Оптимизация комплекса работ по замене парогенераторов энергоблоков АЭС с ВВЭР

Актуальность темы

диссертации. Комплексная оптимизация работ по ремонту и замене парогенераторов (ПГ) АЭС с ВВЭР обусловлена необходимостью проведения замен ПГ с целью поддержания и продления срока эксплуатации энергоблоков АЭС с ВВЭР сверх проектного, а также:

1. Целесообразностью обобщения отечественного и зарубежного опыта при решении задач оптимизации работ по замене ПГ АЭС с ВВЭР.

2. Продолжительными простоями энергоблока при замене ПГ.

3. Отсутствием в доступных публикациях результатов исследований с решением задач в оптимизации работ по замене ПГ.

4. Возможностью совместного решения задач по снижению издержек и дозозатрат, а также сокращения до минимума продолжительности простоев энергоблоков, необходимых для работ по замене ПГ.

Цель, научные задачи. Целью исследования является обоснование и разработка методологических основ внедрения новых методов техобслуживания, ремонта и замены ПГ. Для достижения сформулированной цели необходимо решить следующие задачи при замене ПГ:

1. Анализ и обобщение фактических данных для отечественных и зарубежных АЭС с учетом технологии работ по замене ПГ, организационных факторов и эффективности факторов снижения радиационного параметра.

2. Разработка технологической оснастки и технологий для сокращения продолжительности и повышения эффективности операций при замене ПГ.

3. Разработка усовершенствованных методов дезактивации и оптимизации работ в части снижения дозовых затрат ремонтного персонала.

4. Разработка алгоритма оптимизации сетевого графика замены ПГ. Научная новизна диссертации состоит в: усовершенствовании алгоритма оптимизации сетевого графика замены ПГв комплексном исследовании организации всех отдельных видов работ, потенциальных путей оптимизации работ с учетом дозовых нагрузок, использование ультразвука для повышения эффективности дезактивации элементов ПГ.

Практическая ценность работы. Материалы диссертации использованы и планируются использоваться в будущем:

• для выработки обоснованных предложений по оптимизации работ при замене ПГ на АЭС с реакторами ВВЭР-1000.

• для конструирования оснастки, повышающей эффективность выполнения отдельных операций при замене ПГ;

• для минимизации продолжительности работ по замене ПГ;

• для переподготовки и повышения квалификации ремонтного персонала.

Социальная значимость состоит в минимизации дозозатрат при замене ПГ. На защиту выносятся:

• методы и результаты оценки эффективности основных мероприятий по снижению трудои дозозатрат при замене ПГ;

• новая технологическая оснастка и усовершенствованные состав и технология работ по замене ПГ;

• метод ультразвукового сканирования, при котором увеличивается глубина дезактивации и снижаются дозозатраты персонала;

• алгоритм оптимизации сетевого графика замены четырех ПГ АЭС с ВВЭР-1000.

Личный вклад автора в получение научных результатов, изложенных в диссертации. Анализ радиационных и технологических характеристик при проведении работ по замене ПГ АЭС с ВВЭР, создание алгоритма оптимизации сетевого графика замены ПГ, расчетно-экспериментальные исследования радиационной обстановки, оптимизация работ при комплексной замене 4-х ПГиспользование ультразвука в технологии дезактивации элементов ПГ. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы и отдельные ее положения были доложены и обсуждены в 2001^-2007 на ряде Международных научно-технических конференций, семинаров и опубликованы в работах [1,2,16,36,52,68,69,71,72,74].

Внедрение. Отдельные материалы диссертациии использовались автором в при разработке проекта производства работ по замене ПГ на Балаковской (Бал) АЭС (1999^2000 гг.), Нововоронежской (НВ) АЭС. Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе получены 4 патента РФ.

Программой деятельности Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» на долгосрочный период (2009;2015 годы) от 20.09.2008 г. предусмотрены мероприятия по модернизации действующих АЭС, в т. ч. продление эксплуатационного ресурса действующих АЭС на сумму 112 342млн. рублей.

Впервые замена ПГ в отечественной практике была проведена в 1987 году на блоке № 2 Южно-Украинской (ЮУ) АЭС. Два ПГ были заменены за 417 суток [2]. В 1988 году на этом же блоке заменены остальные два. В период с 1987 по 2000 годы были заменены 38 парогенераторов. Основные работы по замене ПГ выполнялись силами ПО «Атомэнергоремонт» с частичным привлечением ремонтного персонала АЭС.

