Тред №841812

Быть готовым ко всему






Атомная энергия требует особого отношения. Валерий Шаманский, заместитель главного инженера по безопасности и надежности Белоярской АЭС, рассказал, за счет каких технических решений станция может выдержать экстремальный мороз, землетрясение и любую другую запроектную аварию.

С чего все начиналось?

Белоярская АЭС (Свердловская обл.) возводилась в три очереди. Первая очередь — возведенные в 1960-х гг. блоки №1 и №2 остановлены, находятся в режиме неэнергетической эксплуатации. До тех пор, пока отработанное ядерное топливо хранится в пристанционных бассейнах выдержки, мы не можем приступить к полномасштабным работам по выводу блоков из эксплуатации. Планируется, что в 2016 г. начнется отправка топлива на ПО «Маяк» (Челябинская обл.) для переработки, сейчас на этом предприятии ведется необходимая подготовка.

В этом году мы начали вывозить радиоактивные отходы первого и второго энергоблоков в специализированные организации. Сейчас ведется демонтаж оборудования: в ближайшем будущем турбогенератор № 1 будет утилизирован. Также ведется демонтаж технологических зданий, которые участвовали в выработке электроэнергии на этих блоках. Все работы производятся в соответствии с Федеральной целевой программой.
 

Коммерческий блок

На сегодня основной блок Белоярской АЭС — БН-600. Этот блок с реактором на быстрых нейтронах был включен в энергосистему в 1980 г., и в 2010 г., спустя тридцать лет, должен был закончиться расчетный срок его эксплуатации, однако этот срок удалось продлить еще на 10 лет. Получению продления предшествовал пятилетний подготовительный период, когда на БАЭС был проведен колоссальный объем работ с целью привести блок, спроектированный более 35 лет назад, к современным требованиям. Это было однозначным требованием нашего регулятора — Ростехнадзора.

И нам удалось получить лицензию на эксплуатацию БН-600 до 2020 г. Уже подготовлено обоснование возможности продолжения эксплуатации до 2025 г. Ведутся работы по обоснованию продления срока эксплуатации и сверх 15-летнего периода — для этого есть все предпосылки с точки зрения состояния оборудования и металла незаменяемых внутренних конструкций.
 
Проектные решения

На БН-600 применен ряд проектных решений, за счет которых обеспечивается высокий уровень безопасности. Во-первых, это интегральная компоновка. Все оборудование первого контура заключено в одном баке — корпусе реактора. Более того, бак имеет страховочный равнопрочный корпус: в случае разгерметизации основного корпуса, второй обеспечит требуемую безопасность. При этом ведется постоянный контроль герметичности, который позволяет быть уверенным, что за пределы бака радиоактивные вещества не выходят.

Во-вторых, это компактная активная зона. Она имеет диаметр всего два метра и высоту — один метр. Эта «таблеточка» дает 600 МВт. Ее преимущество в том, что в отличие от реакторов РБМК (реактор большой мощности канальный), где диаметр и высота активной зоны в несколько раз больше, в реакторе на быстрых нейтронах переходные физические процессы минимальны. То есть реактор физически очень устойчив и удобен в управлении.


В-третьих, БН-600 имеет несколько физических барьеров безопасности, которые стоят на пути распространения радиоактивности в окружающую среду. «Таблетка» с топливом — уже сама по себе барьер, поскольку спрессована и не рассыпается. «Таблетка» помещается в оболочку, похожую на металлический карандаш — ТВЭЛ (тепловыделяющий элемент), — это следующий барьер. Еще один барьер — корпус реактора и т.д.

Четвертый фактор безопасности — низкое удельное давление в реакторной установке, менее 0,5 кгс/см. Если взять реактор ВВЭР (водо-водяной), то там давление — 160 кгс/см, и требуется более мощное конструктивное исполнение корпуса реактора. При низком давлении корпус реактора не нагружен, отсутствует вероятность появления быстроразвивающихся дефектов — это большое преимущество.

