Ремонт АЭС: ППР, запасные части и продление срока эксплуатации
Энергоблок АЭС год-полтора работает без остановки, а затем на несколько недель встаёт на планово-предупредительный ремонт: за это время нужно перегрузить топливо, отремонтировать и проверить оборудование и испытать системы безопасности. Ниже — как устроен такой ремонт, кто его выполняет, откуда берутся запасные части и как ремонты связаны с продлением срока службы станции.
Содержание
- 12–18 мес.работает энергоблок с ВВЭР между остановками на перегрузку топлива
- 25–33 %сборок активной зоны ВВЭР меняют при каждой перегрузке
- 3вида плановых ремонтов: текущий, средний и капитальный
- ≈11 000трубок парогенератора ВВЭР-1000 проверяют вихретоковым методом
Ремонтный цикл энергоблока
Энергоблок АЭС с ВВЭР работает непрерывно, как правило, 12–18 месяцев — столько длится кампания, период работы реактора между перегрузками топлива. Затем реактор останавливают, чтобы заменить часть выгоревшего топлива, и на эту же остановку планируют ремонт. Большая часть оборудования первого контура на работающем блоке недоступна: оно под давлением, внутри гермооболочки и в полях излучения. Поэтому всё, что нельзя сделать на ходу, откладывают до остановки.
Так устроен планово-предупредительный ремонт (ППР): оборудование ремонтируют не после поломки, а по графику, пока износ не перерос в отказ. По объёму работ ремонты делят на три вида.
- Текущийперегрузка топлива, обязательный контроль, ремонт оборудования, которому подошёл срок, устранение замечаний, накопившихся за кампанию.
- Среднийк этому добавляются разборка и ремонт части основного оборудования и расширенный контроль.
- Капитальныйревизия основного оборудования с восстановлением его ресурса, например со вскрытием цилиндров турбины, и наибольший объём контроля металла. Такой ремонт часто совмещают с модернизацией.
Чередование видов ремонта задаёт ремонтный цикл блока, а длительность остановки бывает от нескольких недель до нескольких месяцев. Каждый день простоя — недовыработанная электроэнергия, поэтому сроки ремонта считают по дням. Часть работ назначают по техническому состоянию: если диагностика показывает, что узел в порядке, его не разбирают «по календарю». Плановые ремонты нужны и канальным реакторам РБМК, хотя топливо в них меняют на ходу.
Что делают во время ППР
Ремонт начинается с остановки и расхолаживания реактора. Давление в первом контуре снижают, снимают верхний блок — крышку реактора вместе с приводами СУЗ, — и работы расходятся по нескольким направлениям.
- Перегрузка топлива. Перегрузочная машина под слоем воды с бором выгружает часть отработавших сборок в бассейн выдержки, переставляет оставшиеся и загружает свежие. Заодно проверяют герметичность оболочек твэлов: сборки с негерметичными твэлами в зону не возвращают.
- Ревизия и ремонт оборудования. Главные циркуляционные насосы, арматуру, теплообменники, турбину, генератор и электротехнику разбирают, проводят дефектациюоценивают состояние каждой детали — и изношенное меняют. Самая многочисленная группа — арматура: на энергоблоке её тысячи единиц; как она устроена, рассказано в статье «Трубопроводная арматура для АЭС».
- Эксплуатационный контроль металла. По программе контроля проверяют корпус реактора и его сварные швы, шпильки главного разъёма, трубопроводы, трубки парогенераторов. Методы те же, что на заводе, — о них в статье «Неразрушающий контроль», — но работать приходится на месте, часто дистанционно.
- Испытания систем безопасности. Насосы, арматуру, дизель-генераторы и автоматику проверяют вместе — по сигналам, которые имитируют аварию, например полное обесточивание блока.
- Проверка СУЗ. Ревизия приводов, проверка датчиков положения, измерение времени падения органов регулирования — подробнее в статье «Управление реактором: СУЗ и приводы».
- Гидравлические испытания. Собранный первый контур проверяют давлением на плотность, а в сроки, установленные правилами, — и на прочность.
