Die Produktionsfunktion jeder Organisation ist Bedrohungen und Herausforderungen für den laufenden Betrieb ausgesetzt. Die erfolgreiche Umsetzung eines innovativen Plans kann ein wichtiger Motivationsfaktor und eine große Quelle des Stolzes für die Belegschaft sein. Das galt insbesondere für ein Kernkraftwerk in New York.
Das wichtigste Leistungsziel beim Betrieb eines Kernkraftwerks ist die Sicherheit. Alle Arbeiten müssen im Hinblick auf den Schutz der Öffentlichkeit und der Mitarbeitenden durchgeführt werden. Im Kontext der Sicherheit besteht das Produktionsziel darin, den Reaktor über einen Brennstoffzyklus (18–24 Monate) mit 100 % Leistung zu betreiben, zur Brennstoffwechsel- und planmäßigen Wartungsphase herunterzufahren und ihn für den nächsten Lauf so schnell wie möglich wieder auf volle Leistung hochzufahren. Da ein Kernkraftwerk eine komplexe Maschine ist, ist es anspruchsvoll, einen vollständigen Brennstoffzyklus zu fahren, ohne zur Problemlösung abschalten zu müssen. Das Abschalten bringt übrigens seine eigenen Herausforderungen mit sich.
Das Kernkraftwerk Nine Mile Point liegt an der Ostseite des Ontariosees. Am Standort gibt es zwei Reaktoren und über 1.100 Mitarbeitende. Block 1 ging 1969 in den kommerziellen Betrieb, Block 2 nahm 1988 den kommerziellen Betrieb auf. Nur einmal hatte ein Block einen langen Lauf erreicht, und als er heruntergefahren wurde, dauerte es aufgrund programmatischer Probleme sowie Verschleiß über zwei Jahre, bis er wieder ans Netz ging. Vor etwa vier Jahren verkaufte Niagara Mohawk das Kraftwerk an Constellation Energy.
Steve Davis ist Program Leader sowohl für Analytical Troubleshooting® als auch für Problem Solving and Decision Making. 1990 wurde er zertifiziert, am Kernkraftwerk Calvert Cliffs von Constellation in Maryland zu unterrichten. Im Laufe der Jahre übernahm Steve eine Vollzeitrolle als leitender Troubleshooter. Nach dem Kauf durch Constellation wechselte er zum Standort Nine Mile Point und hat zu Initiativen zur Leistungsverbesserung beigetragen.
Spät in diesem Frühjahr stellten die Bediener von Block 2, der seit fast 400 Tagen lief, ein Leck von Hydraulikflüssigkeit im Regelventil des primären Rezirkulationsdurchflusses fest. Das Ventil ist für die Reaktorleistung kritisch und befindet sich in einem stark radioaktiven Bereich. Als die Leckrate anstieg, zeigte eine Problemanalyse, dass es Leckagen an der Stopfbuchse des Ventils und möglicherweise einen Dichtungsausfall gab. Viele Bereiche des Kraftwerks sind während des Betriebs zu radioaktiv, um sie zu betreten, daher muss sich die Fehlersuche auf Instrumentenmesswerte stützen. Die Stopfbuchsenleckage schien eine wahrscheinliche Ursache zu sein, weil Stellmanipulationen des Ventils aus dem Leitstand zu Änderungen der Leckrate führten.
Das Kraftwerksmanagement stand vor einer schwierigen Entscheidung. Es konnte das Kraftwerk herunterfahren und die Probleme beheben oder über den Sommer weiterbetreiben und einen erzwungenen Shutdown riskieren, falls sich die Probleme verschlimmerten. Neben den Belastungen durch das Abkühlen und Wiederaufheizen der Anlagen würde ein Shutdown zu Unterbrechungen der Versorgung führen. 2001 hatte Block 2 sieben erzwungene Shutdowns. Jetzt erlebte er seinen besten Produktionslauf überhaupt. Es wurde eine Entscheidungsanalyse angesetzt, um Reparaturalternativen zu prüfen.
In der Kernenergiebranche ergeben sich Reparaturmöglichkeiten bei voller Leistung, reduzierter Leistung oder vollständigem Shutdown. Eine Reparatur bei voller Leistung an dieser Anlage ist unmöglich, weil die Strahlungswerte in Reaktornähe für Menschen zu hoch wären. Reparaturen während eines Shutdowns sind für die vorgeschlagenen Arbeiten branchenüblich, da Strahlenexposition und hohe Umgebungstemperaturen beherrschbar sind. Jedes mögliche Online-Reparaturszenario müsste bei deutlich reduzierter Leistung erfolgen, um die Strahlenexposition zu minimieren. Eine große Hauptturbine über einen längeren Zeitraum bei sehr niedriger Leistung zu betreiben, wird normalerweise nicht versucht, da die Turbine beschädigt werden könnte. Eine Schwierigkeit bei einer längeren Leistungsreduzierung ist es, die Vibrationen der Hauptturbine innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten. Die Bediener von Nine Mile Point hatten kürzlich bei einer ähnlichen Anwendung an der Ausrüstung von Block 1 Erfahrungen gesammelt und waren zuversichtlich, dass sie die Vibrationen für die Reparatur an Block 2 sicher beherrschen könnten. Das Management stimmte zu, Online-Reparaturalternativen bei reduzierter Leistung zu prüfen.
