Самая безопасная энергия

25.07.13 09:25

Опытно-промышленный реактор на быстрых нейтронах БН-600 работает на БАЭС с 1980 г. Аналогов ему нет не только в России, но и в мире. За десять лет до окончания расчетного срока эксплуатации было принято решение о необходимости продления срока эксплуатации. Чтобы обеспечить дальнейшее безопасное использование блока, на БН-600 была проведена масштабная модернизация. В результате в 2010 г. Ростехнадзор выдал лицензию на эксплуатацию третьего энергоблока БАЭС до 2020 г., при этом уже выполнены необходимые работы, позволяющие получить лицензию и на последующую эксплуатацию.

 

Как устроен энергоблок?

Сердце реактора — его активная зона, источник вырабатываемого тепла. Это «таблетка» высотой чуть более метра, в диаметре около двух, благодаря которой энергоблок выдает 600 МВт электрической мощности. Топливо в нее загружают в виде шестигранных стержней — тепловыделяющих сборок, в которых находятся тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ). Одна тепловыделяющая сборка работает порядка полутора – двух лет.

За свою историю активная зона БН-600 претерпела три модернизации, в результате которых выгорание топлива было увеличено в полтора раза (примерно с 8 до 12 %).

Активная зона — первый контур реактора. Всего же на блоке их три. Второй контур включает теплообменное оборудование — здесь теплоноситель забирает тепло с реактора и передает дальше — на третий контур. В силу того, что энергия быстрых нейтронов примерно в шесть раз больше, чем энергия тепловых, использовать воду в качестве теплоносителя невозможно. Для этой цели применяется жидкий металл — натрий, чья теплоемкость в разы выше.

В теплообменниках натрий передает тепло воде, превращая ее в пар. Здесь мы имеем дело уже с третьим контуром, представляющим по сути дела обычный паросиловой цикл тепловой электростанции.

 

В центральном зале

Осознание того, что ты заходишь в помещение, где находится действующий ядерный реактор, поневоле вызывает тревогу: а вдруг что-то пойдет не так? Однако более близкое знакомство с мерами безопасности, техническими средствами ее обеспечения и принципами работы атомщиков позволяет с этой тревогой быстро справиться. С первых минут понимаешь, что ситуация здесь находится под строжайшим контролем.

По понятным причинам увидеть воочию активную зону реактора невозможно. Однако на отметке 42 м можно зайти в центральный зал реактора и увидеть его «крышку». Сам БН-600 начинается на уровне пола этого помещения.

Реактор работает практически автономно. Загрузка и выгрузка топлива происходит автоматически. Контроль осуществляется дистанционно.

«В ходе модернизации блока мы внедрили систему аварийного расхолаживания, — рассказывает Илья Филин, заместитель начальника реакторного цеха. — Благодаря ей установка может расхолаживаться даже при полном отсутствии теплоносителя в третьем контуре».

Новая система может пригодиться только в самом крайнем случае. Энергоблок спроектирован таким образом, что даже если все системы отключились и нет электричества, у персонала будет несколько суток, в которые можно не предпринимать каких-либо действий, а искать оптимальное решение по выходу из аварийной ситуации. В это время тепло будет накапливаться внутри реактора — он очень энергоемкий. Кроме того, на БАЭС разработаны планы по ликвидации запроектных аварий. Важно, что все мероприятия могут быть выполнены без участия источников энергии, в их основе лежит действие законов физики. 

Расчеты и проведенные исследования показали, что эти мероприятия подходят к любой ситуации, какую только возможно вообразить, и позволяют расхолодить реактор так, чтобы он сохранил работоспособность, а его корпус остался полностью герметичным. Запас по температуре для кипения натрия несколько сотен градусов. Это главное отличие БН от остальных типов реакторов.

Для человека непосвященного странно слышать, что предусмотрено время на обдумывание в условиях чрезвычайной ситуации. Казалось бы, действовать надо! Но у атомщиков свои принципы. «Ни одна работа в атомной энергетике не начинается, пока не будет точно просчитано, каким образом она будет завершена, — говорит Илья Филин. — Если мы говорим о плановых действиях, то подготовка к той или иной операции может продолжаться месяцы и даже годы, в то время как сама работа займет три часа».

 

Запас прочности

«Проведенные недавно исследования показали, что металл, использованный для изготовления конструкционных элементов реактора, на протяжении многих лет очень хорошо сохраняет свои свойства, — продолжает Илья Филин. — Практические результаты оказались намного лучше, чем теоретические. Так что спасибо специалистам, проектировавшим энергоблок в советское время. Запас прочности по всем позициям заложен многократный».