У каждого вида контроля свои приёмы. Корпус реактора проверяют изнутри: в заполненный водой корпус опускают манипулятор, и ультразвуковые преобразователи проходят по сварным швам. Для этого активную зону выгружают полностью и вынимают внутрикорпусные устройства, поэтому такой контроль проводят не в каждый ремонт. Трубки парогенераторов проверяют вихретоковыми зондами, а трубку с недопустимым дефектом глушат — закрывают заглушками с обеих сторон. На трубопроводах второго контура из углеродистой стали толщиномерами следят за эрозионно-коррозионным износом: участки, где стенка утонела до предела, заменяют.
Ремонт заканчивается пуском. Реактор собирают, первый контур испытывают и разогревают, затем реактор выводят на минимально контролируемый уровень мощности. Там проводят физические испытания — проверяют критическую концентрацию бора, эффективность групп органов регулирования, температурный коэффициент реактивности — и только после этого поэтапно поднимают мощность и включают генератор в сеть.
| Вид работ | Что делают | Пример |
|---|---|---|
| Перегрузка топлива | Выгрузка части сборок, перестановка, загрузка свежих, контроль герметичности оболочек твэлов | Замена от четверти до трети из 163 сборок ВВЭР-1000 |
| Ревизия оборудования | Разборка, дефектация, замена изношенных деталей, сборка, испытания | Уплотнение вала и подшипники главного циркуляционного насоса; притирка затвора и замена сальниковой набивки задвижки |
| Контроль металла | Неразрушающий контроль по программе эксплуатационного контроля | Ультразвуковой контроль швов корпуса реактора изнутри; вихретоковый контроль трубок парогенератора |
| Испытания систем | Проверка совместной работы оборудования по имитированным сигналам | Пуск дизель-генераторов при имитации обесточивания и поочерёдное подключение нагрузок |
| Гидравлические испытания | Проверка плотности и прочности контуров после ремонта | Испытание первого контура перед разогревом |
| Модернизация | Замена устаревшего оборудования и систем новыми | Новая аппаратура систем управления, дополнительные системы безопасности |
| Пуск | Физические испытания и поэтапный подъём мощности | Измерение эффективности групп органов регулирования на минимально контролируемом уровне мощности |
Цикл энергоблока (схема): долгая работа на мощности сменяется планово-предупредительным ремонтом. Во время ППР параллельно идут перегрузка части топлива, ремонт оборудования, контроль металла и испытания систем, а заканчивается он пуском блока.
Ремонт как проект
ППР энергоблока — это тысячи работ, в которых одновременно заняты сотни людей из разных организаций. Их сводят в сетевой график: для каждой работы указаны длительность, исполнители и связи с другими работами. Самая длинная цепочка последовательных работ — критический путь — определяет срок ремонта. У ВВЭР её обычно образуют работы на реакторе и первом контуре: расхолаживание, вскрытие реактора, перегрузка топлива, контроль корпуса, сборка, гидравлические испытания, разогрев и пуск.
Задержка любой из этих работ сдвигает пуск блока, поэтому их отрабатывают заранее, на тренажёрах и макетах, и держат под рукой запас инструмента и запасных частей. Турбина, электротехника и вспомогательные системы ремонтируются параллельно, но и они могут выйти на критический путь, если объём работ на них велик.
Готовить ремонт начинают задолго до остановки. Составляют ведомость объёма работ, заказывают материалы и запасные части, заключают договоры с подрядчиками, готовят программы и технологическую документацию, обучают персонал. Всё нужное должно оказаться на станции до начала работ: деталь, которая опоздала или не прошла входной контроль, может задержать пуск всего блока.
Три особенности ремонта как проекта
| Сроки | Излучение | Чистота |
|---|---|---|
| срок задаёт критический путь — работы на реакторе и первом контуре | большая часть коллективной дозы набирается во время ремонтов | болт, ветошь или стружка могут повредить твэлы |
| эти работы отрабатывают заранее на тренажёрах и макетах | дозы планируют, как бюджет | инструмент проносят по учёту, выносят по сверке |
| всё нужное должно быть на станции до начала работ | свинцовые маты, дезактивация, дистанционные манипуляторы | открытые патрубки закрывают заглушками |
| наряды с ограничением времени, дозиметр у каждого | деталь должна прийти чистой, без стружки и заусенцев |
Вторая особенность — излучение. Внутренние поверхности оборудования первого контура покрыты радиоактивными отложениями, один из главных источников их излучения — кобальт-60, и большая часть коллективной дозы персонала станции набирается именно во время ремонтов. Поэтому дозы планируют, как бюджет: для каждой работы оценивают мощность дозы и время, а облучение снижают временной защитой из свинцовых матов, дезактивацией оборудования перед вскрытием, дистанционными манипуляторами. Работы в полях излучения ведут по нарядам с ограничением времени, каждый работник носит дозиметр.
