реактор интегрального типа

Результаты эксплуатации РУ
атомных судов России и опыт
продления
их
назначенного
РЕАКТОР
ресурса
ИНТЕГРАЛЬНОГО
К.т.н., Виталий Иванович Костин (ФГУП ОКБМ),
К.т.н., Юрий Кириллович Панов (ФГУП ОКБМ),
Д.т.н., Виталий Иванович Полуничев (ФГУП ОКБМ),
Олег Арсеньевич Яковлев (ФГУП ОКБМ)
ТИПА
ФНПЦ ФГУП “ОКБМ”
Россия, 603074, Нижний Новгород, Бурнаковский проезд, 15
Факс: (8312) 41-87-72
E-mail: okbm@okbm.nnov.ru www.okbm.nnov.ru
OKB Mechanical Engineering
1
Введение
Из 9 построенных атомных судов в эксплуатации находятся
семь: а/л "Ленин", сейчас переоборудуется в музей, а
а/л "Сибирь" находится в длительном отстое. Остальные
ледоколы находятся в работе и, при существующей сегодня
модели использования РУ, достигнут назначенного срока
эксплуатации 100 тыс. в 2004 –2009 гг.
Название судна
Средняя на- Наработка
Год ввода в
работка РУ в
РУ на
эксплуатагод,
01.01.04,
цию
(тыс.ч)*
(тыс. ч)
Наработка РУ
Срок служ- Наработка РУ 100 тыс.ч.
150 тыс.ч./175 тыс.ч.
бы РУ на
Год достиГод дости01.01.04,
Срок служСрок служжения наражения нара(лет)
бы, (лет)
бы, (лет)
ботки, г
ботки, г
29
1990
15
2004 / 2006
29 / 32
19**
18
2006***
18
2012 / 26 / -
"Арктика"
1975
5,95
146
"Сибирь"
1977
6,22
95
"Россия"
1985
6,88
96
"Советский
1989
6,58
78
Союз"
"Ямал"
1992
6,2
65
"Таймыр"
1989
6,77
95
"Вайгач"
1990
6,53
87
"Севморпуть"
1988
6,53
86
Примечание:
*
- Время временного нахождения заказа в отстое не учитывалось
**
- Эксплуатация а/л "Сибирь" приостановлена в 1992 г.
***
- Ледокол "Россия" выведен из эксплуатации до 2005 г.
14
2007
18
2015 / -
25 / -
11
14
13
15
2009
2004
2006
2006
16
15
15
18
2018 / 2012 / 2014 / 2014 / -
29 / 22 / 23 / 25 / -
2
OKB Mechanical Engineering
В общей сложности в составе атомного флота эксплуатируются
15 реакторов типа ОК-900, КЛТ-40, общая наработка которых
составляет 265 реакторолет.
Следует отметить, что модели эксплуатации атомных ледоколов
оказались гораздо напряженнее, чем они были оговорены
изначально в техническом задании на РУ, (85-90)% времени
ледоколы работают во льдах в условиях повышенных ударных и
вибрационных нагрузок. Основное оборудование РУ работало
интенсивно,
ускоренно
вырабатывало
ресурс,
периоды
непрерывной работы часто составляли более 10 месяцев в год.
Энерговыработка
реактора,
ТВт·ч.
Средняя
мощность
реактора,
%Nном
Кол-во
проведенных перегрузок активных
зон, раз
Р1 145508
Р2 146026
Р1 96016
Р2 95506
Р1 77541
Р2 77084
Р1 65439
Р2 65024
Р 95059
Р 87298
9,521
8,641
6,519
6,473
4,971
5,082
3,893
4,478
7,492
7,435
38
35
40
40
37
39
35
40
46
50
7
6
3
3
3
3
2
2
5
4
Р
4,574
40
3
Название судов
"Арктика"
"Россия"
"Советский
Союз"
"Ямал"
"Таймыр"
"Вайгач"
"Севморпуть"
OKB Mechanical Engineering
Наработка
РУ, ч.
85515
Пройдено миль
Кол-во
проведенных
судов,
Всего
Из них
во льдах
954767
845067
3061
601242
540193
1555
406160
344456
698
384066
326713
828
531849
452578
485089
394403
1371
1064
314517
118476
-
3
Основные факторы влияющие на
повреждаемость и остаточный
ресурс:
- термоциклические нагрузки;
- радиационное воздействие;
- повышение давления сверх допустимого.
4
OKB Mechanical Engineering
Основные причины нагрузок:
- нестационарные режимы работы РУ;
- неупорядоченный массообмен холодного и горячего
теплоносителя с большим перепадом температур и малыми
скоростями течения;
- неупорядоченное смешивание потоков теплоносителя;
- циклический массообмен
холодного и горячего
теплоносителей,
расслоение потоков
в трубопроводах
с большим градиентом
температур ("стратификация");
- неустойчивая работа ПГ
- на малых уровнях мощности.
5
OKB Mechanical Engineering
По причине термоциклирования были обнаружены дефекты
в коммуникациях системы компенсации давления,
внутриреакторном коллекторе и др.