Процесс замены ПГ постоянно совершенствуется, сокращаются сроки выполнения работ. Тем не менее, замена ПГ является одной из наиболее трудои дозозатратных ремонтных кампаний. В связи с переходом отечественной атомной энергетики на НРБ-99 [3] и ОСПОРБ-99 [4] резко ужесточились требования к дозовым нагрузкам персонала, что требует принятия дополнительных мер, чтобы уложиться в новые нормативы по облучаемости. Требуется разработка и использование новых эффективных методов дезактивации, защитных материалов, внедрение дистанционных и автоматизированных устройств и т. д.

В связи с этим вопросы оптимизации работ при замене ПГ имеют важное значение как с точки зрения снижения трудозатрат, повышения КИУМ, так и минимизации дозовых затрат персонала.

ПГ является важнейшим элементом АЭС, который обеспечивает выработку пара для турбогенератора и охлаждение активной зоны реактора. ПГ реакторных установок ВВЭР являются третьим физическим барьером между радиоактивной и нерадиоактивной частью АЭС и эксплуатируются в наиболее тяжелых коррозионных условиях. В связи с этим в процессе эксплуатации должны быть обеспечены как работоспособность ПГ, так и ' межконтурная плотность для исключения попадания воды первого контура во второй контур АЭС и окружающую среду.

Предельное состояние ПГ наступает в случае невозможности выполнять им свои функции (отвода теплоты от теплоносителя и генерации сухого насыщенного пара), а таюке нарушения пределов безопасной эксплуатации (целостности защитного барьера и невозможности его восстановления).

Работоспособность ПГ является одной из важнейших составляющих безопасной эксплуатации энергоблока АЭС с ВВЭР в течение его срока службы. Ресурс ПГ блоков АЭС с ВВЭР впрямую зависит от работоспособности, пучка теплообменных трубок (ТОТ). В 1980;^-90-е годы резко изменились прежние представления о надежности и долговечности ПГ АЭС. В первые годы развития ядерной энергетики среди специалистов бытовало мнение, что ПГ не будут существенно влиять на срок службы АЭС и их экономические показатели. В дальнейшем выяснилось, что они являются наиболее уязвимыми элементами паротрубной части станции, поскольку трубные системы ПГ подвержены неблагоприятным воздействиям — язвенной и межкристаллитной коррозии, коррозионному растрескиванию ^ под напряжением, износу под действием вибрационных нагрузок, вызываемых потоком теплоносителя и т. п. По мере накопления опыта эксплуатации выяснилось, что эти процессы решающе влияют на возникновение отказов и на коэффициент использованияустановленной мощности (КИУМ) — обобщенный показатель эффективности работы АЭС.

Принятый подход к проектированию ПГ, выбор конструкционных материалов, технологии их изготовления и методов контроля пока не обеспечивают достижения экономически целесообразных сроков службы АЭС — примерно 30-^40 лет. Уже к концу первого десятилетия их эксплуатации оказалось, что доля вышедших из строя ТОТ ПГ велика, и необходимо сокращать интервалы между ее инспекционными осмотрами. Это ведет к увеличению простоев АЭС во время перегрузки ядерного топлива, когда проводят осмотр и ремонт ПГ. На отдельных ПГ доля дефектных трубок уже достигла пределов, требующих замены ПГ.

За рубежом на АЭС с PWR к 2007 году уже заменено более 200 ПГ из 475 действующих. На АЭС с ВВЭР-1000 из 104 ПГ — заменено 40. Замена ПГ на АЭС с PWR проводится из-за повреждений ТОТ. На АЭС с ВВЭР-1000 в 1987;Н 992 годах 34 ПГ были заменены из-за повреждения коллекторов теплоносителя в, районе перфорации. После выяснения причин повреждений и выполнения комплекса мер, подобных случаев разрушения не встречалось. В последние годы основным элементом, определяющим, фактический срок службы ПГ на АЭС с ВВЭР, являются ТОТ. В 1999 -^2004 годах шесть ПГВ-1000 были заменены по причине коррозионного повреждения металла ТОТ.

