Технические и организационные проблемы утилизации

Технические и организационные проблемы утилизации радиационно - опасных
объектов, затопленных в Арктическом регионе
Возможности «ЦС «Звездочка» в реализации проектов по утилизации
затопленных радиационно-опасных объектов
Генеральный директор «Центр судоремонта «Звездочка»
В.С. Никитин
1 1. Краткая характеристика наиболее радиационно-опасных
затопленных объектов
Повышение экономической и политической роли Арктики сопровождается
естественным ростом озабоченности, связанной с подводными потенциально
опасными объектами, находящимися на дне арктических морей. Это, конечно, в
первую очередь отравляющие химические вещества, а также боеприпасы и
взрывчатые вещества, затопленные во время и после второй мировой войны. В
последние 15 – 20 лет особую озабоченность мировой общественности вызвали
также события, связанные с гонкой ядерных вооружений, которые уже нанесли
определенный урон экологии Арктики. Это радиоактивное загрязнение отдельных
ее районов и нахождение до настоящего времени на дне потенциально
радиоэкологически опасных твердых радиоактивных отходов, включая затопленные
и затонувшие атомные подводные лодки (АПЛ).
В настоящее время на дне морей Западной Арктики находятся около 18 тысяч
радиационно-опасных объектов, которые в основном были затоплены нашей
страной в период «холодной» войны и содержат РАО от эксплуатации АПЛ
Северного флота (Табл.1 и Рис. 1). Семь из этих объектов радиационного
«наследия» содержат также и делящиеся вещества, в частности, отработавшее
ядерное топливо (ОЯТ) на основе обогащенного урана, и относятся к классу ядерноопасных.
2 Таблица 1. Массо-габаритные характеристики затопленных объектов
№ п/
п Длина,
м Наименование объекта Ширина, м Высота,
м Вес, тонн Примечание Объекты с ОЯТ 1 АПЛ «Комсомолец» 118 11 12* 8500 Цилиндр 2 АПЛ «К‐159» 107 8 9* 4050 Цилиндр 3 АПЛ заказ № 601 110 8 9* 4400 Цилиндр 4 РО АПЛ заказ № 285 12 7,5 8,2 800‐
900 Цилиндр 5 РО АПЛ заказ № 901 12 7,5 8,2 800‐
900 Цилиндр 6 Реактор ЛБ с ОЯТ АПЛ 12,5 4,5 3,5 200‐
300 Понтон 12,5 4,5 3,5 200‐
300 Понтон заказ № 421 7 Экранная сборка реактора № 2 ЯЭУ ОК‐
150 атомного ледокола Объекты без ОЯТ 8 РО АПЛ заказ № 254 с двумя
реакторами
12 7,5 8,2 800‐
900 Цилиндр 9 РО АПЛ заказ № 260 12 7,5 8,2 800‐
900 Цилиндр 23,5 12,5 14,3 1000‐
1200 Паралле‐
лепипед 76 11 4,5 1900 До 1500 т ТРО 58 9 4,2 900 До 700 т ТРО
2,0 1,5 1,5 2‐3 Вес нетто 725 кг 1,75 1,35 1,4 2‐3 1,4 1,0 1,0 1‐2 с двумя реакторами 10 РО с установкой ОК-150 атомного
ледокола
с тремя реакторами
Объекты с ТРО 11 Пароход «Хосе Диас»
12 Баржа "Никель"**
13 Контейнеры 3 700 кг 400 кг Рисунок 1. Ядерные и радиационно-опасные объекты, находящиеся на дне морей
северо-западной Арктики
1. АПЛ К-27 затоплена на глубине 20 м.
2. АПЛ «Комсомолец» затонула на глубине 1680 м.