Тем не менее, в реакторе заменили практически все оборудование: промежуточные теплообменники, циркуляционные насосы и многое, многое другое. Кроме того, конструкция реактора позволяет заменять промежуточные теплообменные аппараты, циркуляционные насосы, перегрузочное оборудование в плановом порядке.

Покинуть центральный зал реактора не так просто. Сначала любому без исключения человеку необходимо пройти через два контрольных пункта, чтобы исключить наличие радиоактивного загрязнения на коже или одежде. Если обнаружится хоть одна опасная частичка, работнику придется вернуться в душевую. Шлюз откроется, только когда все будет чисто. «С этой «девушкой» не договоришься!» — шутят атомщики.

 

Кто в ответе за реактор?

Несмотря на масштабную модернизацию всего энергоблока, на блочном щите управления принципы управления сохранены те же, что были в 1980-е гг. К любым изменениям органов управления здесь подходят крайне осторожно: необходимо, чтобы оператор мог четко считывать всю необходимую информацию в привычном однозначном представлении и не менее четко реагировать.

В то же время на новом энергоблоке с реактором БН-800, физический пуск которого состоится уже в 2013 г., будет принципиально новый интерфейс. Работать там будут новые операторы, которым не придется переучиваться с одной системы на другую.

Управляют энергоблоком самые высококвалифицированные специалисты. Начальник смены единолично отвечает за все, что происходит на объекте. Он вправе самостоятельно принимать необходимые решения, и на нем лежит персональная ответственность.

«Аппаратурой предусмотрено блокирование потенциально ошибочного действия оператора, вплоть до останова реактора, что накладывает самые высокие требования к квалификации, — говорит Илья Филин. — Во Франции все переложено на автоматику, и блочным щитом управляют люди со школьным образованием, им достаточно уметь действовать по схеме: увидел – прочитал – нажал. А у нас требования к персоналу очень высокие — высшее профильное образование и соответствие требованиям с медицинской и психологической точки зрения».

Серьезный отбор специалистов включает обследование в собственной психофизиологической лаборатории. Очень важно, чтобы человек не только был профессионалом, но и соответствовал должности по своим морально-волевым качествам.

Обеспечить резерв

Один из объектов, появившихся в ходе модернизации БН-600 — резервный пункт управления. Это отдельно взятое помещение, по сути бункер, расположенный за многометровыми бетонными стенами, в нем создана автоматическая система жизнеобеспечения. Даже если произойдет авария, человек, который там будет находиться, никак не почувствует на себе ее последствий. С резервного пункта оператор может остановить реактор, управлять системами по расхолаживанию блока.

На основном пульте тоже есть своя система защиты, и таких систем в блоке несколько. Они разнесены в пространстве и по датчикам, от которых срабатывают. Если электропитание исчезает, то система расхолаживания автоматически запускается. Причем защита отрабатывает до конца, остановить ее невозможно, оператор может только корректировать режимы. По требованию правил ядерной безопасности любое начавшееся действие должно дойти до финала. Это логика, заложенная во все проекты атомных станций.

 

Перезагрузка топлива

Перед нами пульт для управления системой очистки натрия и перегрузкой реактора. Напротив рабочего места оператора табло с шестиугольниками, визуализирующее активную зону реактора.

«Это уже дань истории, — говорит Илья Филин. — Раньше каждая операция выполнялась, теперь смешно сказать, по перфокартам. Естественно, эту систему мы модернизировали. Сейчас все работает автоматически, процесс запускается специальной программой, а оператор контролирует ее выполнение. Расчет программы производился головной организацией, перепроверялся нашими отделами. Несмотря на полную автоматизацию, необходимые ручные приводы сохранены. Это наша подстраховка на самый крайний случай».

Перед заменой топлива в реакторе происходит плановое расхолаживание. Снижается мощность энергоблока, выключаются турбины, снижается температура реактора, прекращается цепная реакция, система перегрузки приводится в работоспособное состояние. А пока происходит перегрузка топлива, специалисты БАЭС успевают выполнить ряд регламентных работ.

Сколько времени проходит между тем, как дана команда, и остановкой реактора? От одной секунды до нескольких дней. В плановом режиме чуть более суток. При отключении на БАЭС учитывают режим работы энергосистемы в целом.

