Как строят АЭС: от котлована и первого бетона до купола
Строительство энергоблока АЭС — это несколько лет работы тысяч людей и десятков организаций на одной площадке. От других крупных строек его отличают масштаб отдельных операций — краном поднимают ярусы оболочки, купол и корпус реактора — и строгость контроля: бетон в фундаменте и сварной шов главного трубопровода потом не переделать. Ниже — как идёт стройка, от подготовительного периода до купола и монтажа оборудования.
Содержание
- ≈ 330 тмасса корпуса реактора ВВЭР-1200, который опускают в шахту краном
- 44 мдиаметр кольцевых ярусов стальной облицовки гермооболочки на Ленинградской АЭС-2
- 4 × Ду 850петли главного циркуляционного трубопровода, которые сваривают на монтаже
Стройка начинается с дорог
К моменту, когда на площадке появляются первые экскаваторы, позади уже годы работы: площадка выбрана и изучена, проект разработан, разрешения получены. Но и тогда основное строительство начинают не сразу. Сначала идёт подготовительный период: площадку расчищают и выравнивают, отводят поверхностные и подземные воды, прокладывают автодороги и железнодорожную ветку, при необходимости строят причал для тяжёлых грузов, подводят электроснабжение, воду и связь.
Параллельно вырастает завод для самой стройки — база стройиндустрии. Это бетонный завод, который должен без перебоев выдавать бетон заданного состава, арматурные цеха, площадки для сборки металлоконструкций, склады оборудования, строительная лаборатория, временные здания и жильё для строителей. На площадку заходят тяжёлые гусеничные краны грузоподъёмностью в сотни и тысячи тонн — главные машины будущей стройки.
Основной принцип современной стройки АЭС — как можно больше делать на земле. Арматуру собирают в объёмные блоки, стальную облицовку оболочки — из готовых секций в кольцевые ярусы массой больше сотни тонн, купол — целиком или крупными частями, а потом краном ставят на место. Работы на высоте становится меньше, сборка на стапеле точнее, а разные бригады могут работать параллельно. Эту технологию называют укрупнительной сборкой.
Укрупнительная сборка: как можно больше делать на земле
| Что собирают на земле | Что это даёт |
|---|---|
| арматуру — в объёмные блоки | меньше работы на высоте |
| облицовку оболочки — в кольцевые ярусы массой больше сотни тонн | сборка на стапеле точнее |
| купол — целиком или крупными частями | разные бригады работают параллельно |
Котлован и «первый бетон»
Под главные здания роют котлован. Если подземные воды стоят высоко, их уровень понижают откачкой из скважин или ограждают котлован противофильтрационной завесой. Дно котлована осматривают геологи: грунт основания должен соответствовать тому, что заложено в проекте по результатам изысканий. Затем укладывают бетонную подготовку и гидроизоляцию и армируют фундаментную плиту здания реактора — массивное железобетонное основание, на котором будут стоять оболочка, шахта реактора и все внутренние конструкции.
Арматура в такой плите лежит густыми сетками в несколько рядов, с выпусками под будущие стены и множеством закладных деталей. Перед бетонированием её принимают по акту: после заливки её уже никто не увидит.
Бетон фундаментной плиты: чего опасаются и что делают
| Чего опасаются | Что делают |
|---|---|
| перерыв в подаче бетона даст слабый «холодный» шов | бетон в каждый участок подают непрерывно |
| массивный бетон сильно греется изнутри, а поверхность остывает | подбирают состав с умеренным тепловыделением |
| перепад температур может дать трещины | в толщу закладывают датчики температуры |
| поверхность укрывают и выдерживают по расчётному режиму |
Бетонирование фундаментной плиты здания реактора и есть «первый бетон» — официальное начало сооружения энергоблока. Начинать его можно, когда эксплуатирующая организация получила лицензию Ростехнадзора на сооружение. Бетон в каждый участок плиты подают непрерывно: перерыв дал бы слабый «холодный» шов. Массивный бетон при твердении сильно греется изнутри, а поверхность остывает, и перепад температур может дать трещины. Поэтому состав бетона подбирают с умеренным тепловыделением, в толщу закладывают датчики температуры, а поверхность укрывают и выдерживают по расчётному режиму.
