Основные проектные и компоновочные решения ВВЭР-ТОИ
Дата: 20/03/2013
Тема: Атомная энергетика


Андрей КУЧУМОВ, замдиректора по перспективному проектированию ОАО «Атомэнергопроект»

Совокупной задачей, поставленной перед Проектом «ВВЭР-ТОИ», была разработка типового проекта энергоблока АЭС большой мощности, способного конкурировать с активно развивающимися и признанными лидерами в области атомной энергетики, как в части технических решений, так и в части применения современных информационных технологий. Для решения данной задачи была проведена серьезная работа, и на настоящий момент мы можем сказать: данная задача реализована, и проект состоялся


Основными предпосылками создания Проекта «ВВЭР-ТОИ» были следующие стратегические проблемы, исторически сложившиеся в отрасли к 2009 году:

1. Отсутствие типового серийного проекта АЭС, отвечающего современным конкурентным требованиям мирового рынка:

• последний типовой серийный проект АЭС был разработан в 1980 году (реализован на 9 многоблочных АЭС в России и за рубежом – Запорожской, Балаковской, Ростовской, Калининской АЭС, АЭС «Темелин» в Чехии и т. п.);

• современные проекты АЭС, разработанные в России за последние 15 лет (АЭС «Бушер», АЭС «Куданкулам», Нововоронежская АЭС-2, Ленинградская АЭС-2, АЭС «Тяньвань»), являются уникальными (не типовыми) – соответственно, с высокой стоимостью и длительными сроками сооружения, при этом обладают признанным мировым сообществом высочайшим стандартом безопасности, но значительно уступают конкурентам в части применения современных средств проектирования и управления данными.

2. Отсутствие опыта консолидации кадрового потенциала отрасли на реализацию одного проекта.

Нами, совместно с привлечением зарубежных экспертов, был определен перечень качественных и количественных характеристик, способных обеспечить конкурентоспособность проекта с учетом динамики развития мирового рынка на ближайшие 5–7 лет. Прежде всего, это совокупная безопасность, стоимость, сроки сооружения, типизация и серийность, применение современных информационных технологий. Всего было выделено 24 критерия конкурентоспособности, на основании которых определены основные технико-экономические требования к создаваемому типовому проекту АЭС.


В рамках реализации Проекта «ВВЭР-ТОИ» для достижения технико-экономических требований, позволяющих создать конкурентоспособный на внешнем рынке продукт, была проведена масштабная оптимизация проектных решений референтных АЭС по всем направлениям:

• генеральный план и транспорт;

• технологические решения основных зданий и сооружений АЭС;

• концепция безопасности АЭС с учетом опыта событий на АЭС «Фукусима»;

• архитектурно-строительные и планировочные решения;

• электротехнические решения и АСУ ТП.

Основные технико-экономические показатели, полученные в результате трехлетней работы по Проекту «ВВЭР-ТОИ», позволяют с уверенностью говорить о его будущей востребованности как на внутреннем, так и на внешнем рынке.

Компоновочные решения генерального плана ВВЭР-ТОИ основаны на традиционной схеме размещения основных зданий и сооружений АЭС, однако применение нового подхода по организации вспомогательных зданий, технологических связей и объектов транспортного хозяйства позволило уменьшить площадь промплощадки на 23 %, сократить периметр физзащиты на 26 %, протяженность технологических тоннелей – на 40 %, а внутриплощадочных автодорог – на 12 %.


Основной вклад в достижение таких результатов дали следующие решения по организации генплана:

• исключение железнодорожных путей для доставки грузов к порталу реакторного здания;

• вынос железнодорожной станции из зоны расположения основных зданий и сооружений;

• вынос за ограждение сооружений потенциальной взрывной опасности, очистных сооружений и комплекса сооружений по выдаче мощности;

• блокировка сооружений зоны контролируемого доступа;

• замена гибких линейных связей 500 кВ на галереи элегазовых токопроводов;

• объединение сооружений нейтрализации сбросных вод со зданием обессоливающей установки.

В базовом варианте площадь территории промплощадки составляет 598 000 м2 с учетом сооружений циркводоснабжения.

Особое внимание в рамках реализации Проекта «ВВЭР-ТОИ» отводится повышению безопасности энергоблока. В проекте реализован полный комплекс технических решений, позволяющих обеспечить безопасность АЭС и исключить сверхнормативный выход радиоактивных сред в окружающую среду в условиях внешних (природных и техногенных) воздействий в сочетании с внутренними исходными событиями и дополнительными отказами.

Концепция обеспечения безопасности основана на применении систем безопасности, использующих разные принципы работы: активные и пассивные. При этом все функции безопасности обеспечиваются независимой работой активных и пассивных систем безопасности. Более подробно дополнительные меры по повышению безопасности АЭС с энергоблоками ВВЭР-ТОИ описаны в статье главного инженера схемно-режимного бюро комплексного проектирования ОАО «Атомэнергопроект» А. С. Коршунова.