Значительное отличие в количестве заглушённых ТОТ ПГ различных энергоблоков, а также в пределах одной реакторной установки свидетельствует о различных условиях их эксплуатации. Для ряда ПГ продолжается процесс интенсивного повреждения ТОТ и требуется подтверждение остаточного ресурса ТОТ. В то же время имеются ПГ, проработавшие более 150 000 часов с ТОТ в хорошем состоянии (Калининская — Клн — АЭС).

Анализ количества ежегодно заглушаемых ТОТ ПГ показывает, что ' благодаря принимаемым мерам эксплуатационного и конструкторского характера в последние годы количество заглушаемых ТОТ уменьшается и проблема замены ПГ отодвигается на более поздние сроки, но не исключается. Кроме того, программа развития атомной энергетики России предполагает продление сроков эксплуатации энергоблоков АЭС, что потребует замены ПГ ряда энергоблоков с ВВЭР-1000 (например, блока № 5 Нововоронежской (НВ), блока № 3 Балаковской (Б л к) АЭС) [1].

В представленном исследовании рассмотрены пути решения задачи оптимизации работ при замене ПГ путем организационных мероприятий (исключения непроизводительных простоев и задержек, совершенствования вопросов организации работ по входному контролю, подготовке материалов и оборудования и т. д.), а также технологическим путем (разработкой новых приспособлений, технологий выполнения отдельных работ, внедрением высокопроизводительных устройств для резки и сварки и т. д.).

Реализация организационных и технологических мероприятий позволит сократить сроки предстоящих замен ПГ на 20-^30 суток. Для дальнейшей минимизации продолжительности замены парогенераторов разработан алгоритм расчета критического пути с одновременной оптимизацией сетевого графика выполнения поточных работ. и.

Выводы по главе 5:

1. Впервые с участием автора разработан и апробирован метод оптимизации (минимизации) сетевого графика работ по замене ПГ АЭС с ВВЭР при заданной численности персонала.

2. В одном из вариантов расчетов базовая продолжительность простоя (192 суток) снизилась до 177 суток, что создает предпосылки для дополнительной выработки 360 млн. кВт-ч.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В представленном исследовании рассмотрены пути решения задачи оптимизации работ при замене ПГ путем организационных мероприятий (исключения непроизводительных простоев и задержек, совершенствования вопросов организации работ по входному контролю, подготовке материалов и оборудования и т. д.), а также технологическим путем (разработкой новых приспособлений, технологий выполнения отдельных работ, внедрением высокопроизводительных устройств для резки и сварки и т. д.).

Реализация организационных и технологических мероприятий позволит сократить сроки предстоящих замен ПГ на 20-^30 суток. Для дальнейшей минимизации продолжительности замены ПГ разработан алгоритм расчета критического пути с одновременной оптимизацией сетевого графика выполнения поточных работ и получены следующие выводы:

1. По результатам фактического анализа сведений о состоянии отечественных ПГ АЭС с ВВЭР автором выявлено, что в ряде случаев для обеспечения проектного ресурса или эксплуатации энергоблока сверх проектного потребуется замена ПГ.

2. Для реализации замены ПГ с минимальными сроками простоя энергоблока и минимума дозозатрат ремонтного персонала проведена оценка эффективности основных мероприятий по снижению трудои дозозатрат, разработана новая технологическая оснастка и усовершенствованы состав и технология работразработан и внедрен метод ультразвукового сканирования, при котором увеличивается глубина дезактивации и снижаются дозозатраты ремонтного персонала.

3. Разработан алгоритм оптимизации сетевого графика замены четырех ПГ АЭС с ВВЭР-1000, что позволяет сократить относительный простой энергоблока на 7,8%- в частности, оптимизация отдельных работ по замене ПГ на блоке № 2 Балаковской АЭС (1999.2000 гг.), обеспечила сокращение общей продолжительности работ на 42 сутокреализация же организационных и технологических мероприятий, впервые обоснованных автором диссертации, позволяет сократить длительность замены ПГ еще на 20³⁰ суток.

4. Для снижения дозовых нагрузок при замене ПГ необходимо проведение расконсервации и подготовки узлов и деталей к монтажу вне зоны контролируемого доступа, разработка быстросъемной биозащиты главного циркуляционного трубопровода.