Здание реактора растёт ярусами
На фундаментной плите поднимаются сразу две группы конструкций: внутренние — бетонная шахта реактора, боксы парогенераторов, бассейн выдержки, перекрытия — и цилиндрические стены гермооболочки вокруг них. У энергоблоков с ВВЭР-1200 оболочек две: внутренняя держит давление при аварии, наружная защищает от внешних воздействий.
Внутреннюю оболочку начинают со стальной облицовки — герметичной рубашки из листа: её собирают на земле в кольцевые ярусы диаметром больше 40 м, ставят краном один на другой, а снаружи армируют и бетонируют стену. Так оболочка растёт ярус за ярусом, а внутри неё одновременно поднимаются бетонные конструкции. Как устроены обе оболочки, зачем бетон обжимают канатами и как оболочку испытывают давлением, рассказано в статье «Гермооболочка энергоблока».
Одно из первых крупных изделий, которое устанавливают в здании реактора с ВВЭР-1200, — корпус ловушки расплава. Этот стальной сосуд опускают на дно шахты реактора задолго до самого реактора: потом он окажется прямо под корпусом, и сверху к нему будет уже не подобраться.
Корпус реактора и купол
Крупное оборудование приходит на площадку водой или по железной дороге, последний участок проезжает на многоосных трейлерах; как готовят и везут корпус реактора, рассказано в статье «Корпус реактора». До монтажа оборудование хранят на складах, сохраняя заводскую консервацию и заглушки.
Попасть в здание реактора оно может двумя путями. Традиционный — дождаться, когда оболочку закроет купол и под ним заработает полярный кран, круговой мостовой кран, который ходит по кольцевому рельсу в верхней части оболочки. Тогда оборудование ввозят через транспортный шлюз в стене оболочки, а полярный кран поднимает его и ставит на место. Второй путь — метод «открытой вершины»: пока купола нет, тяжёлый гусеничный кран поднимает корпус реактора массой около 330 т над стенами здания и опускает прямо в шахту. Монтаж оборудования не ждёт окончания строительной части, и общий срок сокращается. На первом блоке АЭС «Аккую», например, так установили корпус реактора.
Стальную облицовку купола собирают рядом со зданием из готовых секций — на это уходят месяцы. Затем тяжёлый гусеничный кран поднимает её на специальной траверсе и опускает на верхний ярус стены. Сам подъём длится несколько часов: груз заранее балансируют, а работать можно только при допустимом ветре. Бывает, что купол поднимают и по частям, ярусами. С установкой купола внутренний герметичный объём здания реактора замыкается, а сам купол затем армируют и бетонируют.
Первый контур окончательно собирают сваркой на месте. Главный циркуляционный трубопровод — четыре петли Ду 850 — приходит с завода участками, и на монтаже их приваривают к патрубкам корпуса реактора, парогенераторов и насосов. Эти швы варят аттестованные сварщики по аттестованной технологии с подогревом, затем проводят местную термообработку электронагревателями и сплошной неразрушающий контроль; почему так строго, рассказано в статье «Сварка в атомном машиностроении». Пока контур открыт, его берегут от грязи: открытые патрубки закрывают заглушками, вход в зону монтажа ограничивают, инструмент и материалы учитывают. Забытый в трубопроводе посторонний предмет потом может повредить насос или топливо.
Стройка энергоблока (схема). Сначала бетонируют фундаментную плиту реакторного здания — с этого «первого бетона» отсчитывают начало строительства. Затем поднимают стены, а крупное оборудование, например корпус реактора, можно опустить краном через открытый верх, пока купол не установлен. Стальную часть купола собирают рядом на земле и поднимают краном целиком или крупными частями.