Строительные конструкции зданий и сооружений, а также оборудование, технологические трубопроводы, другие коммуникации и конструкции АЭС с ВВЭР-ТОИ разработаны, исходя из следующих базовых проектных сейсмических воздействий:

• МРЗ – 0,25 g – максимальное горизонтальное ускорение на свободной поверхности грунта (8 баллов по шкале MSK-64);

• ПЗ – 0,12 g – максимальное горизонтальное ускорение на свободной поверхности грунта (7 баллов по шкале MSK-64);

• землетрясение, превышающее МРЗ на 40 % по максимальному горизонтальному ускорению на свободной поверхности грунта (анализ выполнен с использованием реалистических подходов).

С целью обеспечения возможности размещения АЭС на площадках, характеризующихся более высокими (по сравнению с указанными выше) параметрами сейсмических воздействий, предусмотрена возможность без существенного изменения объемно-планировочных, трассировочных и других принципиальных конструктивных решений восприятия воздействий МРЗ – 0,41 g (9 баллов по шкале MSK-64).

При размещении АЭС «ВВЭР-ТОИ» на площадках с высоким уровнем сейсмичности будет выполняться окончательное обоснование сейсмостойкости с учетом конкретных сейсмологических и геологических условий.

По результатам динамического расчета выполнена проверка устойчивости зданий и сооружений I категории по опрокидыванию, что является одним из основных показателей их работоспособности.

Проверка показала, что устойчивость по опрокидыванию обеспечивается с достаточным уровнем запаса. В частности, для реакторного здания UJA коэффициент запаса оказался равным K = 1,58, а для вспомогательного реакторного здания UKC – K = 1,44. Это значительно выше регламентируемого ПиН АЭ-5.10–87 «Основания реакторных отделений атомных станций» коэффициента надежности n = 1,25.

Проверка отдельных конструкций реакторного здания (стен, перекрытий, фундаментных плит), зданий и сооружений I категории по НП-031–01 продемонстрировала, что требуемая при 0,41 g стержневая арматура может быть размещена в этих элементах без изменения их толщин, то есть фактически без изменения компоновочных решений.

Одним из дополнительных преимуществ проекта являются решения в части восприятия воздействия от падения как военного самолета, так и тяжелого самолета массой до 400 тонн.

Падение 20-тонного военного самолета Phantom RF-4 E согласно ТЗ на проект АЭС «ВВЭР-ТОИ» рассматривается в качестве проектного события. Для этого события проект обеспечивает все требования по безопасности на консервативной основе.

Значения прочностных характеристик бетона и арматуры консервативно приняты равными их расчетным значениям с коэффициентом надежности – 1,3.

Критерием устойчивости защитных железобетонных конструкций является отсутствие повреждений, приводящих к появлению раскрытых сквозных трещин в стенах после воздействия. При этом предельная деформация растяжения арматуры принята равной 0,8% для продольной арматуры и 0,4% для поперечной арматуры.

Падение большого коммерческого самолета согласно ТЗ на проект АЭС «ВВЭР-ТОИ» рассматривается в качестве запроектного события. В связи с этим величины прочностных характеристик бетона и арматуры приняты равными их нормативным значениям с коэффициентом надежности – 1,0.

Для этого события проект обеспечивает отсутствие выхода радиоактивных веществ в окружающую среду. Возможность дальнейшего коммерческого использования АЭС может быть утрачена. Для обоснования устойчивости АЭС к такому воздействию используются реалистические подходы.

Критерием устойчивости защитных железобетонных конструкций при падении самолета является отсутствие повреждений, приводящих к появлению раскрытых сквозных трещин в стенах после воздействия. При этом предельная деформация растяжения арматуры принята равной 5 %, что соответствует требованиям норм США NRC для учета запроектных событий.



Обеспечение безопасности энергоблока ВВЭР-ТОИ

Разработанные компоновочные решения обеспечивают снижение динамических воздействий на оборудование внутри здания реакторного отделения. Для этого внешние защитные конструкции отделены деформационным швом и межоболочным пространством от внутренних конструкций здания с целью исключения непосредственной передачи динамических воздействий на внутренние конструкции и элементы АЭС.


В Проекте «ВВЭР-ТОИ» применена новая «зеркальная» компоновка РУ, которая отличается от всех предыдущих параллельным расположением парогенераторов с побоксовым расположением петель, что позволяет исключить влияние аварийных ситуаций на соседние петли, а также выровнять длины трасс паропроводов до турбины.

Для сокращения сроков ППР в новой компоновке РО появилась возможность понизить отметку установки емкостей САОЗ первой ступени и освободить пространство на отметке обслуживания для раскладки и ремонта РУ в ППР.

