerna till flaskbassängen och i BTB. 7. BTB lyfts upp från flaskbassängen. 8. BTB lyfts ned till nivå 109,0 m. 9. Transportramen/lastbäraren förflyttas in under BTB 10. BTB sänks ned till nivå 106,0 och placeras på transportramen/lastbäraren 11. Fylld BTB tas ut ur anläggningen vid nivå 106,0 för vidare transport till CLAB Analyserade fall som har granskats av SSM är då en fylld BTB tappas ned i lyftschaktet (under början av moment 8 ovan) från högsta höjden 140,7 m ned till lägsta höjden 87,3 m. Där finns en chockdämpare som står på en betongplatta understödd av fast berg. Fallet har klassats som en H4-händelse. Dessutom har man analyserat fallet då en fylld BTB tappas under slutet av moment 7 ovan, dvs. BTB tappas ned i vattenfylld flaskbassäng mot en chockdämpare. Även detta fall är klassat som en H4-händelse. Chockdämpare i lyftschakt, ärende SSM 2011/305 Bränsletransportbehållaren består av en tjock stålbehållare med största diameter 1950 mm. Utanpå stålmanteln finns ett neutronstrålskydd bestående av ett 108 mm tjockt lager av epoxiharts. Den totala längden är 5,41 m och behållaren väger tom 71,5 ton och med bränsle väger den 76,3 ton. Chockdämparen i botten på lyftschaktet består av 52 plåtcylindrar av ett rostfritt material av en sexkantig form som är sammansvetsade till flänsplåtar i cylindrarnas över- och underkant. Höjden är 1,35 m och chockdämparen väger 7,6 ton. Maximal fallhöjd är 52 m. Det fall som är analyserat är att BTB faller rakt ned genom schaktet och längst ned mot chockdämparen (nivå 87,3 m). Den
SSM 2011/305, SSM 2011/1122 Sida: 4/9 strukturella påverkan vid fallet mot chockdämparen har analyserats i Ref. [6] med FEM-programmet ABAQUS. Resultatet av analysen visar att BTB bromsas upp av chockdämparen som trycks ihop 850 mm och hindras från att välta via betongbjälklaget på nivå 93,0 m. Dessutom hävdas i [6] genom jämförelser av resultaten från ett fall från 9 m utan chockdämpare att påkänningarna i själva BTB vid fallet från 52 m med chockdämpare är mindre än vad BTB är analyserad för. BTB är konstruerad för ett fall på 9 m utan att läcka vilket även är validerat genom experiment. SSM:s bedömning 1. OKG anför att om BTB skulle tappas från kranen (reaktorhallstraversen) är det mest sannolikt att lasten tappas då denna anbringas på kranen via lyftoket. Även om själva kranen är enkefelstålig via linor och bromssystem, är inte själva lyftoket enkelfelstålig. Det innebär att en eventuell tappad last är mer sannolik då BTB anbringas på kranen (vid en betydligt lägre höjd) än det analyserade fallet från maximal fallhöjd 52 m. SSM instämmer i bedömningen att ett fall av BTB från 52 m torde vara mycket osannolikt. 2. OKG anför att på grund av att ett fall av BTB från 52 m bedöms vara mycket osannolikt, så har man endast analyserat fallet då BTB tappas rakt ned utan rotation. SSM gör dock bedömningen att om BTB faller skulle den kunna rotera och potentiellt stöta i vissa betongbjälklag på sin väg i lyftschaktet. Därför är det relevant att undersöka om vissa system eller kablage av säkerhetsbetydelse skulle kunna skadas av den fallande BTB. På SSM:s uppmaning har OKG genomfört en plant walkdown [7] för att undersöka denna fråga. Det enda system av betydelse som ligger i närheten av fallvägen är system 723 som är ett sekundärkylsystem som bl.a. kyler pumpar till 313 och 321. Rörsystem i 723 är belägen under bjälklaget (0,5 m från schaktets kant) på nivå 121 m som ligger ca 20 m under den nivå vid vilken lasten antas tappas. Öppningen i schaktet vid denna nivå är ca 5,9 x 5,5 m vilket torde minska sannolikheten för att en roterande BTB skulle kunna skada system 723. Längre ned i schaktet minskar öppningen till 3 x 3 m. SSM instämmer i denna bedömning. 3. I analysen av en rakt fallande BTB bromsas denna upp i botten av lyftschaktet av chockdämparen som trycks ihop 0,85 m. I detta scenario kommer inte BTB att välta på grund av bjälklaget vid nivå 93,0 m håller emot. SSM instämmer i denna bedömning. Däremot skulle vid ett snett fall BTB kunna träffa chockdämparen så att denna utgör en missil eller kunna orsaka att BTB välter, vilket skulle