Третья — чистота. Забытый в контуре болт, обрывок ветоши или стружка могут повредить твэлы, заклинить орган регулирования, повредить трубку парогенератора. Поэтому вокруг вскрытого оборудования устраивают зоны, куда инструмент и материалы проносят по учёту и откуда выносят по сверке, открытые патрубки закрывают заглушками, а перед сборкой полости осматривают. Требование распространяется и на поставки: деталь должна прийти чистой, без стружки и заусенцев, законсервированной и упакованной так, как указано в документации.
Кто ремонтирует
У атомных станций есть свои ремонтные подразделения, а значительную часть работ выполняет специализированная ремонтная организация концерна «Росэнергоатом» — АО «Атомэнергоремонт» с филиалами на станциях. Привлекают и других подрядчиков: организации по неразрушающему контролю, наладке систем управления, ремонту электротехнического оборудования.
Заводы-изготовители участвуют в ремонте своего оборудования. Их специалисты ведут шеф-монтаж и шеф-наладку — надзор за тем, чтобы оборудование разбирали, собирали и налаживали по документации изготовителя, — выполняют сервисные работы, помогают решить, можно ли восстановить изношенную деталь, и поставляют запасные части. Для сложного оборудования — главных циркуляционных насосов, приводов СУЗ, турбин — участие изготовителя или разработчика в ремонте обычное дело.
Запасные части
Вместе с оборудованием изготовитель поставляет ЗИП — запасные части, инструменты и принадлежности; состав комплекта определяет ведомость ЗИП в эксплуатационной документации. Дальше станция планирует потребность сама — по графику ремонтов, опыту прошлых ремонтов и результатам дефектации. Прокладки, уплотнения, сальниковую набивку и часть крепежа меняют при каждой разборке. Валы и втулки, рабочие колёса насосов, штоки, сёдла и затворы арматуры, подшипники — по износу. Для деталей, без которых блок не запустить, держат неснижаемый запас, а изделия с долгим циклом изготовления — крупные поковки, сложное литьё — заказывают задолго до ремонта.
Какие детали меняют и когда
| При каждой разборке | По износу | Впрок и заранее |
|---|---|---|
| прокладки и уплотнения | валы и втулки | неснижаемый запас деталей, без которых блок не запустить |
| сальниковая набивка | рабочие колёса насосов | крупные поковки и сложное литьё заказывают задолго до ремонта |
| часть крепежа | штоки, сёдла и затворы арматуры | |
| подшипники |
Не всякую изношенную деталь меняют. Уплотнительные поверхности затворов арматуры притирают или протачивают, повреждённые участки иногда восстанавливают наплавкой с последующей механической обработкой. Но делают это только по технологии, предусмотренной документацией на оборудование, и с тем же контролем, что при изготовлении: восстановленная деталь должна отвечать тем же требованиям, что новая.
Требования к запасной части те же, что к изделию, в которое она пойдёт: класс безопасности, материал по чертежу, контроль, приёмка, документы. Уплотнение или шпилька для оборудования первого контура проходит тот же путь, что и само оборудование, — о классах безопасности и приёмке рассказано в статье «Оборудование для АЭС: нормы и приёмка». На станции запасные части снова проходят входной контроль, и без сертификатов, паспортов и маркировки, которая связывает деталь с её документами, их не примут. Прослеживаемость защищает и от ошибок, и от поддельной продукции.
Когда изделие больше не выпускают
Оборудование работает десятилетиями, и за это время изготовитель может снять изделие с производства или перестать существовать. Если конструкторская документация разработчика сохранилась, деталь изготавливают по ней — на другом заводе, с прежними требованиями к материалам, контролю и приёмке. Если документации нет, её восстанавливают по образцу: деталь обмеряют, определяют материал, разрабатывают чертежи и согласовывают их с разработчиком оборудования или эксплуатирующей организацией.