Выполнение данной компоновки позволило обеспечить следующие направления оптимизации компоновочных решений:

• сокращение транзитных потоков кабелей и воздуховодов через технологические помещения;

• уменьшение паразитных объемов здания (коридоры, тамбуры);

• сокращение трубопроводных связей между технологическим оборудованием;

• сокращение общего количества систем, выполняющих сходные функции;

• физическое разделение паровых камер (паровые камеры располагаются по правую и левую стороны здания реактора UJA);

• для подачи «острого» пара использованы трубопроводы Ду = 700 мм;

• четыре емкости САОЗ первой ступени перенесены с отметки обслуживания на другую отметку;

• организован кабельный этаж для помещений СУЗ;

• обеспечена прямая связь зоны электрических гермопроходок с тоннелями и кабельными этажами. Исключается транзитная прокладка электрических кабелей по межоболочному пространству.

При проектировании вспомогательного реакторного здания принят принцип компактного размещения оборудования и коммуникаций, учтены такие дополнительные аспекты, как доступ к оборудованию, требующему периодических инспекций и ремонтов, возможность его демонтажа, замены и транспортировки, достаточное пространство для передвижения персонала и материалов. Компоновка здания обеспечивает возможность строительства индустриально-поточным методом с максимальным использованием модульных строительных конструкций заводского изготовления.

В результате размещения коридоров по периметру здания баки и крупногабаритное технологическое оборудование – фильтры, выпарные аппараты и др. – размещены в двух- и трехсветных помещениях, скомпонованных в одном ареале пространства.

Данное компоновочное решение позволило выделить кабельные коридоры, по которым осуществляется прокладка кабеля для запитывания оборудования.


Помещения зоны контролируемого доступа скомпонованы с учетом расположения необслуживаемых помещений и периодически обслуживаемых помещений в едином пространстве. Это позволило упорядочить компоновку технологических трубопроводов, разделив потоки трубопроводов и воздуховодов по «чистому» и «грязному» трубопроводным коридорам и шахтам.

Отказ от побоксового расположения единичного оборудования в пользу совмещенной компоновки привел к сокращению железобетонных конструкций стен, вентиляционных клапанов, дверей и люков, необходимых для создания теневых защит для обеспечения эксплуатации и ремонта. Насосное оборудование располагается в единых помещениях, для проведения ремонтных работ и защиты персонала от радиоактивных рентгеновского и гамма-излучений применяются переносные экраны – это инновационная гибкая высокоэластичная система защиты от радиационного излучения. Экраны состоят из полиуретаново-свинцового или силиконово-вольфрамового материала. Аналогичные решения успешно применяются на зарубежных АЭС.

Разводка трубопроводов осуществляется по специально предназначенным для этой цели трубопроводным коридорам, шахтам и помещениям.

Все помещения по своему расположению, как правило, объединены так, чтобы активность сред размещенного в них технологического оборудования была одного порядка. Компактное размещение оборудования, сгруппированного таким образом, приводит к снижению объемов радиационной защиты, а также к сокращению технологических коммуникаций (трубопроводов с активными средами, каналов трапных вод и спецвентиляции), то есть к снижению количества радиоактивных источников, требующих индивидуальной защиты.

Компоновочные решения в части вентиляции и кондиционирования воздуха направлены на сокращение строительных объемов в зданиях и помещениях, занимаемых оборудованием и воздуховодами систем вентиляции, повышение пожарной безопасности и сокращение трасс воздуховодов.

Вентиляционное оборудование размещено исходя из условий общей компоновки здания, возможности организации воздухозаборов и сбросов, а также с целью приближения оборудования к обслуживаемым помещениям и скомпоновано таким образом, чтобы к нему имелся свободный доступ для осмотра, ремонта, демонтажа и транспортировки.

Для вертикальных транзитных вытяжных воздуховодов в компоновке здания предусмотрены специальные вертикальные шахты, которые выходят непосредственно в помещения вытяжного вентцентра, в котором располагается вентиляционное оборудование.

Компоновочное решение по расположению коридоров по периметру здания позволяет значительно сократить наличие системы отопления в пределах «грязных» технологических помещений, уменьшить общую протяженность воздуховодов в здании.

Для дезактивации помещений и оборудования предусматривается применение передвижных модульных установок дезактивации.

Применение разработанных специалистами ОАО «Атомэнергопроект» унифицированных решений при разработке 3D-компоновки зданий и сооружений неизменяемой части Проекта «ВВЭР-ТОИ» позволяет получить любую разбивку на блоки в зависимости от требований производства СМР и транспортных возможностей, а также обеспечить:

• выпуск рабочей документации в полном объеме до начала основного этапа строительства;

• уникальные решения в части применения технологий крупноблочного (модульного) сооружения объектов;

• решения по увеличению заводской готовности строительных конструкций и сокращению монтажа на площадке (использование предприятий стройиндустрии);

• применение комплектно-блочного исполнения элементов оборудования и трубопроводов (максимальная заводская готовность);

• оптимизацию организации строительно-монтажных работ и применение поточного метода строительства.


Журнал РОСЭНЕРГОАТОМ №12-2012
www.rosenergoatom.info







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=4397