Принципиальная схема системы 1 контура а/л “Таймыр”
6
OKB Mechanical Engineering
РЕЖИМЫ РАБОТЫ, СНИЖАЮЩИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТЬ
НАИБОЛЕЕ НАГРУЖЕННЫХ УЗЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ РУ ПРИ
ЭКСПЛУАТАЦИИ АТОМНЫХ СУДОВ ЗА ПРЕДЕЛАМИ
НАЗНАЧЕННОГО СРОКА:
- для снижения величин напряжения в узлах и элементах
реактора, ПГ и другого оборудования снижена скорость
разогрева и расхолаживания теплоносителя 1 контура со
100ºС/ч до 20ºС/ч;
- для исключения теплогидравлической неустойчивой
работы ПГ на малых уровнях мощности при разогреве
теплоносителя 1 контура подача питательной воды в ПГ в
раз-личных диапазонах температур производится по
определенному алгоритму, а работа РУ в энергетических
режимах производится на уровнях
мощности (15 - 100 %) Nном;
7
OKB Mechanical Engineering
- для сокращения количества "бросков" холодной воды на
разогретую трубчатку ПГ ограничено число переводов
циркуляционного насоса 1 контура с большой скорости на
малую скорость и обратно;
- для снижения числа включений КГ и сокращения
количества термоциклов на систему компенсации давления
снижена скорость изменения мощности РУ с 1%Nном/с до
0,1%Nном/с, снижено число изменений мощности, исключен
режим взаимосвязанного управления РУ и ПТУ,
поддержание средней температуры теплоносителя
1 контура производится дистанционно в расширенных
границах по определенному алгоритму;
- для сокращения термоциклов холодильника фильтра
отключение системы очистки и расхолаживания
производится только на расхоложенной установке.
8
OKB Mechanical Engineering
После вывода из эксплуатации а/л "Ленин" проведен
значительный объем работ по вырезке образцов и
исследованию материала корпуса реактора, сварного шва
приварки трубной системы к корпусу парогенератора,
холодильника фильтра, ЦНПК, циркуляционного насоса
расхолаживания , одного из блоков биологической защиты
и др.
9
OKB Mechanical Engineering
Доминирующей составляющей долговечности корпуса
реактора является его радиационный ресурс. Продолжаются
работы по облучению и исследованию материалов образцов, вырезанных из корпуса реактора РУ а/л "Ленин", а
также дополнительных образцов материалов, из которых
изготовлены другие корпуса реакторов атомных судов.
Проведён анализ соответствия фактического
радиационного охрупчивания материалов корпуса реактора
прогнозным оценкам. Проведены оценочные расчёты
радиационного ресурса корпусов реакторов на 150 тыс.ч и
на 175 тыс.ч и определены температуры теплоносителя
1 контура при проведении гидравлических испытаний с
учётом фактического содержания примесных элементов в
материалах корпусов реакторов.
10
OKB Mechanical Engineering
ПЕРВОНАЧАЛЬНО-НАЗНАЧЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
НАДЕЖНОСТИ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, АРМАТУРЫ И
ТРУБОПРОВОДОВ РУ ТИПА ОК-900А И КЛТ-40
Назначенный ресурс корпусов оборудования, арматуры и
трубопроводов – 100 тыс. ч.
Назначенный ресурс сменных составных частей
оборудования (приводы СУЗ, блок выемной реактора,
трубная система ПГ, ЦНПК) и арматуры (сильфонная сборка)
– (50-60) тыс. ч.
Назначенный срок службы оборудования, арматуры и
трубопроводов – (20-25) лет.
По достижении назначенных показателей надежности
отдельными элементами РУ продление срока эксплуатации
систем и оборудования производилось поэтапно на
(1-1,5) тыс. ч, но не более чем на одну навигацию (5-6) тыс. ч.
11
OKB Mechanical Engineering
ВТОРИЧНО-НАЗНАЧЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, АРМАТУРЫ И
ТРУБОПРОВОДОВ РУ ТИПА ОК-900А И КЛТ-40
Назначенный ресурс корпусов оборудования, арматуры
и трубопроводов – (150-175) тыс. ч.
Назначенный ресурс сменных составных частей
оборудования, арматуры – (90-175) тыс. ч.
Назначенный срок эксплуатации оборудования,
арматуры и трубопроводов – (30-32) года.