3. АПЛ К-159 затонула на глубине 250 м
4 – реакторный отсек АПЛ К-19 (1965)
5 – реакторный отсек АПЛ К-11 (1966)
6 – реактор АПЛ К-140 (1972)
7 – экранная сборка атомного ледокола (1967)
8 – два реактора АПЛ К-3 (1988)
9 – АПЛ К-5 (1967)
10 – реакторный отсек атомного ледокола (1967)
11 – корпус реактора
12 – 237 контейнеров с РАО
13 – крышки четырех реакторов
Рисунок 2. Внешний вид судов, затопленных в Карском море с ТРО в трюмах
(а – пароход «Хосе Диас», б – судно «Никель», в – лихтер «Ома»)
а)
б)
в)
4 Объекты, обозначенные в Таблице 1, потенциально являются наиболее
опасными источниками радиоактивного загрязнения морской среды и содержат
большое количество делящегося ядерного материала, бесконтрольное хранение
которого представляет большую опасность даже под водой. Актуальность и
необходимость подъема АПЛ «Комсомолец», «К-159» и других объектов с ОЯТ не
вызывает сомнений. Подъем затопленных ТРО также актуален, но в силу
отдаленности мест их затопления от прилегающих государств может быть отнесен
на второй план.
Подъем объектов и транспортировка могут завершиться утилизацией или
подготовкой к перезахоронению. Утилизация в настоящее время является
отлаженной
процедурой,
требующей
определенных
капиталовложений.
Перезахоронение возможно в береговых условиях или на отведенных для этого
морских акваториях. Однако, оба эти способа являются экономически затратными,
поскольку любое перезахоронение требует предварительной технической
подготовки каждого объекта к такой ответственной операции с соблюдением
соответствующих требований обеспечения технической, радиационной и
радиоэкологической (для морских акваторий) безопасности.
Из всех источников радиационной опасности, обусловленных сбросами ТРО
или гибелью АПЛ, потенциальную опасность для морских экосистем или
населения в первую очередь представляет АПЛ «К-159». Поэтому далее
сопоставление различных вариантов обращения с затонувшими объектами
целесообразно проводить относительно этого объекта.
Рисунок 3. Начало операции по буксировке АПЛ К- Рисунок 4. Акустическое изображение затонувшей 159
АПЛ К‐159 5 2. Опыт «ЦС «Звездочка» по комплексной утилизации АПЛ
и обращению с РАО и ОЯТ
Рисунок 6. Панорама на Головной филиал «СРЗ
«Нерпа» «ЦС «Звездочка», г.Снежногорск
Рисунок 5. Панорама акватории Головной
организации «ЦС «Звездочка» г.Северодвинск
Одним из основных направлений деятельности «ЦС «Звездочка» является
комплексная утилизация атомных подводных лодок (АПЛ) и надводных кораблей с
ядерной энергетической установкой (НК с ЯЭУ).
В ходе успешной реализации Программ «Совместного уменьшения угрозы»
при финансировании США, России и «Глобального партнерства против
распространения оружия и материалов массового уничтожения», при
сотрудничестве с Канадой, Норвегией, Италией и Великобританией, предприятием
выполнены работы по комплексной утилизации 81 АПЛ различных классов, в том
числе утилизация аварийного атомного подводного крейсера АПК «Курск».
Рисунок 7. АПК «Курск» в плавдоке СРЗ «Нерпа»
Таких результатов предприятие достигло благодаря квалифицированному
персоналу и созданному, в рамках реализации международных программ,
современному комплексу объектов для утилизации АПЛ и переработки
радиоактивных отходов, отвечающему всем требованиям безопасности, что
подтверждается Сертификатом соответствия производства утилизации «ЦС
«Звездочка» международному стандарту экологического менеджмента ISO
14001:2004.
Эффективное международное сотрудничество позволило создать на «ЦС
«Звездочка» комплекс, который в настоящее время является самым крупным и
технически оснащенным предприятием в Российской Федерации, способный
достаточно оперативно и безопасно осуществлять процесс утилизации АПЛ всех
классов и НК с ЯЭУ.
6 3.
Последовательность работ по утилизации затопленных объектов на
существующей инфраструктуре комплексной утилизации «ЦС Звездочка»
3.1.
Подготовка к реализации проекта
3.1.1. Разработка комплекта документации и необходимой оснастки
а) до начала операции по подъему объекта, должен быть разработан полный
проект конвертовки АПЛ и план мероприятий по ее передаче на предприятиеисполнитель и последующую утилизацию.
В составе проекта должны быть разработаны следующие документы:
- оценка воздействия на окружающую среду;
- перечень возможных аварийных ситуаций;
- определение условий и план необходимых мероприятий для исключения критических
ситуаций при подъеме, транспортировке и утилизации;
- решены вопросы экологического обеспечения, радиационной и ядерной безопасности
на всех стадиях проекта.