SSM 2011/305, SSM 2011/1122 Sida: 5/9 kunna ge skador på system som ligger på samma nivå i botten på lyftschaktet. Från lyftschaktets kant i botten är det ca 2 meter till det betongfundament på vilket en 323-pump står som hör till ett av två 323-stråk. Det andra 323-stråket är beläget i ett separat rum med en vägg emellan. Denna omständighet gör att SSM bedömer att det är mycket osannolikt att båda 323-stråken skulle slås ut vid en sned tappad last mot chockdämparen. Till saken hör även att system 323 under effektdrift endast behövs under medelstora eller stora rörbrott som i sig är mycket osannolika. 4. I analysen av ett fall av BTB mot chockdämpare visas att BTB förblir tät genom att jämföra mot designanalyser för en BTB som faller från 9 m utan chockdämpare. OKG anför att det finns analyser för värre fall än detta som visar att även om BTB skulle läcka kommer den radioaktiva dosen understiga den maximalt tillåtna för händelseklass H4. SSM har inte i detalj granskat detta underlag men bedömer att det inte finns anledning att betvivla dessa uppgifter. Det innebär att SSM bedömer att OKG på ett trovärdigt sätt visat att acceptanskriterierna för radioaktiva utsläpp från en tappad BTB är uppfyllda. Med hänsyn till ovanstående bedömer SSM sammantaget det som synnerligen osannolikt att det kan inträffa en händelse med en tappad BTB i lyftschaktet med chockdämpare som skulle kunna ge allvarliga konsekvenser för viktiga system som behövs under effektdrift eller andra driftlägen eller ge oacceptabelt höga radioaktiva utsläpp. Det innebär att kraven i SSM 2008:17 kan anses vara uppfyllda för lyftoperationer av bränsletransportbehållaren i det aktuella lyftschaktet med chockdämpare. Bedömningen gäller för lyftoperationer under såväl effektdrift som under revisionsavställning.
SSM 2011/305, SSM 2011/1122 Sida: 6/9 Chockdämpare i flaskschaktutrymmet, ärende SSM 2011/1122 I en rapport 07105/R-01 [8] analyseras ett antal olika missöden vid tunga lyft. Samtliga händelser har klassats som H4-händelser. I en av händelserna (H4-6.13) analyseras en tappad bränsletransportbehållare i vattenfylld flaskbassäng med och utan en installerad chockdämpare. Flaskschaktutrymmet utgör en separat bassäng där använt kärnbränsle placeras i bränsletransportbehållaren som lyfts upp för vidare transport till CLAB. Inget annat bränsle förvaras i flaskschaktutrymmet än det som placeras i bränsletransportbehållaren. Det finns dock angränsande bränsleförvaringsbassänger där använt kärnbränsle förvaras. Det analyserade fallet H4-6.13 förutsätter att behållaren tappas från sin högsta position vid nivå 140,7 m, faller 4,35 m i luft, träffar vattenytan och faller därefter 9,5 m genom vatten innan den träffar botten på flaskschaktutrymmet. Utan chockdämpare Först faller behållaren genom luften och träffar vattenytan med en hastighet av 9,2 m/s varefter den faller genom vattnet och träffar bassängbotten med en hastighet på 15,3 m/s. Vid anslaget mot vattnet skapas kraftiga tryckvågor i bassängen. Analys av dessa tryckvågor och hur behållaren faller genom vattnet har analyserats i [8] genom CFD-programmet FLUENT. Den strukturella påverkan på den armerade betongen vid fallet mot bassängbotten har analyserats med FEM-programmet ABAQUS. I strukturanalysen har man modellerat både betongen och armeringen. Dock har man inte modellerat tätplåten vilket anses vara konservativt. Dragpåkänningar tas upp av armeringen och en bedömning av huruvida tätplåten är hel görs via en värdering av töjningarna i armeringen. Ref. [8] visar på stora plastiska töjningar i bjälklaget i bassängerna och OKG bedömer att utan chockdämpare kan det inte uteslutas att man kan få läckage från de angränsande bränsleförvaringsbassängerna. Med chockdämpare Chockdämparen består av 12 plåtcylindrar med en diameter 800 mm vardera av ett rostfritt material som är sammansvetsade till flänsplåtar i cylindrarnas över- och underkant. Höjden är 1,4 m och chockdämparen väger 6,44 ton. Ref. [8] har analyserat ett fall från nivå 140,7 m ned mot bassängbotten och träffar där en chockdämpare. Strukturanalyserna visar att chockdämparen trycks ihop 600 mm innan den helt bromsas upp. Man får plastiska töjningar i armeringen i flaskbassängen som understiger brottöjningen. Däremot får man endast små töjningar för armeringen i bjälklaget för de angränsande bränsleförvaringsbassängerna varvid OKG bedömer att risken för läckage från dessa är liten.