12
OKB Mechanical Engineering
РЕЗУЛЬТАТЫ РЕАЛИЗАЦИИ “ПРОГРАММЫ…”
- созданы методы и средства неразрушающего контроля
технического состояния (накопленной эксплуатационной
поврежденности и дефектов) основного металла и сварных
швов оборудования и трубопроводов, приобретены и
разработаны оснастка и смотровые приборы для
обследования труднодоступных элементов оборудования и
трубопроводов РУ;
- выполняется анализ неисправностей, отказов, имевших
место при эксплуатации ЯЭУ, и вырабатываются
рекомендации по их исключению в продлеваемый период;
13
OKB Mechanical Engineering
- проводятся металловедческие исследования образцов и
элементов, вырезанных из демонтированного
оборудования, арматуры и трубопроводов РУ (корпуса,
блока выемного реактора, трубопроводов СКД, ЦНПК и ЦНР,
ХФ, БЗ а/л "Ленин", трубных систем ПГ а/л а/л "Вайгач" и
"Сибирь", ЦНПК, крышки реактора, арматуры,
трубопроводов СКД а/л "Арктика");
- выполняется расчётный анализ поврежденности и
оценка остаточного ресурса систем и оборудования РУ, в
том числе:
1) расчёты динамики развития дефектов,
обнаруженных при вырезке и исследовании деталей и
узлов оборудования и систем РУ;
2) расчёты в обоснование применимости к
трубопроводам 1 контура концепции "течь перед
разрушением";
3) расчёты в обоснование подтверждения
остаточного ресурса.
14
OKB Mechanical Engineering
- выявляется дефицит безопасности, выдаются
рекомендации по его устранению и предлагаются
компенсирующие меры;
- дополнительно к эксплуатационным штатным режимам
разрабатываются организационно-технические
мероприятия и предложения, направленные на смягчение
влияния на нагруженность узлов и элементов
оборудования и трубопроводов РУ;
- разрабатываются программы управления ресурсом,
которые позволят производить корректировку моделей
эксплуатации систем и оборудования ЯЭУ, важных для
безопасности.
15
OKB Mechanical Engineering
Комплексное обследование ЯЭУ и положительные
результаты НИОКР, проведённые по специально
разработанной "Программе продления ресурса до 175
тыс.ч и срока службы до 32 лет АППУ а/л "Арктика",
позволили предприятиям-изготовителям провести
комплекс работ, в том числе по устранению дефицита
безопасности, и обосновать возможность продления срока
эксплуатации РУ и ледокола в целом. В августе 2003 года
были проведены швартовные и ходовые испытания РУ
ледокола "Арктика". По итогам испытаний систем и
оборудования, было установлено соответствие РУ и ее
основных характеристик проектным значениям и принято
"Решение о продлении
ресурса систем и
оборудования РУ
а/л "Арктика"
до 175 тыс.ч и срока
службы до 32 лет".
16
OKB Mechanical Engineering
Начались работы по продлению срока эксплуатации РУ
а/л "Таймыр". В 2003 г уже проведены работы по замене
блока выемного реактора и активной зоны, выработавших
свой ресурс. Проведены работы по освидетельствованию
ЦНПК, приводов ИМ СУЗ, арматуры 1 контура.
17
OKB Mechanical Engineering
Строительство последнего на сегодняшний день
серийного атомного ледокола "50 лет Победы", типа
"Россия" будет завершено не ранее 2005 года (при условии
достаточного финансирования). Поэтому приходится
говорить о наступающем дефиците ледокольного флота
России, который может привести к сокращению
продолжительности навигационного периода в Арктике.
Положительные результаты работ по "Программе…"
позволят продлить срок службы действующих ледоколов
до 2015 года. К этому времени можно будет построить
ледоколы нового поколения, которые смогут взять на себя
задачи обеспечения грузовых перевозок в Арктике и,
наряду с существующими российскими ледоколами,
закрепят приоритет нашей страны в области атомного
гражданского судостроения.
18
OKB Mechanical Engineering
К 2014 году должны быть построены четыре новых
универсальных двухосадочных ледокола с мощностью на
винтах ~60 МВт. К 2017 г. предусматривается строительство
одного атомного ледокола-лидера с мощностью на винтах
110 МВт.
Соответствующий анализ
подтверждает, что указанный
состав атомного ледокольного
флота обеспечивает устойчивое
круглогодичное судоходство
по Северному морскому пути
и грузопоток в прогнозируемых
масштабах с учетом
транзитных перевозок.
19
OKB Mechanical Engineering
Ядро должны составлять атомные двухосадочные
ледоколы с переменной осадкой 11 и 8,5 м и
ледопроходимостью (2,7-2,8) и 2 метра соответственно,
которые обеспечат гарантируемую круглогодичную
навигацию в Западном секторе Северного Ледовитого
океана и в прибрежных мелководных районах и устьях рек.
Надежная круглогодичная навигация на всем протяжении
Северного морского пути с учетом экстремальных по
ледовым условиям навигаций может быть обеспечена
сверхмощным ледоколом-лидером с ледопроходимостью
не менее 3,4-3,5 м.
20
OKB Mechanical Engineering
При разработке новых ледоколов, конечно, должны быть
в полной мере использованы современные достижения
науки в области судовой ядерной энергетики (при создании
более оптимальной и экономичной РУ с высокой ресурсной
надежностью и безотказностью, учитывающей многолетний
опыт эксплуатации
атомных судов и удовлетворяющей ужесточившимся требованиям по безопасности), а также
судостроительной технологии
в части оптимизации обводов
корпуса ледокола, мореходных
качеств при плавании по чистой
воде, маневренности во льдах,
движительно-рулевого комплекса
и других средств повышения
ледопроходимости.
21
OKB Mechanical Engineering