б) в соответствии с проектом, должна быть изготовлена и (или) приобретена
необходимая оснастка и нестандартное оборудование, которая по предварительным
оценкам, может включать в себя:
- материалы и комплектующие изделия для обеспечения работ в доке;
- системы осушения отсеков и временного энергоснабжения АПЛ;
- доковые опорные устройства для АПЛ;
- поддон для приема загрязненной воды из АПЛ;
- трубопровод для откачки загрязненной воды на спецтанкер или хранилище;
- рейдовую стоянку для судо-подъемного комплекса (СПК);
- средства обеспечения радиационной безопасности работ;
3.1.2. Обследование АПЛ после подъема
После подъема АПЛ выполняется с помощью изготовленных поддонов сбор
загрязненной воды и проводится обследование АПЛ в доке. Целью обследования
является определение радиационной обстановки, определение состояния ЯЭУ,
определения состояния корпусных конструкций и забортных устройств, подготовка
предложений по транспортировке АПЛ к месту ее утилизации.
За основу организации процесса утилизации АПЛ принят этапнопозиционный метод, обеспечивающий выполнение работ по утилизации в
определенной последовательности на отдельных позициях.
3.2.
Основные этапы утилизации радиационно-опасных объектов (АПЛ)
3.2.1. Прием объекта в утилизацию, слив ЖРО
Принимая во внимание техническое состояние затопленных объектов,
осложненное наличием радиационно-опасного фактора и продолжительным
нахождением на морском дне, предполагается, что после буксировки к месту
утилизации, предприятие-исполнитель работ столкнется с проблемой переработки
загрязненной радионуклидами морской воды, которая в значительном объеме
заполняла отсеки АПЛ, реакторных блоков, трюмы и помещения судов. Данная
вода, перейдя в разряд ЖРО, должна быть обязательно собрана и прежде чем
7 попасть на переработку, должна быть отфильтрована от механических примесей.
Необходимость сбора воды и осушения отсеков объясняется также тем, что перед
началом демонтажных работ помещения, цистерны и пустоты должны быть
осушены, а также слиты все технические жидкости (гидравлика, ГСМ и т.п.).
Решить данную проблему предлагается следующим способом.
После того как судо-подъемный комплекс ошвартуются на акватории
предприятия определяются параметры радиационного состава воды, производится
передача собранной в поддоны за время перегона загрязненной воды на
переработку. При необходимости выполняется дальнейший сбор, сбегающей с
внутренних объемов АПЛ «грязной» воды (Рисунок 8).
Рисунок 8. АПЛ К-159 после постановки в ПД.
Цифрами на рисунке обозначены: 1 – Стапель-палуба ПД; 2 – Доково-упорное
устройство; 3 – Поддон для сбора воды; 4 – трубопровод для передачи собранной
воды в спецтанкер или хранилище ЖРО.
После этого производится осушение отсеков АПЛ, выполняется комплексное
освидетельствование внутренних помещений, оборудования и механизмов.
Проводится обследование реакторного отсека и корпуса реактора с целью
определения возможности и вариантов выгрузки ОЯТ, а также подготовки
реакторного отсека к длительному хранению.
Для выполнения данных работ на предприятии имеются:
- набережные, которые оснащены портальными кранами, энергокоммуникациями,
необходимыми для обеспечения жизнедеятельности кораблей и судов любого
класса;
- Плавучий док ПД-52 и ПД-42 «Паллада»
Рисунок 9. ПД-42 «Паллада»
8 - Танкер «Осетия», предназначен для приема ЖРО с АПЛ и спецобъектов, имеет 8
цистерн объемом по 125м3 и одну емкость объемом 35м3 с бетонной защитой для
выдержки высокоактивных ЖРО. Насосное оборудование танкера позволяет
производить прием ЖРО с АПЛ и объекта хранения ЖРО, а также выдачу ЖРО в
объект хранения или в другие плавсредства.
3.2.2. Выгрузка отработавшего ядерного топлива
Целесообразность проведения работ по выгрузке ОЯТ из реакторов АПЛ и
реакторных отсеков, можно будет определить только после подъема объекта.
Данная проблема обусловлена длительным нахождением объектов в агрессивной
морской среде, в следствии чего конструкции реактора могут быть подвержены
деформациям, что может значительно осложнить операцию по выгрузке ОЯТ.
Отдельной проблемой становится выгрузка ОЯТ из реакторов, подвергнутых
консервации. Заключение о возможности проведения операции по выгрузке ОЯТ
может быть принято проектантом реактора, в случае необходимости возможно
изготовление дополнительной специализированной оснастки.
С учетом нештатного состояния корабля и энергоустановки выгрузка ОЯТ
может быть выполнена в соответствии со специально разработанной транспортнотехнологической схемой на твердом основании в эллинге «СРЗ «Нерпа», с
использованием плавучей базы выгрузки ядерного топлива (Рисунок 10) или на
твердом основании в ПД-52 с использованием Берегового комплекса выгрузки ОЯТ
«ЦС «Звездочка» в г. Северодвинске (Рисунок 11).
Рисунок 10. Принципиальная схема выгрузки ОЯТ из реакторов аварийной
АПЛ на СРЗ «Нерпа»
Рисунок 11. Принципиальная схема выгрузки ОЯТ из реакторов АПЛ береговым
комплексом выгрузки «ЦС «Звездочка» в г. Северодвинск
9 Рисунок 12. Береговой комплекс выгрузки ОЯТ «ЦС «Звездочка»
Пункт временного хранения
контейнеров с ОЯТ
Здание загрузки контейнеров
Контейнера с ОЯТ в пункте
временного хранен
3.2.3. Обращение с отходами
В результате работ по утилизации радиационно-опасных объектов образуется
значительное количество токсичных и радиоактивных отходов, которые необходимо
собирать, перерабатывать и производить их захоронение.
Данные технологии выполняется на протяжении всего цикла утилизации и
включает в себя:
- Сбор и обращение с ЖРО и ТРО:
- Сбор и обращение с ТПО.
Существующий на сегодняшний день комплекс по хранению и переработки
ЖРО и ТРО позволяет выполнить данные работы в полном объеме.
Рисунок 13. Объект временного хранения ЖРО
Здание хранения ЖРО
Пульт управления
Представляют собой здание в котором расположены:
•
4 емкости по 500м3 для раздельного хранения ЖРО по видам;
•
4 емкости по 500м3 для хранения очищенных растворов;
•
2 емкости по 100м3 с бетонной защитой для выдержки высокоактивных ЖРО.
10 •
•
•
•
Комплекс по переработке ЖРО
Комплекс по переработки ЖРО включает четыре технологические линии:
малосолевых растворов первого контура (проектная мощность – 200м3 в год);
солевых дезактивационных и смешанных растворов (проектная мощность –
600м3 в год);
растворов цистерн биологической защиты (проектная мощность–700м3 в год);
растворов спецпрачечной (проектная мощность – 2500м3 в год).
Рисунок 14. Комплекс по переработке ЖРО
Комплекс переработки РАО
В следствии длительного нахождения на морском дне возможны
значительные радиоактивные загрязнения внутренних помещений затонувших
объектов. Также осложнит работы по демонтажу корпусных конструкций сильное
обрастание корпусов затопленных объектов, все это может привести к
существенному возрастанию объемов ТРО в период утилизации данных объектов.
Частично решить данную проблему, поможет ввод в эксплуатацию на предприятии
печи сжигания низкоактивных ТРО, которая в настоящее время проходит
испытания.
Комплекс по переработке ТРО
Комплекс предназначен для переработки низкоактивных ТРО и состоит из
нескольких участков: участка сортировки и резки, участка прессования, участка
временного хранения исходных и переработанных ТРО. 11 Рисунок 15. Комплекс по переработке ТРО
Участок сортировки ТРО
Установка
компактирования ТРО
Участок дефрагментации ТРО
Площадка временного хранения ТРО Площадка имеет в своем составе 2 здания хранения ТРО (объекты 162, 165),
площадку хранения контейнеров с ТРО, пункт санитарного контроля и бытовые
помещения.
Рисунок 16. Площадка временного хранения ТРО
Контейнера с ТРО на
площадке временного
хранения
Внешний вид площадки
хранения ТРО
Хранилище ТРО
При утилизации АПЛ образуются отходы разных классов опасности, которые
содержат в своем составе вредные химические вещества в концентрациях,
представляющих опасность для окружающей среды и здоровья человека.