Машинный зал, градирни, электрика
Рядом со зданием реактора растёт машинный зал — длинное здание со стальным каркасом и мостовыми кранами под крышей. Турбоагрегат ставят на собственный массивный фундамент, и от точности его исполнения зависит центровка валопровода длиной в несколько десятков метров. Турбину собирают на месте из цилиндров, роторов, диафрагм и множества других узлов, генератор приходит отдельно статором и ротором.
Самые заметные сооружения стройки — градирни. Их тонкостенную железобетонную оболочку высотой больше сотни метров бетонируют кольцевыми ярусами в переставной опалубке, которую после каждого яруса поднимают выше, а внутри затем монтируют ороситель и водоуловитель. Если станция охлаждается из водоёма, вместо градирен строят водозабор, каналы и насосные станции.
Одновременно монтируют электрическую часть: блочные трансформаторы у стены машинного зала, распределительное устройство, от которого пойдут линии электропередачи, дизель-генераторы систем безопасности, кабельные трассы к насосам, арматуре и датчикам. А вокруг вырастают десятки вспомогательных зданий и сооружений — от спецкорпуса до насосных станций.
Кто строит и кто проверяет
Заказчик строительства российской АЭС — эксплуатирующая организация, АО «Концерн Росэнергоатом»: она получает лицензию на сооружение и отвечает за безопасность будущей станции. Проект делает генеральный проектировщик — один из проектных институтов отрасли, а строит генеральный подрядчик из инжинирингового дивизиона Росатома. Под ним работают десятки субподрядчиков: строительно-монтажные организации, специализированные компании по сварке, контролю, электромонтажу, теплоизоляции, наладке. Заводы-изготовители присылают специалистов на шеф-монтаж своего оборудования. На пике стройки на площадке одновременно работают тысячи человек.
Качество проверяют на нескольких уровнях:
- строительный контроль ведут подрядчик и заказчик: входной контроль материалов и оборудования, операционный — на каждом этапе, приёмочный — прежде чем работу закроет следующая;
- авторский надзор ведёт проектировщик: проверяет, что строят по проекту, и решает вопросы, когда на площадке нужно что-то изменить;
- Ростехнадзор ведёт государственный строительный надзор и надзор за соблюдением норм безопасности и условий лицензии, его инспекторы проверяют стройку на месте.
Каждый этап оставляет след в документах — исполнительной документации. Это акты освидетельствования скрытых работ: арматуру, гидроизоляцию, основание принимают до того, как их закроет бетон или грунт. Это исполнительные схемы с фактическими размерами и отметками, журналы работ, протоколы испытаний образцов бетона, сварочная документация и заключения по контролю швов, сертификаты на материалы и паспорта оборудования. Без полного комплекта работу не примут, а сам комплект понадобится станции на весь срок службы — при обосновании безопасности, ремонтах и продлении ресурса.
Для поставщика деталей и узлов это означает простую вещь: его документы станут частью этого комплекта. Сертификаты на металл, паспорт изделия, протоколы контроля и маркировку, по которой изделие находят в документах, на стройке проверяют при входном контроле, и изделие без них на монтаж не пойдёт.