In jeder Entscheidungsanalyse in einem Kernkraftwerk ist das Risikomanagement ein zentraler Bestandteil. Das Kraftwerksmanagement forderte die Mitarbeitenden heraus, einen Plan zu entwickeln, um die Leistung des Blocks an einem Wochenende zu reduzieren, die notwendigen Reparaturen sicher auszuführen und den Block bis Montagmorgen wieder auf volle Leistung zu bringen. Ein Team aus Kraftwerkspersonal aus Betrieb, Instandhaltung, Arbeitsplanung, Engineering, Strahlenschutz und Arbeitssicherheit machte sich an die Ausarbeitung des Plans.
Zu den im Plan adressierten Herausforderungen gehörten:
- Beheben von Stopfbuchsenleckagen an • zwei kritischen Durchflussregelventilen,
- Reparatur eines Hydrauliklecks am Ventilantrieb eines der Durchflussregelventile,
- Reparatur einer ausgefallenen Stellungsanzeige am Durchflussregelventil mit dem Hydrauliklecks,
- Beseitigung der ausgelaufenen Hydraulikflüssigkeit,
- Sicheres Arbeiten in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Strahlung sowie
- Aufrechterhaltung des Online-Betriebs der Hauptturbine während der Reparatur bei sehr niedriger Leistung.
Der Projektplan kombinierte eine Fehlersuche am Ausfallpunkt, um die tatsächliche Ursache zu bestätigen, mit einem Reparaturplan, der die Bandbreite möglicher Ergebnisse abdeckte, mit denen das Team konfrontiert sein könnte. In diesen Logikablaufplan war eine Potenzielle-Probleme-Analyse integriert, um die Risiken in jedem Schritt zu bewerten. Die Teammitglieder überprüften jede Aktivität des Arbeitsplans und versuchten, jedes Szenario zu identifizieren, dem sie begegnen könnten. Außerdem identifizierten sie alle Personen, Werkzeuge und Ressourcen, die zur Durchführung der Aufgabe erforderlich waren.
Der erste Vorschlag war, ein einstündiges Arbeitsfenster bei 25 % Leistung zu planen, um die Ursache der Probleme zu bestätigen, und anschließend eine zweite Leistungsreduzierung zur Durchführung der Reparaturen. Die Projektteammitglieder entschieden jedoch, dass dies das Reparaturteam einer relativ hohen Strahlenbelastung aussetzen würde und nicht genügend Zeit böte, um sich auf unerwartete Bedingungen einzustellen. Das Team empfahl dem Management eine Alternative: die Leistung des Blocks auf unter 15 % zu reduzieren und alle Reparaturen in einem einzigen, sechs Stunden langen Arbeitsfenster auszuführen. Das würde die Risiken für die Sicherheit des Personals senken, bedeutete aber, dass das Team alle Antworten parat haben musste. Das Managementteam stimmte der Empfehlung zu.
Das Team setzte den Plan an einem Samstag um, als die Stromnachfrage niedrig war. Viele Kraftwerksmitarbeitende beobachteten die Videomonitore aufmerksam, die anzeigen würden, ob sich das Kraftwerk Betriebsgrenzen näherte.
Das Reparaturteam legte Anti-Kontaminationskleidung an, nahm Werkzeuge und Ersatzmaterialien zusammen und betrat das Containment-Gebäude, in dem sich der Reaktor befindet. Die Arbeiten verliefen planmäßig. Die Stopfbuchsen der Durchflussregelventile wurden nachgestellt, um die Leckage an den Ventilspindeln zu stoppen. Die Stellungsanzeige des Ventils wurde repariert, und eine speziell entwickelte Dichtung wurde installiert, um das Hydrauliklecks zu beheben. Obwohl die Leckage nicht vollständig gestoppt wurde, waren die Bediener durch die Inspektion des Ventils und die Bestätigung der Ursache überzeugt, dass sie die Leckrate wirksam beherrschen konnten.
Die Reparaturarbeiten waren erfolgreich. Das Team von Nine Mile Point erreichte das Ziel, sicher zu arbeiten und die Risiken für Öffentlichkeit und Mitarbeitende zu minimieren, um die Reparaturen ohne vollständigen Shutdown durchzuführen. Diese Maßnahme zeigte Branchenführerschaft bei der Entwicklung eines neuartigen Troubleshooting-Ansatzes, der Prozess- und Risikomanagement effektiv nutzt. Indem das Reparaturteam alle möglichen Szenarien berücksichtigte und in jedem Schritt eine Potenzielle-Probleme-Analyse anwendete, war es darauf vorbereitet, innerhalb der zeitlichen Vorgaben der Aufgabe sicher zu reagieren. Die Strahlenexposition des Reparaturteams war aufgrund der umfangreichen Planung geringer als erwartet.
Entscheidend war, das Kraftwerk bei niedriger Leistung weiterzubetreiben, um die Turbinenrotation aufrechtzuerhalten. Hauptwellen von Turbinen sind lang und schwer. Bei Betrieb außerhalb der Norm können an den Wellen Reibstellen und andere Defekte entstehen, daher musste der Plan den Schutz der Turbine vor Vibrationen wirksam berücksichtigen. Durch den Weiterbetrieb der Turbine stellte das Team während dieser Maßnahme außerdem 16 Megawatt Leistung für Kunden bereit.
Das weniger quantifizierbare Ergebnis war der Stolz und die Leistung, das Kraftwerk sicher online zu halten und den Produktionslauf aufrechtzuerhalten. Das Vertrauen der Mitarbeitenden stieg, und der Wert wirksamen kritischen Denkens wurde weiter gefestigt.
Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Berichts ist das Kraftwerk weiterhin online.