Уникальный парогенератор 

В помещении очень жарко. Как правило, сюда заходит только специалист, отвечающий за визуальный контроль работы оборудования, и только трижды за смену.

Именно здесь соприкасаются второй и третий контуры энергоблока: в теплообменниках натрий, температура которого достигает 518 °С, передает тепло воде, которая превращается в пар и вращает турбины. Натрий с расходом около 8 тыс. м³/ч на один парогенератор движется по промежуточным теплообменникам и возвращается обратно.

Здесь тоже предусмотрены системы защиты. Даже в случае самого маловероятного события — утечки натрия, он будет стекать в специальные поддоны, устроенные по принципу школьной чернильницы – непроливашки. В поддонах произойдет самогашение, и участие человека для ликвидации нештатной ситуации не потребуется.

«Парогенератор БАЭС — абсолютно эксклюзивный, такого больше нигде нет — ни в России, ни в мире, — рассказывает Владимир Минин, инженер отдела инженерно-технической поддержки эксплуатации. — Парогенератор включает три петли, в каждой по восемь секций, каждая секция в свою очередь включает три модуля, отличающихся по своему назначению. Одним словом, устройство очень сложное, однако благодаря этому парогенератор обладает колоссальными маневренными возможностями».

В рамках работ по продлению ресурса БН-600 были заменены все 72 модуля – теплообменника, в том числе те, которые еще не выработали свой ресурс. Замена проводилась поэтапно в периоды ежегодных плановых ремонтов энергоблока, с поочередным отключением одной из трех петель.

 

Машинный зал

В отличие от парогенератора, турбогенераторы БН-600 — серийное изделие. Здесь используется обычная для теплоэлектростанций турбина — К-210-130.

Белоярская станция изначально была ориентирована на использование серийного тепломеханического оборудования.

Безопасность — в приоритете

Инвестпроект по продлению срока эксплуатации станции включал огромный объем работ, далеко не все объекты модернизации можно увидеть в ходе одной экскурсии. Так, на третьем энергоблоке БАЭС был создан третий канал аварийного электроснабжения, блок приведен к требованиям повышенной сейсмостойкости (теперь БН-600 может выдержать шестибальное землетрясение), внедрена новая система радиационного контроля. Не удивительно, что модернизация обошлась в миллиарды рублей.

Однако проект признан коммерчески выгодным: окупится он в рамках продленного срока. Для коммерческой электростанции, какой и является БАЭС, это немаловажно.

«В то же время в атомной энергетике нельзя все переводить на деньги, — уверен Валерий Шаманский, заместитель главного инженера по безопасности и надежности. — БН-600 — единственный в мире работающий энергоблок на быстрых нейтронах. Нельзя потерять это достояние, утратить наши компетенции. Это и престиж нашей страны, и инновационное развитие технологий. Сейчас заканчивается строительство коммерческого энергоблока БН-800, мы ведем проектирование энергоблока БН-1200. С этой точки зрения опыт эксплуатации БН-600 имеет огромное значение».

Специалисты убеждены, что реакторы на быстрых нейтронах помогут решить энергетическую проблему как таковую. Технология позволит замкнуть топливный цикл: выжигая одно топливо, можно нарабатывать другое. Это уникальная особенность. И следующее поколение реакторов, к которому относится и БН-800, уже сможет работать в таком режиме.

Возможно, тем, кто беспокоится об экологических проблемах, стоит обратить на это внимание? Реактор герметичен, в нем не сгорают ежесекундно кубометры кислорода (как на тепловых станциях), он не будет требовать все нового и нового топлива. К слову, годовой выход радиоактивных изотопов с Белоярской АЭС составляет примерно 25–30 % от разрешенного суточного. То есть, даже за целый год Белоярская АЭС не превышает тот небольшой уровень загрязнения, который по санитарным нормам разрешен за одни сутки работы. В принципе, уровень выхода изотопов мог быть даже нулевым, если бы речь шла не об опытно-промышленной станции, занимающейся помимо прочего поиском и отработкой новых технологических решений для атомной энергетики.

«Высший приоритет в работе атомной станции — безопасность, — говорит в заключение Валерий Шаманский. — Она обеспечивается трехкратным резервированием и дублированием всех устройств и систем. А еще у нас есть термин «культура безопасности», на которой воспитываются наши работники. Речь не просто об отношении людей к своему делу и профессиональному долгу. Это состояние души».

 

Екатерина Зубкова

Фото автора

Читайте также: