Комментариев: 014.08.2012

Василий Ковалев, Санкт-Петербург

PROATOM.RU

  На этот раз сенсации не произошло – «скандинавы нам нового ничего не сказали». О том, что «останавливается один из реакторов атомной электростанции Сосновый Бор, в связи с трещиной в графите» (с таким сообщением вышла газета на шведском языке в Финляндии), мы и без них знали.

  4-6 июня 2012 года в Москве проходил IV Международный форум "Атомэкспо-2012". Центральная тема форума – "Мировая атомная энергетика: год после Фукусимы". Интервью изданию AtomInfo.Ru дал первый заместитель генерального директора ОАО "Концерн Росэнергоатом", Владимир Асмолов: – Мощность РБМК не будет подниматься? – Именно так. – А причина этого? – Проблема с графитовой кладкой. Исходно деградация графита была предсказана. Она должна была начаться через 40-45 лет эксплуатации. Деградацию, которую мы видим, нельзя назвать катастрофической. Но есть тренд. И мы поняли, что если увеличим мощность, то ускорим деградацию. На первом блоке Ленинградской АЭС мы снизили мощность до 80%, чтобы дать возможность блоку проработать до появления замещающих мощностей. Мы продолжим измерять искривления каналов. Если увидим, что тренды плохие, то мы ещё сильнее снизим мощность. Не могу исключить и самого кардинального решения. После определённой дозы облучения в графитовой кладке начинается трещинообразование. Процесс сложный, но в определённый момент кладка теряет свою исходную геометрию. Самое неприятное в этом – искривление каналов. С точки зрения теплообмена, это не так страшно, так как он сохранится на достаточном уровне при большом диапазоне искривлений. Но есть каналы с контрольными стержнями, и для них искривление недопустимо. Поэтому вопросу о деградации графита мы уделяем особое внимание.

Генеральный директора ОАО "Концерн Росэнергоатом» Евгений Романов: -Действительно, на данный момент срок ремонта первого энергоблока Ленинградской АЭС продлен. Честно признаюсь, что ситуация на этом энергоблоке сложилась не самая простая. Мы уже заявляли ранее о том, что там есть проблемы, связанные с изменением геометрии графитовой кладки.

 В мае 2012 года первый блок ЛАЭС остановлен на ремонт. Срок ремонта продлен. В ИНТЕРНЕТ ползут различные слухи. Руководство концерна «Росэнергоатом» немногословно, осторожничает, говорит дипломатично, что «тренды плохие», что происходит «деградация графита», и «о непростой ситуации». Отсутствует информация и на официальном сайте ОАО Концерна «Росэнергоатом».

 Попробуем проанализировать сами, что происходит на первом блоке ЛАЭС. Этот блок с первым, построенным и введенным в эксплуатацию в 1973 году реактором РБМК-1000. Реактор выработал свой запредельный расчетный срок, в настоящее время остановлен, и пока никакой опасности нет.

Немного истории и техники

Реактор большой мощности канальный РБМК -1000 электрическая мощность 1000 МВТ. Конструкция РБМК-1000, была разработана советским институтом НИКИЭТ из министерства Среднего машиностроения СССР. Первый реактор РБМК-1000 был построен в 1973 году на ЛАЭС. Всего на ЛАЭС с данным типом реактора находится в эксплуатации четыре блока. Данный тип реактора эксплуатируется только в России: на Смоленской АЭС – три блока, на Курской АЭС – четыре блока. Построенные во времена СССР в Украине на Чернобыльской АЭС и в Литве на Игналинской АЭС реакторы РБМК под воздействием общественности были сняты с эксплуатации.

 В технологических каналах реактора РБМК -1000 деминерализованная вода превращается в водо-паровую смесь. Смесь сепарируется в барабан- сепараторах, пар освобождался от воды и используется как рабочее тело турбины. Графитовая кладка реактора выполняет функции замедлителя и отражателя нейтронов Графитовая кладка имеет цилиндрическую форму диаметром 18 м и высотой 8 м и составлена из 2488 графитовых колонн с осевыми отверстиями. Колонны набраны из графитовых блоков квадратного сечения 250 х 250 мм высотой 600 мм и опираются на опорные плиты со стаканами. Четыре крайних ряда колонн образуют по окружности кладки кольцо бокового отражателя толщиной 880 мм. Верхний и нижний слои графита кладки высотой по 500 мм выполняют функции торцевых отражателей. Сверху колонны покрыты защитными плитами. Осевые отверстия колонн активной зоны служат для установки топливных каналов и каналов системы управления и защиты. Отверстия периферийных колонн отражателя – для каналов охлаждения отражателя Каналы привариваются к внутренней поверхности стояков верхней плиты, а со стояками нижней плиты соединяются через сильфонные компенсаторы, обеспечивающие компенсацию линейных удлинений канала при разогреве. Тем самым в пределах реактора формируется тракт для теплоносителя, образуемый собственно технологическим каналом и частью стояков верхней плиты выше шва приварки каналов к этим стоякам. Если говорить просто, произошло все по законам ядерной физики – «от действия потока нейтронов «атомная решетка углерода разбухла», и, как следствие, изменилась геометрия графитовой кладки. Графитовая кладка, выполняющая роль замедлителя и отражателя нейтронов, является незаменяемым и ограниченно ремонтоспособным элементом реактора. Она определяет ресурс работы реактора и всего энергоблока. Под действием нейтронного потока, времени и температуры в процессе эксплуатации реактора происходит старение углерода, как материала, и, как следствие, старение всей графитовой кладки. Старение графита выражается в изменении геометрических характеристик графитовой кладки.

 В процессе эксплуатации реакторов типа РБМК-1000 под действием радиационного облучения, температуры, а для технологических каналов и давления теплоносителя происходит изменение формы канальных труб, графитовых блоков и колец. Это, в свою очередь, приводит к исчезновению проектного диаметрального зазора между циркониевой трубой технологического канала и наружным графитовым кольцом, и появления контакта между технологическим каналом и графитовой кладкой и, как следствие, их «заклинивание» трубы в канале графитовой кладки. При «заклинивании» технологического канала возникают деформации и, как следствие, возникают напряжения в графитовых блоках, что приводит к растрескиванию блоков и искривлению графитовой кладки. Эти обстоятельства приводят к сокращению срока службы реактора. Исчерпание проектного диаметрального зазора между циркониевой трубой технологического канала и наружным графитовым кольцом и исчерпание проектного диаметрального зазора между каналом и графитовой кладкой приводит к их преждевременному растрескиванию, искривлению графитовых кладок. Методики измерения и контроля величины зазоров непрямые и трудоемкие. Можно предположить, что на первом блоке ЛАЭС для обоснования продления срока службы реактора проводится контроль технического состояния графитовой кладки путем проведения измерений газовых зазоров.

Второй параметр - прочность графита

Под действием нейтронного потока, а также температуры и времени в процессе эксплуатации происходит старение графита, как материала, и, следовательно, всей графитовой кладки. Старение выражается в изменении геометрических характеристик графитовых блоков, а также в ухудшении механических и теплофизических свойств самого графита. Трещины в графитовых блоках по результатам осмотра при обследовании в 2008 г. первого блока №1 ЛАЭС и схема деформации «разбухание» графитовой кладки за счет раскрытия трещин. Из-за перераспределения плотности графита по объему это может привести к изменению его замедляющей способности по высоте активной зоны реактора, а также ускоренному искривлению технологических каналов. Объективно оценить количественно последствия разрушения графита блоков и тем более влияние на искривление колонн графитовой кладки реакторов РБМК-1000 не представляется возможным. Целостность графитового блока является одним из важнейших факторов, определяющих работоспособность и ресурс графитовой кладки, поскольку её нарушение может повлиять на выполнение всех функций кладки.

Учитывая рекомендации Курчатовского института, еще до остановки реактора было принято решение о снижении мощности первого энергоблока до 80 % от номинала. Можно предположить, что на первом блоке ЛАЭС для обоснования продления срока службы реактора проводится испытание на образцах, взятых из разных мест графитовой кладки, и проводится определение механических и теплофизических свойств графита. Третий параметр - это искривление графитовых колонн и, как следствие, искривление технологических каналов и каналов СУЗ. Предельно-допустимое значение искривления не обеспечивает работоспособность основных устройств, расположенных внутри активной зоны: технологических каналов с тепловыделяющими сборками и каналов со стержнями системы управления и защиты. Доказано в исследованиями, что искривление канальной трубы, превышающее 80 мм, приведет к снижению зазора между технологическим каналом и TBC до величины менее 1 мм и, вследствие этого, к резкому снижению теплотехнической надежности тепловыделяющих сборок. Одним из основополагающих требований безопасности АЭС является обеспечение проходимости стержней в каналах системы управления и защиты (СУЗ), с учетом возможного искривления колонн графитовой кладки. Каналы системы управления и защиты предназначены для размещения в них регулирующих стержней системы управления, а также для обеспечения циркуляции воды, охлаждающей исполнительные органы системы управления. Канал системы управления и защиты представляет собой сварную трубную конструкцию из циркониевого сплава и коррозионно-стойкой стали.

Ректор РБМК -1000 имеет один способ управления – с помощью стержней, когда в зависимости от положения стержней в активной зоне меняется мощность реактора. Второй способ – борное регулирование, когда в зависимости от концентрации бора в теплоносителе меняется мощность в одноконтурных АЭС, отсутствует, поскольку теплоноситель одновременно является рабочим телом турбины. Одним из главных требований безопасности является обеспечение проходимости стержней СУЗ в каналах с учетом возможного искривления колонн графитовой кладки в процессе длительной эксплуатации. Без выполнения этого требования запуск блока невозможен. Проходимость стержней СУЗ становится определяющим фактором для безопасности АЭС. На работающем на мощности реакторе постоянно в верхней части реактора находится большая группа – стержни защиты реактора с поглощающим нейтроны материалом, которые при возникновении аварийной ситуации, должны со «свистом» пройти по каналу в активную зону и заглушить реактор. Основным критерием, который ограничивает срок службы графитовых кладок, является величина стрелы прогиба колонн кладки. Расчетная допустимая величина прогиба колонн составляет 50 мм, которая будет предположительно пройдена уже к 2014 году. Результаты измерения стелы прогиба каналов – это самые точные и объективные величины, на основании которых должно приниматься решение о дальнейшей судьбе реактора. Измерения стрелы прогиба каналов – это прямые измерения без пересчетов и преобразований, в миллиметрах получаем величину стрелы прогиба.