Еще один фактор — высокая теплоемкость теплоносителя и наличие естественной циркуляции. Сам по себе натрий — уникальный теплоноситель. Единственный его минус — высокая химическая активность при взаимодействии с водой и воздухом. Чтобы избежать такого взаимодействия, натрий находится в баке, а сверху имеется прослойка из инертного газа — аргона. От пароводяного контура, в котором работает турбина, реакторный натрий отделен промежуточным вторым контуром с чистым нерадиоактивным натрием. Еще один плюс в том, что даже если остановить насосы, через активную зону будет идти естественная циркуляция натрия, за счет чего будет обеспечиваться охлаждение.

Еще одно серьезное преимущество с точки зрения безопасности — большой запас до кипения натрия — почти 350°С: рабочая температура в блоке на быстрых нейтронах порядка 550°С, а натрий кипит при 890°С. Для сравнения в водо-водяных реакторах, чтобы вода не кипела, надо держать давление 160 кгс/см.
 
Для радиационной безопасности

Можно выделить несколько основных технических решений, обеспечивающих высокий уровень радиационной безопасности энергоблоков с реакторами БН. В первую очередь это эффективная биологическая защита от ионизирующего излучения и наличие промежуточного нерадиоактивного теплоотводящего контура.

Все атомные станции, энергетические установки, как правило, имеют два контура: первый, где находится активная зона, и второй, где турбина и генератор. В блоках БН есть еще промежуточный контур. Это ставит нас в менее выгодную ситуацию с точки зрения себестоимости сооружения блока, зато дает существенное преимущество в плане радиационной безопасности. Радиоактивный натрий из бака не выходит, а натрий, вращающийся в парогенераторах, уже чистый. При этом давление среды направлено от пароводяного (нерадиоактивного) контура к реактору, что исключает утечку радиоактивного теплоносителя.

Особенность натриевого теплоносителя еще и в том, что он эффективно удерживает радионуклиды йода. В случае аварийной ситуации радиоактивный йод не выйдет в атмосферу.

Для очистки натрия используются холодные фильтр-ловушки, удерживающие до 90% трития — изотопа, с которым в иных случаях тяжело бороться.
 


Системы безопасности

При нормальной эксплуатации АЭС опасность для персонала, населения и окружающей среды отсутствует. На безопасность АЭС могут влиять только аварийные ситуации и аварии. Поэтому основная задача обеспечения безопасности — наличие технических мер, направленных на предотвращение аварий или ограничение их последствий.

Для этих целей используются инженерно-технические системы безопасности, которые включаются в работу при нарушении нормальной эксплуатации.

Понятно, что в отличие от традиционной электроэнергетики атомная энергетика обязана нести на себе дополнительный груз наличия систем безопасности, ненужных для нормальной эксплуатации. К примеру, если на тепловой электростанции необходим один насос, то на атомной их должно быть три. Все системы должны быть резервированы, причем не только количественно. Они должны работать на разных принципах, чтобы одна причина не повлекла их общий выход из строя. Кроме того, системы должны быть физически разнесены, чтобы не допустить выход из строя по общей причине. Требования к ним — жестко регламентированы.

Системы безопасности нужны для аварийного останова реактора и его удержания в подкритическом состоянии. Вторая функция — аварийный отвод тепла от активной зоны, потому что мгновенно ядерные реакции не затухают и остаточное тепловыделение продолжается длительный период. И третья — удержание продуктов в установленных границах (в защитных оболочках).

Выделяют четыре типа систем безопасности:

• защитные — например, система аварийной защиты: в случае необходимости стержни мгновенно падают в активную зону и останавливают реактор;

• локализующие, служащие для удержания радиоактивных веществ — все емкости, трубопроводы с радиоактивным натрием имеют страховочные кожухи; если возникнет течь в основной трубе, то локализующая труба принимает на себя ее объем. Причем требования к страховочным кожухам такие же, как к основным;

• обеспечивающие системы — это электроэнергия, вода, пар, т.е. системы снабжающие другие системы безопасности;

• управляющие системы — отдают команду другим системам в экстренной ситуации.
 
