Nükleer Güç Santrallerinde Genel Tasarım Süreci

Mühendislik; bilimsel ve matematiksel bilgilerin pratik amaçlarla yapıların, makinelerin, proseslerin ve sistemlerin tasarımı, üretimi ve işletilmesine uygulanmasıdır. Kore sunumunda “engineering activities” kavramı planlama, uygunluk araştırması, tasarım, analiz, satın alma, tedarik, test, kontrol, deneme işletmesi, değerlendirme, danışmanlık, eğitim ve bunların yönetimini kapsayan geniş bir faaliyet bütünü olarak ele alınmaktadır.

Nükleer santral mühendisliğinde tasarım; tedarik, imalat, yapım, devreye alma ve işletmeden kopuk değildir. Tasarım çıktıları satın alma şartnamelerini ve yapım dokümanlarını üretir; saha ve işletme deneyimi ise tasarıma geri besleme sağlar.

Tasarım kriterleri tek bir kaynaktan türetilmez. İşveren gerekleri, saha özellikleri, mevzuat, lisanslama gerekleri, kod ve standartlar, referans santral, NSSS ve türbin-jeneratör gerekleri, kalite gereklilikleri, işletme deneyimi ve yeni teknoloji seçenekleri birlikte değerlendirilir.

Sunum; saha araştırması ve çevresel değerlendirme, fizibilite ve inşaat planı, arazi edinimi, ana sözleşme, tasarım, NSSS/TG imalatı ve BOP tedariki, lisanslama, yapım ve devreye alma faaliyetlerini ayrı ancak birbirine bağlı süreçler olarak gösterir.

Nükleer tasarım, planlı ve sistematik bir Tasarım Kontrol Sistemi altında yürütülür. Amaç tasarım girdilerinin doğru biçimde tanımlanmasından tasarım çıktısının yayımlanmasına kadar bütün faaliyetleri kontrol ederek tasarım kalitesini korumaktır.

• Project QA Program Manual (PQPM): proje kalite güvence programı.
• Engineering Procedures Manual (EPM): disiplinler arası arayüzleri ve ayrıntılı mühendislik prosedürlerini kontrol eder.
• Project Engineering Guides (PEG): belirli tasarım konuları için tamamlayıcı talimatlar.

Sunumda PQPM'nin şirket QA programı, 10 CFR 50 Appendix B, ASME NQA-1 ve diğer uygulanabilir gereklilikler temelinde oluşturulduğu; EPM'nin ise proje içindeki bütün disiplinleri kapsayan ayrıntılı prosedürleri ve arayüzleri yönettiği belirtilmektedir.

Tasarım girdileri; uygulanabilir düzenlemeler, kodlar ve standartlar, lisanslama ve QA gereklilikleri, saha özellikleri, işveren gerekleri, tasarım standartları, yeni teknoloji ve sınıflandırma kriterlerini içerir.

Bu girdiler General Design Criteria → System Design Criteria → Design Outputs zinciri içinde geliştirilir. Sunum ayrıca Design Criteria Manual (DCM) ile ana kriterlerin yönetilmesini ve disiplinler arası bilgilerin Design Information Transmittal (DIT) üzerinden kontrollü aktarılmasını anlatmaktadır.

Taslak doküman ilgili disiplin tarafından hazırlanır; referans santral bilgileri, güncel kod ve standartlar, saha özellikleri ve proje değişiklikleri dikkate alınır. Diğer disiplinlerin yorumları çözülür. Kontrolü yapan kişi ilk hazırlayıcıdan farklıdır. Yetkili mühendislik ve kalite fonksiyonlarının incelemesinden sonra doküman kontrollü olarak yayımlanır ve kayıt altına alınır.

Tasarım doğrulamasının amacı güvenlik açısından önemli sistem ve yapıların yeterli tasarlandığını ve tasarımların doğru biçimde bütünleştiğini teyit etmektir. Sunumda tasarım incelemesi, alternatif hesap ve yeterlilik testi gibi yöntemler belirtilmektedir.

Nükleer santral binlerce ekipman ve çok sayıda mühendislik disiplininin birleşimidir. Bu nedenle yalnızca tek tek sistemlerin doğru tasarlanması yeterli değildir; sistemler arasındaki arayüzler de kontrol edilmelidir.

İşveren, düzenleyici kurum, A/E, NSSS ve T/G tedarikçileri, BOP tedarikçileri ve yapım kuruluşları arasında tasarım kriterleri, tedarikçi dokümanları, satın alma şartnameleri, saha bilgileri ve yapım arayüzleri sürekli dolaşır.

Değişiklikler değerlendirilir, arayüz ve güvenlik etkileri incelenir, yetkili kişilerce onaylanır ve ardından orijinal tasarım dokümanlarına işlenir.

QA ve QE grupları tasarım faaliyetlerini ve çıktılarını sistematik olarak değerlendirir. QA denetimleri ve izleme faaliyetleri, tasarımın kalite programına uygun yürütülmesini kontrol eder. Taşeronların faaliyetleri de QA denetimlerine dahil olabilir. QE gözetimi tekrarlanan tasarım hataları gibi eğilimleri değerlendirmeye yardımcı olur; önemli tasarım eksiklikleri için düzeltici faaliyetler başlatılabilir.

