Технология и технологическое оснащение демонтажа оборудования при выводе из эксплуатации блоков АС

Демонтаж оборудования, систем и металлоконструкций (далее по тексту – оборудования) – обязательная процедура заключительного этапа жизненного цикла блоков АС – вывода из эксплуатации (ВЭ). Состав, объем и распределение работ во времени зависят от типа блока АС, концепции и программы ВЭ [1]. При этом демонтаж реакторов и высокоактивного оборудования в соответствии с принятой в России концепцией ВЭ блоков АС будет производиться после длительной выдержки (до 80 лет), когда за счет процесса естественного распада их радиоактивность уменьшится до значений, позволяющих снизить до разумных пределов дозовую нагрузку на персонал. Однако говорить сегодня что-то определенное о технологии демонтажных работ в столь отдаленном будущем вряд ли целесообразно.

Анализ опыта проектирования и применения технологических процессов демонтажных работ [2, 3] показывает, что их разработка тесно увязана с действием ряда начальных и граничных условий. В результате демонтажная технология должна обеспечивать:

- соответствие принятой концепции и программе ВЭ;

- адаптацию к среде размещения оборудования, неорганизованной на проектном уровне к ведению масштабных демонтажных работ;

- возможность демонтажа оборудования, отличающегося разнообразием конструкции, конструкционных материалов, способов установки;

- минимизацию дозовых нагрузок на персонал, в первую очередь специально подготовленный и высококвалифицированный;

- предотвращение распространения радиоактивного загрязнения за пределы рабочих и специальных вспомогательных зон;

- безопасность ведения работ (ядерная – при наличии просыпей отработанного ядерного топлива в рабочей зоне, радиационная – при демонтаже в радиационно-опасных условиях, санитарно-гигиеническая, пожарная, безопасность труда).

Кроме того, технология демонтажных работ должна удовлетворять:

- предусмотренным программой (проектом) ВЭ временным затратам;

- приемлемым ресурсным затратам (финансовым, людским, материальным, дозовым);

- требованиям совместимости с методами дезактивации и радиационного контроля в рабочей зоне;

- условиям совместимости с технологией последующего обращения с радиоактивными отходами и материалами повторного (ограниченного и неограниченного использования);

- требованиям обеспечения надежности и расчетной долговечности функционирования.

Важной методической предпосылкой в разработке демонтажной технологии служит условная классификация помещений блока АС по уровню радиационного фона [3], коррелированная с нормативами НРБ-99 (без учета коэффициента запаса на дозовую нагрузку персонала):

- 4 группа - до 12, 0 мкЗв/ч;

- 3 группа - от 12 до 100 мкЗв/ч;

- 2 группа - от 100 до 1000 мкЗв/ч;

- 1 группа - свыше 1000 мкЗв/ч.

Длительность пребывания персонала при шестичасовой рабочей смене в помещениях четвертой группы не ограничивается, в помещениях третьей группы – ограничивается условием непревышения нормативной дозы облучения. Однако при планировании дозозатрат должен вводиться коэффициент запаса на непредвиденные ситуации. Работы в этих помещениях выполняются с применением ручного и преимущественно механизированного труда и использованием организационных и технических мер радиационной безопасности.

В помещениях второй и первой группы работы должны проводиться с применением дистанционно-управляемой техники. При возможности, помещения второй группы переводятся в третью группу за счет дезактивации радиоактивно загрязненного оборудования и строительных конструкций. Проектом ВЭ может предусматриваться демонтаж оборудования в помещениях второй и первой группы после длительной выдержки для снижения уровня радиационного фона.

Для технологии демонтажных работ существенное значение имеет конструкция демонтируемых объектов [3]. С этой точки зрения в основном оборудовании можно выделить 11 видов, распределение массы по которым (для типового блока РБМК) приведены в диаграммах на рис. 1, 2.