АЭС после «Фукусимы»

Все знают, что в 2011 г. в Японии произошли трагические события, и российская атомная энергетика на них мгновенно отреагировала. В концерне «Росэнергоатом» было изучено все, что произошло на АЭС «Фукусима», по всем действующим станциям были проведены стресс-тесты, позволяющие проверить устойчивость к внешним воздействиям самого неординарного характера.

В частности, для третьего блока БАЭС мы рассматривали понижение температуры до -61°С. Также мы подготовились к землетрясению силой 6 баллов (БН-600 был изначально спроектирован на 5 баллов). Такое явление, согласно расчетам, может быть на площадке раз в 10000 лет. Более того, для реактора и для второго контура, который участвует в отводе тепла, мы подтвердили устойчивость до 7 баллов. На сегодняшний день это стало стандартом для российских АЭС: все новые блоки, в частности БН-800, строятся в расчете на 7 баллов не зависимо от сейсмичности площадки.


Прежде у нас не было резервного пункта управления энергоблоком. Сегодня он создан, хотя такие преобразования было сложно выполнить на действующем блоке.

На БАЭС были приобретены передвижные дизель-генераторные установки мощностью 2 МВт, установки для питания силового оборудования, в дополнение к имеющимся стационарным 22 дизель-генераторам. Также купили маленькие передвижные ДГУ — для питания управляющих систем.

Приобрели передвижные насосные установки. Хотя, в отличие от реактора ВВЭР на БН вода не нужна, вода может пригодиться для обеспечения бассейна выдержки, где перед вывозом на переработку хранится отработавшее топливо, на случай аварийной подпитки извне, к примеру, от пожарных машин или баков чистого конденсата.

Была рассмотрена авария, которую только можно вообразить: полное обесточивание, и в дополнение к этому отказ срабатывания стержней аварийной защиты. Мы проанализировали, что произойдет в этом случае с реактором и топливом, и выявили, что даже в этом случае эвакуация населения г. Заречный, расположенного в 3 км от БАЭС, не требуется.

Для повышения противаоаварийной готовности выполнена поставка и монтаж оборудования цифровой связи стандарта TETRA. В случае стихийных бедствий оно обеспечит устойчивую связь с кризисными центрами. Станция оснащена подвижным узлом связи, разработан проект резервирования линий связи между АЭС и кризисным центром «Росэнергоатома» в Москве.

По результатам поставки нового оборудования, наши работники прошли необходимые тренировки, разработаны карты действия персонала, выполнена корректировка отчета по углубленной безопасности. Внесены изменения в эксплуатационные документы по управлению авариями.
 
Эволюция систем

Сейчас на Белоярской АЭС заканчивается подготовка к пуску БН-800, далее планируется строительство серийного блока БН-1200. Все блоки с реакторами на быстрых нейтронах имеют общие решения, тем не менее постепенно происходит эволюция систем безопасности.

Промежуточный контур, окожуховывание трубопроводов, содержащих радиоактивные вещества, активная аварийная защита есть у всех. Пассивная же — только у БН-800 и БН-1200. Защита на основе температурного принципа действия будет только на БН-1200. 
Система аварийного отвода тепла на БН-600 изначально была только в третьем контуре, сейчас добавлена и во второй. На БН-800 воздушный теплообменник штатно установлен на втором контуре. У БН-1200 воздушный теплообменник будет в первом контуре. В чем плюс? Если у БН-800 теплообменники стоят на каждой петле, но не охлаждают непосредственно бак, то у теплообменников БН-1200 будет хорошо развита естественная циркуляция — в случае обесточивания они на естественной тяге будут охлаждать натрий первого контура.

Система удержания расплавленного топлива («ловушка») есть на БН-800 и БН-1200.

Система локализации выбросов появится только на БН-1200. Она необходима в основном во время перегрузки топлива из реактора в бассейн выдержки. С новой системой даже малейшая утечка радиоактивного аргона будет невозможна.

Делая выводы, подчеркну, что системы безопасности энергоблоков Белоярской АЭС уже сегодня обеспечивают управление блоками в любых нештатных ситуациях, а персонал станции готов к безопасной надежной эксплуатации. При этом уровень безопасности атомной энергетики постоянно растет.
 
Записала Екатерина Зубкова
Фото автора