Документы поставщика: от входного контроля до конца срока службы
- Документы изделиясертификаты на металл, паспорт, протоколы контроля, маркировка
- Входной контрольбез документов изделие на монтаж не пойдёт
- Исполнительная документациядокументы поставщика становятся частью комплекта
- Приёмка работбез полного комплекта работу не примут
- Весь срок службыкомплект нужен при обосновании безопасности, ремонтах, продлении ресурса
От первого бетона до пуска
От первого бетона до пуска энергоблока проходит несколько лет. Сроки зависят от проекта, площадки, климата и того, головной это блок новой серии или повторный. Последовательность этапов в общих чертах такая:
| Этап | Что делают | Что важно |
|---|---|---|
| Подготовительный период | Дороги, железнодорожная ветка, причал, сети, бетонный завод, склады, временные здания | Непрерывная подача бетона и площадки для укрупнительной сборки |
| Котлован и фундаментная плита | Земляные работы, водопонижение, армирование, «первый бетон» | Грунты основания по проекту, приёмка арматуры, температурный режим массивного бетона |
| Здание реактора | Шахта реактора и внутренние конструкции, ярусы облицовки, армирование и бетонирование стен оболочки | Герметичность облицовки, точная геометрия, каналы для преднапряжения |
| Крупное оборудование | Ловушка расплава, корпус реактора, парогенераторы, насосы, компенсатор давления | Сохранность консервации, точная установка на опоры, чистота контура |
| Купол | Сборка облицовки на земле, подъём краном, армирование и бетонирование | Балансировка груза, допустимый ветер, точная стыковка со стеной |
| Трубопроводы первого контура | Сварка главного циркуляционного трубопровода и трубопроводов систем | Аттестованная технология, термообработка, сплошной контроль швов |
| Машинный зал и градирни | Каркас, фундамент турбоагрегата, монтаж турбины и генератора, оболочка градирни | Точность фундамента и центровка валопровода |
| Электрическая часть | Трансформаторы, распределительные устройства, кабели, дизель-генераторы | Разделение каналов систем безопасности, испытания до подачи напряжения |
Подъём купола — веха заметная, но не финальная. Дальше идут испытания систем, промывка контуров, холодно-горячая обкатка, загрузка топлива и вывод реактора на мощность — об этом в статье «Пуск энергоблока».
Термины
- Подготовительный периодЭтап до начала основного строительства: дороги, сети, база стройиндустрии, временные здания.
- «Первый бетон»Начало бетонирования фундаментной плиты здания реактора — официальная дата начала сооружения энергоблока.
- Фундаментная плитаМассивное железобетонное основание здания реактора, на котором стоят оболочка, шахта реактора и внутренние конструкции.
- Укрупнительная сборкаСборка крупных блоков — ярусов облицовки, купола, арматурных каркасов — на земле перед подъёмом краном.
- Метод «открытой вершины»Монтаж крупного оборудования краном сверху, через незакрытый верх здания реактора, до установки купола.
- Полярный кранКруговой мостовой кран под куполом гермооболочки, которым поднимают и перемещают тяжёлые грузы внутри неё.
- Авторский надзорКонтроль проектировщика за тем, чтобы строительство велось в соответствии с проектом.
- Исполнительная документацияАкты, схемы, журналы и протоколы, фиксирующие, как фактически выполнены работы, включая скрытые.
Частые вопросы
С какого момента считается, что АЭС начали строить?
По международной статистике МАГАТЭ — с первой заливки бетона значительного объёма, как правило в фундаментную плиту здания реактора. Подготовительные работы на площадке начинаются раньше этой даты.
Как корпус реактора попадает внутрь здания?
Его либо ввозят в здание с готовым куполом через транспортный шлюз и ставят в шахту полярным краном, либо, пока купола ещё нет, опускают в шахту сверху тяжёлым гусеничным краном. Второй способ называют методом «открытой вершины».
Зачем купол оболочки собирают на земле?
Облицовку купола удобнее и точнее собрать на земле из готовых секций, параллельно со строительством стен, а затем поднять краном за несколько часов. Так сокращаются работы на высоте и общий срок стройки.
Кто контролирует строительство АЭС?
Строительный контроль ведут подрядчик и заказчик, авторский надзор — проектировщик, а Ростехнадзор ведёт государственный строительный надзор и надзор за безопасностью. Каждый этап подтверждают исполнительной документацией.
Сколько строят атомную станцию?
От первого бетона до пуска энергоблока обычно проходит несколько лет, а до этого годы занимают выбор площадки, изыскания, проект и подготовительный период. Сроки зависят от проекта, площадки и того, головной это блок или серийный.