 Можно предположить, что на первом блоке ЛАЭС для обоснования продления срока службы реактора проводятся измерения стрелы прогиба каналов, результаты которых лягут в основу работы по уточнению модели поведения графитовой кладки. Четвертый параметр – величина телескопического соединения трактов (ТСТ). В реакторах РБМК-1000 телескопический узел выполняет функцию центрирующего элемента ячейки реактора и компенсатора перемещений сборок реактора, связанных с изменением температуры и радиационной усадкой графита. Радиационная усадка графитовой колонны на величину, соответствующую рабочему ходу ТСТ и более, недопустима. С целью обеспечения безопасной работы ядерного реактора, необходимо контролировать состояние ТСТ. По скорости высотной усадки графитовой колонны, можно судить о целостности графитовых блоков. Сохранение зацепления ТСТ во всех режимах работы реактора является требованием, непосредственно влияющим на безопасность эксплуатации, поскольку, в случае расцепления ТСТ могут возникнуть дополнительные непроектные сжимающие и изгибающие усилия на графитовые блоки и канал, что является недопустимым. Предельно допустимое значение величины ТСТ при его измерении на остановленном реакторе рассчитывалось исходя из условий сохранения зацепления цилиндрического выступа фланца в сборе. Нельзя допустить смятие трубы верхнего тракта ТК и трубы фланца верхней биологической защиты. В этом случае может быть невозможной расстыковка деформированных труб ТСТ. Можно предположить, что на первом блоке ЛАЭС для обоснования продления срока службы реактора проводятся измерения величины телескопического соединения трактов и контроль его технического состояния. 

Итак, какой вывод можно ожидать? Согласно документу «Общие положения обеспечения безопасности атомных станций» (ОПБ-88/97) ОАО "Концерн Росэнергоатом" по результатам определения остаточного ресурса оборудования и других обоснований безопасности может ставить вопрос о продлении срока эксплуатации блока.В этом случае в установленном порядке должна быть получена новая лицензия Ростехнадзора. Де-факто решение о продлении срока эксплуатации первого блока ЛАЭС будет приниматься на основании заключения специалистов института НИКИЭТ и Курчатовского института. Де – юре, в случае принятия решения о продлении эксплуатации, лицензию немедленно оформит РОСТЕХНАДЗОР РФ. Так уж случилось, что РОСТЕХНАДЗОР у нас превратился в безвольное государственное учреждение, не влияющие на безопасность АЭС. Но в ОАО "Концерн Росэнергоатом" есть веские причины и обстоятельства, по которым реактор на первом блоке ЛАЭС, «ОСТАНОВИТЬ НЕЛЬЗЯ, ЭКСПЛУАТИРОВАТЬ». На модернизацию элементов графитовой кладки реактора для продления его срока службы истрачены сотни миллионов рублей. В случае останова реактора эти затраты, а также затраты на содержание остановленного блока тяжким бременем лягут на ОАО "Концерн Росэнергоатом». Невозможно трудоустроить людей на ЛАЭС-2, так как она еще далека до завершения строительства. Кроме того, вывод первого блока реактора РБМК-1000 символичен. Это означает, что тогда наступит конец эры реакторов РБМК-1000, и, как говорится, «стоить начать и процесс уже пойдет сам». Нужно помнить, что на АЭС Фукусима реакторы семидесятых годов тоже работали за расчетным сроком службы, и также имели один способ управления мощностью реактора. На Чернобыльской АЭС авария произошла из-за перекосов «нейтронных потоков» в активной зоне реактора. Кто-то решил, что эффективно строить атомные станции, состоящие из большого количества блоков, но оказалось, наоборот, авария на одном блоке приводит к выходу из строя всех блоков, и действующих и стоящихся. На Чернобыльской АЭС закрылись все 6 блоков: 4 –действующих и 2 – строящихся. На АЭС Фукусима все 6 блоков выведены из эксплуатации.

 В случае аварии на первом блоке ЛАЭС можно потерять не только все действующие и строящие блоки ЛАЭС, а также всю атомную энергетику страны. А вообще, остановить первый построенный в СССР реактор РБМК-1000 – это значит, не искушать судьбу. Важно при этом соблюсти традицию: положить на съёмный настил реактора букет из красных гвоздик и поблагодарить конструкторов и атомщиков за электроэнергию и тепло, которые были получены за долгие годы эксплуатации первого промышленного РБМК-1000.