Продление срока эксплуатации
Многие энергоблоки работают дольше проектного срока, и подготовка к продлению во многом идёт через ремонты. Сначала проводят комплексное обследование: оценивают состояние металла по данным контроля, сравнивают фактическое число пусков, остановок и других циклов нагружения с расчётным. Затем расчётом обосновывают остаточный ресурс оборудования. То, что обосновать нельзя или что устарело, заменяют: кабели, датчики, аппаратуру управления, насосы, теплообменники, участки трубопроводов.
Корпус реактора заменить практически невозможно, поэтому решающее слово за ним. О состоянии его металла судят по образцам-свидетелям, а если охрупчивание приближается к допустимому пределу, корпус восстанавливают отжигом — нагревом участка напротив активной зоны до температуры заметно выше рабочей. Так отжигали корпуса ВВЭР-440, а затем и ВВЭР-1000. Итог всей работы — лицензия Ростехнадзора на эксплуатацию энергоблока в дополнительный срок.
Как продлевают срок эксплуатации энергоблока
- Комплексное обследованиеоценивают металл, сравнивают фактические циклы нагружения с расчётными
- Обоснование ресурсаостаточный ресурс оборудования обосновывают расчётом
- Замена и восстановлениечто нельзя обосновать или устарело, заменяют; корпус при нужде отжигают
- Лицензия Ростехнадзорана эксплуатацию энергоблока в дополнительный срок
Продление обычно совмещают с модернизацией: на блоке появляются новые системы управления и безопасности, а на ряде блоков с ВВЭР-1000 тепловую мощность реактора повысили на несколько процентов. Каждая такая модернизация — это новое оборудование и детали по новым чертежам, которые изготавливают и принимают по тем же правилам, что и при строительстве станции.
Термины
- Кампания реактораПериод работы реактора между двумя перегрузками топлива.
- ППРПланово-предупредительный ремонт — ремонт оборудования по заранее утверждённому графику, до наступления отказа; на АЭС его совмещают с перегрузкой топлива.
- ДефектацияОценка состояния деталей разобранного оборудования, по итогам которой их оставляют, восстанавливают или заменяют.
- Эксплуатационный контрольПериодический контроль металла оборудования и трубопроводов действующего энергоблока, который проводят в основном во время ремонтов.
- Критический путьСамая длинная цепочка последовательных работ в графике ремонта; она определяет его продолжительность.
- ЗИПЗапасные части, инструменты и принадлежности, которые поставляют вместе с оборудованием для его эксплуатации и ремонта.
- Шеф-монтажНадзор специалистов изготовителя за монтажом, разборкой и сборкой их оборудования на месте.
Частые вопросы
Что такое ППР на АЭС?
Планово-предупредительный ремонт — плановая остановка энергоблока для перегрузки топлива, ремонта и контроля оборудования и испытаний систем безопасности. Оборудование ремонтируют по графику, не дожидаясь отказа.
Как часто энергоблок АЭС останавливают на ремонт?
Блок с ВВЭР работает без остановки обычно 12–18 месяцев, после чего встаёт на ППР, совмещённый с перегрузкой топлива. Остановка длится от нескольких недель до нескольких месяцев в зависимости от вида ремонта.
Какие требования предъявляют к запасным частям для АЭС?
Те же, что к оборудованию, в которое они пойдут: класс безопасности, материал по чертежу, контроль, приёмка и полный комплект документов. Без документов и маркировки запасную часть на станции не примут.
Что делать, если запасную часть больше не выпускают?
Деталь изготавливают по конструкторской документации разработчика, а если её нет — по образцу: обмеряют, определяют материал, разрабатывают и согласовывают новые чертежи. Новая деталь проходит тот же контроль и приёмку, что и исходная.
Что такое критический путь ремонта?
Самая длинная цепочка последовательных работ в графике ремонта, которая определяет его срок. У энергоблока с ВВЭР её обычно образуют работы на реакторе и первом контуре — от расхолаживания и перегрузки топлива до гидравлических испытаний и пуска.