SSM 2011/305, SSM 2011/1122 Sida: 7/9 SSM:s bedömning 1. SSM bedömer att OKG på ett trovärdigt sätt kunnat visa att ett fall av BTB mot en chockdämpare på botten av flaskbassängen inte orsakar sådana skador att de intilliggande bränslebassängerna börjar läcka. Även om skador uppstår i själva flaskbassängen bedöms att tätplåten i bränslebassängerna håller tätt. 2. Vid fallet av BTB mot vattenytan uppstår tryckvågor i flaskbassängen. OKG bedömer att påverkan från dessa tryckvågor på själva BTB är mindre än de påkänningar för vilka BTB är konstruerad för (fall från 9 m utan chockdämpare). Flaskbassängen innehåller inget bränsle utöver det som finns i BTB under hanteringen av BTB. Därmed bedömer OKG att kravet på tillräckligt strålskydd är uppfyllt. SSM instämmer i dessa bedömningar. 3. OKG har undersökt fallet med ett minskat vattendjup i flaskbassängen, 4 meter i stället för 9,5 meter. I analyserna för detta fall har konservativt antagits att hela fallet sker i luft med en total fallhöjd på ca 13,5 m. Resultatet visar att vattnet har endast en begränsad förmåga att dämpa hastigheten hos BTB vid islaget mot chockdämparen. Det innebär att en tappad BTB med en chockdämpare i en tom flaskbassäng eller med endast ett litet vattendjup, inte heller kommer att leda till läckage från de intilliggande bränslebassängerna. SSM instämmer i denna bedömning. Med hänsyn till ovanstående bedömer SSM sammantaget att en tappad BTB i flaskschaktet med chockdämpare inte leder till sådana skador i de intilliggande bränslebassängerna så att läckage uppstår eller att oacceptabla radioaktiva utsläpp uppstår. Det innebär att kraven i SSM 2008:17 kan anses vara uppfyllda även för lyftoperationer under effektdrift av bränsletransportbehållaren i den aktuella flaskbassängen med chockdämpare. SSM:s samlade bedömning SSM:s samlade bedömning är att det är synnerligen osannolikt att det kan inträffa en händelse med en tappad BTB i lyftschaktet med chockdämpare som skulle kunna ge allvarliga konsekvenser för viktiga system som behövs under effektdrift eller andra driftlägen eller ge oacceptabelt höga radioaktiva utsläpp. Dessutom bedömer SSM att en tappad BTB i flaskschaktet med chockdämpare inte leder till sådana skador i de intilliggande bränsle-
SSM 2011/305, SSM 2011/1122 Sida: 8/9 bassängerna så att läckage uppkommer eller att oacceptabla radioaktiva utsläpp uppstår. Det innebär att kraven i SSM 2008:17 kan anses vara uppfyllda för lyftoperationer av BTB i det aktuella lyftschaktet med chockdämpare samt för lyftoperationer av BTB i den aktuella flaskbassängen med chockdämpare. Bedömningen gäller för lyftoperationer under såväl effektdrift som under revisionsavställning. Det förutsätts att de aktuella lyftoperationerna sker med sådana lastvägar att lyft av BTB över bränslebassängerna undviks samt att personal som hanterar kranar och lyftredskap har tillräcklig kompetens och träning som behövs för att lyftoperationerna ska kunna ske på ett betryggande sätt. SSM bedömer även att både den primära och fristående säkerhetsgranskningen uppfyller kraven i SSMFS 2008:1, 4 kap. 3 vad gäller tillräcklig omfattning, kvalitet och djup. Referenser [1] Oskarshamn 2 - Anmälan av teknisk ändring, ärende 124857, enligt SSMFS 2008:1 4 kap. 5, Reg nr 2010-33092, OKG Aktiebolag, 2011-01-10. [2] Oskarshamn 2 - Anmälan av teknisk ändring, ärende 123638, Reg nr 2011-05937, OKG Aktiebolag, 2011-03-09. [3] Beslut om förbud att hantera bränsletransportbehållare under effektdrift i reaktorn Oskarshamn 2, SSM 2011/305, 2011-02-15. [4] Beslut om förbud att hantera bränsletransportbehållare i flaskschaktutrymmet under effektdrift i reaktorn Oskarshamn 2, SSM 2011/1122, 2011-03-09. [5] Missilgenererade lasteffekter i kärntekniska anläggningar, SKI Rapport 01:19, SKI, april 2001. [6] Consequences of dropped fuel container in lifting shaft at Oskarshamn 2, Reg nr 09102/R-01, Utgåva 3.0, OKG Aktiebolag, 2009-11-19. [7] Oskarshamn 2 Kompletteringar till anmälan av teknisk ändring, ärende 124857, 123638, enligt SSMFS 2008:1 4 kap. 5, dnr SSM 2011/305 samt SSM 2011/1122, Reg nr 2011-12765, OKG Aktiebolag, 2011-05-24.
SSM 2011/305, SSM 2011/1122 Sida: 9/9 [8] Oskarshamn 2 Konsekvensanalys av missöden vid tunga lyft, Reg nr 07105/R-01, Utgåva 4.0, OKG Aktiebolag, 2010-10-26. Sändlista OKG Aktiebolag För kännedom Ringhals AB Forsmarks Kraftgrupp AB ÅF-TÜV Nord AB Inspecta Nuclear AB Internt SSM: Lars Skånberg, Klas Idehaag, Richard Sundberg, Linus Norlander