Необходимо отметить особенности конструкции демонтируемого оборудования, определяющие технологию производства работ:

- широкое применение коррозионно-стойкой стали, ограничивающей возможности механической и термической резки;

- нежесткость конструкции, затрудняющая применение механических способов резки;

- применение цельносварных конструкций, исключающее использование операций разборки;

-
плотность расположения внутренних элементов конструкций (в теплообменниках), труб в пучках трубопроводов, рядом стоящего оборудования в помещениях, затрудняющей применение средств технологического оснащения (СТО);

Рисунок 1 – Распределение массы по видам оборудования машинного зала блока РБМК

Рисунок 2 – Распределение массы по видам оборудования реакторного отделения блока РБМК

- крупные массогабаритные параметры, большая толщина стенок некоторых видов оборудования, усложняющие выбор способов фрагментирования и перемещения;

- разнообразные способы установки оборудования – в горизонтальном, вертикальном и наклонном положении на опорах, подвесках, кронштейнах, что должно учитываться при демонтаже из-за опасности возникновения аварийных ситуаций – опрокидывания или падения объектов, заклинивания инструментов и СТО и т. п.

Для каждого отдельного оборудования требуется разработка технологического процесса демонтажа, вписывающаяся в общий технологический процесс демонтажных работ. Количество и номенклатура демонтируемого оборудования значительны, например, в технических предложениях по демонтажу тепломеханического оборудования первого блока Белоярской АЭС авторами были проработаны технологии демонтажа 35 единиц основного оборудования и 81 единиц трубопроводов из 11 помещений реакторного отделения.

Демонтируемое оборудование размещается в зданиях блока практически на всех уровневых отметках, а на них – по всей площади и в значительном количестве помещений. Например, к реакторному отделению первого блока Ленинградской АЭС относятся 240 помещений, из них уже на первом этапе вывода из эксплуатации в 32 помещениях на отметках уровня от –11, 8 до +30, 0 м необходимо произвести демонтаж оборудования [4].

В результате возникают потребности осуществления значительных по объему и сложных по исполнению операций перемещения демонтированного оборудования и/или его фрагментов к основным транспортным коридорам. Для этих операций требуются подготовительные работы по разделке проемов и оснащению грузоподъемными и транспортными средствами трасс перемещения. Поэтому важен выбор рациональных маршрутов перемещения.

Опыт проведения технологических разработок по демонтажу оборудования блоков АС при их выводе из эксплуатации показал необходимость создания для этой цели проблемно-ориентированной системы, в которой специалисты (эксперты), принимающие решения, действуют в организованной среде проектирования, позволяющей получить информационно-методическую поддержку [5].

Компонентами системы являются:

- реляционная модель (РМ) среды действия и объектов воздействия демонтажной технологии – 6 классов объектов, 21 схема отношений, 184 атрибута;

- реляционная модель представления знаний в области демонтажных работ – 5 классов объектов, 16 схем отношений, 120 атрибутов;

- структурированный список составляющих пространства демонтажных работ (функциональных, территориальных, объектов воздействия, продукции) – 4 группы, 9 подгрупп, 94 составляющих;

- структурированный список факторов действия технологии демонтажа (способы, методы, средства технологического оснащения, обеспечение безопасности и др.) – 6 групп, 39 подгрупп, 165 факторов;

- структурированный список граничных условий (требования к продукции демонтажа, ресурсные ограничения, организационные, технические и социальные факторы) – 3 группы, 8 подгрупп, 51 условие;

- структурированный список условий безопасности (нормативно-техническая документация, виды, правила и нормы безопасности) – 1 группа, 2 подгруппы, 15 условий;

- комплекс выходных параметров и характеристик технологии демонтажа (характеристики продукции, вторичных отходов, абсолютные и относительные показатели функционирования) – 3 группы, 13 подгрупп, 80 параметров и характеристик;

- комплекс критериев и оценок принятия решений (качественные и пороговые – для оценки выходных параметров и характеристик по выбору, интегральный – для оценки технологических затрат и расходов, связанных с радиационной защитой и ущербом от облучения).