Sunumun temel yaklaşımı şudur: mühendislik işi projenin başında geniş çerçevede tanımlanır, ilerledikçe daha açık ve ayrıntılı hale gelir.

Kavramsal tasarım, fizibilite çalışmaları için ana sistemlerin ve tesislerin tahmini tasarımını oluşturur; teknik ve ekonomik uygulanabilirlik ile ana tesis planı değerlendirilir. Kore örneğinde ana sözleşmeden sonra Design Criteria Manual'ın hazırlanmasına kadar yaklaşık 7–8 ay verilmektedir.

Başlıca çıktılar

• Design Criteria Manual
• General/System/Classification Design Criteria
• Site Plot Plan
• Project QA Program Manual
• Bütçe tahmini
• Milestone ve front-end programı
• Project Procedures Manual
• Engineering Procedures Manual
• Material Assignment Schedule
• Purchase Order Package List

Ön tasarım, kavramsal tasarım sonuçlarının uygulanabilirlik ve performans açısından daha ileri geliştirilmesini sağlayan geçiş aşamasıdır. Sunumda bu aşama kavramsal tasarım ile temel tasarım arasında konumlandırılmıştır.

Temel tasarım, sistem ve yapıların fiziksel ve fonksiyonel gerekliliklerini tanımlar ve detay tasarımın temelini oluşturur. Sunumda Design Criteria Manual'dan PSAR/ER sunumuna kadar uzanan yaklaşık 12–14 aylık bir proje bağlamı verilmektedir.

Başlıca çıktılar

• General Arrangement Drawings
• Electrical Single Line Diagrams
• PSAR / ER
• P&ID ve Control Logic Diagrams
• Sistem ve yapısal hesaplar
• Güvenlik ve radyasyon koruma analizleri
• Sismik rapor
• System Functional Description
• Purchase ve Construction Specifications
• Engineering QA Program Manual
• Entegre proje programı

Detay tasarım; temel tasarımda belirlenen gereklilikleri satın alma, imalat, yapım, devreye alma ve işletmede kullanılabilecek ayrıntılı dokümanlara dönüştürür. Sunumda temel tasarım sonrasında yaklaşık 12–14. aydan ticari işletmeye kadar devam eden bir süreç olarak gösterilir.

Başlıca çıktılar

• FSAR ve ER ekleri
• Plant Manual
• ALARA Design Review ve Shield Report
• Purchase Specification
• Piping Stress Analysis
• Mimari ve yapısal detay çizimleri
• Elektrik ve kablo dokümanları
• I&C loop ve fonksiyonel bağlantı dokümanları
• HVAC yerleşimleri ve kanal detayları
• Area Piping, Piping Isometric ve Pipe Support
• Ekipman, hat ve vana listeleri
• Devreye alma ve işletme prosedürleri
• As-Built dokümantasyonu

Bu ölçek, nükleer santral tasarımının mimari, inşaat, yapı, elektrik, I&C, mekanik, nükleer, proses, çevre, lisanslama, kalite ve devreye alma disiplinlerini aynı mühendislik veri zincirinde birleştirdiğini gösterir.

Sunumda örnek olarak 281 Design Standard, 233 Standard Specification, 71 Corporate Engineering Procedure ve 1.310.000 sayfa Referans Santral dokümanı verilmektedir.

Bu ayrım teknoloji transferi açısından önemlidir: sistem gerekliliklerini yazabilmek, ekipmanın nasıl üretileceğini ve sahada nasıl kurulacağını tasarlayabilmekle aynı yetkinlik değildir.

• NSSS: Nuclear Steam Supply System; reaktör ve nükleer buhar üretim sistemi.
• T/G: Turbine/Generator; türbin-jeneratör adası.
• BOP: Balance of Plant; NSSS ve T/G dışındaki yardımcı ve destek sistemleri.

A/E; müşteri hedeflerine ulaşmak için tasarım, şartname ve proje yönetimini bir arada kullanır. Amaçlar güvenlik, kalite, güvenilirlik ve ekonomi iken görevler iyileştirme, uygulama, entegrasyon, planlama, doğrulama, tedarik ve kontrol başlıklarına yayılır.

Bu nedenle A/E yetkinliği teknoloji öz-yeterliliğinin önemli göstergelerindendir. Bir ülkenin reaktör ekipmanı üretebilmesi ile bütün santrali tasarım girdilerinden saha montajına kadar koordine edebilmesi aynı şey değildir.

Sunumun son bölümleri Kore'nin teknoloji öz-yeterliliği programını tasarım, tedarik, imalat, yapım, bakım ve yakıt gibi alanlara dağıtılmış kurumsal roller üzerinden açıklar.

Nükleer santral tasarımı; reaktör fiziği, termohidrolik, malzeme, mekanik, elektrik, enstrümantasyon ve kontrol, inşaat, yapı, deprem, HVAC, yangın güvenliği, radyasyon koruması, çevre, insan faktörleri ve proje yönetiminin ortak ürünüdür.