Для временного размещения токсичных промышленных отходов на «ЦС
«Звездочка» будет использована площадка-накопитель ТПО. После сбора ТПО с
участков утилизации, данные отходы сортируются по классам опасности, после чего
транспортируются на полигон захоронения твердых бытовых отходов или на
специализированные предприятия с последующей их переработкой.
3.2.4. Утилизация объектов на твердом основании
Возможное наличие серьезных коррозионных разрушений на корпусных
внутренних конструкциях и оборудовании объектов не позволит применять
существующую технологию демонтажа. Для решения данной проблемы,
необходимо произвести детальное освидетельствование корпуса и внутренних
конструкций, и совместно с проектантом корабля разработать технологию и схему
разделки конструкций.
12 Рисунок 18. Транспортировка корпусных
конструкций на участки переработки
Рисунок 17. Демонтаж конструкций в
Плавдоке
Все демонтируемые элементы (продукты утилизации) должны будут пройти
радиационный контроль. При превышении допустимых значений конструкции
отправляются спецтранспортом на участок переработки ТРО, при нормальных
параметрах транспортируются на соответствующие участки переработки
металлолома (Рисунок 18, 21, 22, 23, 24).
Участки выполнения стапельных работ
Рисунок 19. Утилизируемая АПЛ в доккамере
Рисунок 20. Утилизируемая АПЛ в плавучем доке
Участки переработки продуктов утилизации
Рисунок 22. Участок механической резки
металлов
Рисунок 21. Участок тепловой резки металлов
13 Рисунок 23. Участок переработки лома цветных
металлов и оборудования
Рисунок 24. Участок переработки электрокабеля
и резинотехнических изделий
3.2.5. Формирование реакторного блока и транспортировка в пункт
длительного хранения
Формирование блока необходимо выполнять с учетом состояния корпусных
конструкций реакторного и смежных с ним отсеков. При неудовлетворительном
состоянии наружных прочных переборок реакторного блока необходимо выполнить
установку дополнительных переборок, обеспечивающих герметичность блока, а
также произвести работы по глушению и насыщению прочного корпуса и переборок.
Рисунок 25. Формирование
реакторного блока Рисунок 26. Реакторный блок
готов к спуску на воду Рисунок 27. Реакторный блок
готов к буксировке в пункт
длительного хранения Заключительным этапом утилизации АПЛ является транспортировка блока
реакторного отсека в пункт длительного хранения. Данная операция в зависимости
от разработанного проекта и технического состояния, может быть выполнена двумя
способами:
- буксировкой блока с помощью морских буксиров (Рисунок 28);
Рисунок 28. Буксировка блока реакторного отсека
14 - транспортировка блока с помощью транспортного погружного судна большой
грузоподъемности (Рисунок 29).
Рисунок 29. Транспортировка блока реакторного отсека на
палубе транспортного судна
При любом способе, перед началом операции разрабатывается проект
перегона в пункт длительного хранения, а также сформированный блок проходит
освидетельствование на разовый перегон в Российском морском регистре
судоходства.
В случае, если проектом будет предусмотрено транспортировка блока и его
размещение на наземной площадке длительного хранения, исключая
промежуточный этап хранения блока на плаву, то необходимо выполнить
следующие работы:
- Установка опорных фундаментов блока РО;
- Демонтаж оставшихся конструкций легкого корпуса и цистерн;
- Установка дополнительных переборок, биологической защиты;
- Установка знаков: отличительного и радиационной опасности;
- Нанесение антикоррозионного покрытия.
Рисунок 30. Блок РО подготовлен к длительному хранению
15 Рисунок 31. Перевод блоков РО с «СРЗ «Нерпа» в Пункт длительного
хранения
Рисунок 32. Размещение блока РО в пункте длительного хранения «Сайда-Губа»
16 Заключение
Таким образом на «ЦС «Звездочка» и СРЗ «Нерпа» в результате реализации
международных программ созданы современные комплексы сооружений для
утилизации АПЛ и переработки радиоактивных отходов, отвечающий требованиям
радиационной безопасности. Накопленный опыт, технологии и налаженные научнотехнические связи, позволяют решать практически весь комплекс вопросов,
возникающих в процессе утилизации кораблей и обращения с РАО, при
реабилитация акваторий арктического региона.
Спасибо за внимание!
17