Принятая в системе принципиальная схема разработки технологических процессов (ТП) демонтажа оборудования, включающая этапы отбора технологических решений, разработки альтернативных вариантов технологического процесса и выбора предпочтительного варианта представлена на рисунке 3.

Для обращения с обширным факторным массивом эксперт организует его путем формирования матриц отношений. Например, составляются матрицы отношений от данных среды действия и объектов воздействия к каждой из 39 подгрупп факторов действия технологии демонтажа (соответственно строки и столбцы матрицы), в них выделяется существование и отсутствие частных отношений между ними.

Затем для разработки решений по отдельным факторам действия технологии эксперт сжимает пространство проектирования путем расчленения матрицы на кортежи сечений (построчных подмножеств) по каждому фактору. В сечение включаются те элементы первой координаты, которые связаны отношением со второй координатой. Количество таких сечений в общем случае равно количеству факторов действия – 165.

Следует заметить, что в силу своей компетентности эксперт принимает значительную часть решений, рассматривая матрицы отношений и их сечений умозрительно.

В трудных для принятия решений случаях эксперт модифицирует сечение, выражая вторую координату кортежем относящихся к нему сведений и данных, извлеченных им из реляционной модели технологических знаний. Первая координата также представляется кортежем данных, выбранных из реляционной модели среды действия и непосредственно оказывающих влияние на выбор решения. По результатам анализа функциональных связей между составляющими этих координат принимаются альтернативные решения.

Например, в случае принятия технического решения по альтернативным вариантам демонтажа оборудования целиком анализу подвергаются функциональные связи f_c следующих данных среды действия и объектов воздействия:

Данные среды действия и объектов воздействия Наименование и обозначение оборудования; количество; конструкция; размеры Способ установки; материал опор (подвесок); конструкция; размеры; толщина стенок Расположение в помещении; наименьшее расстояние от пола, потолка, стены, другого оборудования Строительные данные помещения: размеры; конструкция пола, стен, потолка; техническое состояние; данные проема Расположение помещения в здании Строительные данные смежных помещений: размеры; конструкция пола, стен, потолка; данные проемов Строительные данные транспортных коридоров здания Среднее значение мощности дозы в помещении; распределение мощности дозы по помещению Среднее значение мощности дозы в смежных помещениях Активность поверхностного загрязнения); радионуклидный состав загрязнения Данные штатных средств перемещения: грузоподъемность, скорость перемещения, размеры рабочей зоны, способ управления, техническое состояние

fс

Факторы технологических знаний по вариантам демонтажа оборудования целиком Практика применения Технологическое оборудование; инструмент; степень готовности Подъемно-транспорт-ное и такелажное оборудование; степень готовности Механизация, автоматизация операций, дистанционное управление Размеры рабочей зоны по месту установки и по трассе перемещения Приспособленность варианта к конструкции и установке объекта, компоновке рабочей зоны, радиационным условиям Влияние на безопасность; применение средств защиты Приспособленность к системам энерго- и жизнеобеспечения блока

Рисунок 3 – Схема разработки технологического процесса демонтажа оборудования

Затем принятые альтернативные варианты демонтажа подвергаются такой же процедуре анализа их функциональных связей с факторами безопасности и граничных условий, действующими при демонтаже оборудования блока АС. В результате принимается решение по выбору предпочтительного способа, при необходимости учитывается его пригодность для демонтажа целиком другого оборудования.

Практическая работа №7. Ознакомление с опытом демонтажных работ при выводе из эксплуатации зарубежных АЭС

Демонстрация и обсуждение слайдов, представленных файлами:

Проект ВЭ АЭС Грейфсвальд

Технологии демонтажа на АЭС Грефсвальд

Слайды ВЭ НОРД