2012 tarihli sunumun temel ilkeleri güncel IAEA güvenlik çerçevesiyle birlikte okunduğunda tasarım sürecinin kapsamı daha da genişler. SSR-2/1 (Rev. 1), nükleer santral tasarımında güvenlik yönetimi, temel teknik tasarım kriterleri, genel tesis tasarımı ve belirli sistemlere ilişkin gereklilikleri kapsar.

• Defence in depth ve güvenlik fonksiyonlarının tasarıma işlenmesi
• Design basis ve tasarım esaslarının tanımlanması
• Safety classification ile SSC'lerin güvenlik önemine göre sınıflandırılması
• İç ve dış tehlikelerin tasarımda dikkate alınması
• Çevresel ve sismik yeterlilik
• ALARA ve radyasyon korumasının tasarıma dahil edilmesi
• İnsan faktörleri ve işletilebilirlik
• Konfigürasyon ve tasarım değişikliği yönetimi

Sistem/üretim/montaj tasarımı mühendislik faaliyetinin hangi seviyede yürütüldüğünü anlatır. Güvenlik sınıflandırması ise bir yapı, sistem veya komponentin güvenlik işlevi ve önemine göre hangi tasarım, imalat, kalite ve doğrulama kurallarına tabi olacağını belirler.

IAEA SSG-30 yaklaşımında önce güvenlik işlevlerinin belirlenmesi ve kategorize edilmesi, sonra bu işlevleri yerine getiren SSC'lerin sınıflandırılması ve uygun mühendislik kurallarının seçilmesi esastır.

Tasarımcı satın alma şartnamesini oluşturur; tedarikçi ekipman tasarımını geliştirir; tedarikçi dokümanları incelenir; imalat ve saha uygulaması tasarım geri beslemesi üretir. Bu zincirin kontrollü tutulması nükleer kalite güvencesinin temel unsurlarındandır.

Gerçek teknoloji transferi yalnızca reaktör tasarımının veya teknik doküman paketinin alınmasıyla tamamlanmaz. Tasarım girdilerini okuyabilmek, bunları kriterlere çevirmek, sistemleri tasarlamak, hesapları yapmak, tasarımı doğrulamak, tedarikçi dokümanlarını değerlendirmek, saha değişikliklerini yönetmek ve işletme deneyimini yeni tasarıma aktarabilmek gerekir.

KEPCO E&C'nin güncel faaliyetleri, nükleer mühendisliğin tek başına gelişen bir ada olmadığını gösteren önemli bir örnektir. Şirket nükleer santrallerin yanında termik santraller, kombine çevrim ve kojenerasyon, yenilenebilir enerji, çevre teknolojileri, iletim/trafo merkezleri, EPC ve dijital mühendislik alanlarında faaliyet göstermektedir.

KEPCO E&C kendi kayıtlarında 500 MW sınıfı kömür santralleri, 800 MW ve 1000 MW sınıfı santraller, CFBC santralleri ve 60'tan fazla kojenerasyon/kombine çevrim santrali tasarım deneyimi bildirmektedir. Şirket ayrıca su arıtma, atık su, suyun yeniden kullanımı ve deniz suyu desalinasyonu alanlarında da mühendislik deneyimi bulunduğunu belirtmektedir.

Nükleer santral tasarımı; gerekliliklerin belirlenmesi, tasarım esasının oluşturulması, sistem mimarisinin geliştirilmesi, hesapların yapılması, disiplinler arası arayüzlerin yönetilmesi, bağımsız doğrulama, tedarikçi tasarımlarının kontrolü, imalat ve yapım geri beslemesinin alınması, değişikliklerin yönetilmesi ve bütün tasarım kayıtlarının yaşam döngüsü boyunca korunması faaliyetlerinin tamamıdır.

Bu soruların tümüne cevap verebilmek, bir santral satın alma veya inşa etme kapasitesinden çok daha ileri bir mühendislik ve teknoloji öz-yeterliliği seviyesini ifade eder.

1. Peter Ill-Seok Jeong, NPP General Design Process, KHNP, 17 April 2012.
2. IAEA Safety Standards – SSR-2/1 (Rev. 1), Safety of Nuclear Power Plants: Design.
3. IAEA Nuclear Power Plant Safety Guides – özellikle SSG-30.
4. U.S. Nuclear Regulatory Commission – 10 CFR Part 50 Appendix B ve tasarım kontrolü.
5. KEPCO E&C – nükleer, termik, yeni enerji, EPC ve dijital mühendislik.
6. KEPCO E&C – Nuclear Power Plant Design.
7. KEPCO E&C – Thermal Power Engineering.
8. KEPCO E&C – Water Treatment and Desalination.
9. KEPCO E&C – Digital Transformation.

Nükleer enerji, mühendislik ve teknik içerik hakkında görüş, düzeltme veya önerilerinizi iletebilirsiniz.

• İletişim Sayfası