26 декабря 2019

Применение робототехнических средств при производстве работ по выводу из эксплуатации блоков АЭС

В настоящее время пять блоков АЭС остановлены: на блоках № 1 и 2 Белоярской АЭС идут работы по вывозу ОЯТ, готовится производственная инфраструктура для выполнения работ по выводу. Блок № 3 Нововоронежской АЭС остановлен в 2016 году, ведутся работы по подготовке к вывозу ОЯТ, удалению рабочих сред, демонтажу оборудования машзала.

С 2015 года начаты работы по реализации пилотного проекта по выводу из эксплуатации (ВЭ) блоков № 1 и 2 Нововоронежской АЭС. В рамках реализации пилотного проекта осуществляется наработка эффективных технологий по выводу из эксплуатации и обращению с РАО, которые в дальнейшем будут тиражироваться на все выводимые блоки АЭС. 

Применение технологий и технических решений осуществляется с учетом стоящих задач по выводу из эксплуатации и лучшей международной и российской практики. В настоящее время в мире широко используются робототехнические средства при работах по выводу из эксплуатации АЭС. Наиболее широкое применение роботы получили в Селлафилде (Великобритания), объектах EDF (Франция), реакторах Карлсруэ (Германия). О национальной программе разработки роботов для ВЭ объявила Корея, Япония широко использует роботы на АЭС «Фукусима». Десятки специализированных роботов применяют при работах по ВЭ в США.

Ранее работы по выводу из эксплуатации выполнялись в основном ручным способом, что требовало дорогостоящих мер по защите персонала, инженерному контролю и детализированному планированию и мониторингу работ.

И хотя данный подход широко использовался в мире вплоть до последнего десятилетия (2000 год), ясно, что он не такой эффективный, как применение дистанционно управляемых роботизированных технологий.

В России на объектах атомной отрасли используется более 40 роботов. В основном это легкие роботы (массой до одной тонны) для целей диагностики и повышения аварийной готовности. В то же время в строительстве, металлургии, транспортной и горнодобывающей индустрии России задействованы сотни тяжелых мобильных роботов массой от трех до десяти тонн.

Инновационным направлением для эксплуатирующей организации в России является тестирование при работах по демонтажу и обращению с радиоактивными материалами на блоках АЭС, находящихся в интенсивном выводе из эксплуатации модульной, автоматизированной, дистанционно управляемой технологии.

Положительным опытом применения дистанционно управляемых систем эксплуатирующей организации (АО «Концерн Росэнергоатом») являются ремонтные работы действующих блоков АЭС с РУ РБМК с применением робототехнических средств. Примером является разработка и апробирование уникальной технологии по восстановлению ресурсных характеристик (восстановление графитовой кладки) на Ленинградской и Курской АЭС. Технология была разработана консорциумом российских предприятий и получила высокую оценку Правительства РФ.

Положительным примером является опыт НИЦ «Курчатовский институт», где с 2003 года проводились работы по ликвидации исторических могильников РАО и работы по выводу из эксплуатации исследовательских реакторов МР и РФТ (общей мощностью 50 МВТ) с применением робототехнических средств. Это позволило снизить затраты и сроки выполнения работ по выводу из эксплуатации, существенно повысить безопасность проводимых работ, уменьшить дозовую нагрузку на персонал, а также создать предпосылки для развития инновационной технологии по выводу из эксплуатации объектов использования атомной энергии на основе применения робототехнических средств.

С учетом положительной практики для осуществления работ по выводу из эксплуатации исследовательских реакторов в НИЦ «Курчатовский институт» был создан участок робототехники, куда входили десять промышленных роботов различной конфигурации (легкого, среднего и тяжелого класса). За короткое время были обучены операторы робототехники из состава молодых работников НИЦ «Курчатовский институт». В дальнейшем силами данного коллектива (20 человек) были выполнены основные радиационно опасные работы. Наряду с использование РТС были разработаны средства для визуализации гамма-излучения: гаммалокаторы и гаммавизоры, что позволило создать эффективную технологию демонтажа радиационно опасного оборудования с минимальным участием персонала.

Так, при работах по выводу из эксплуатации исследовательских реакторов в НИЦ «Курчатовский институт» с применением роботов коллективная дозовая нагрузка на персонал была снижена в среднем в 100 раз по сравнению с традиционным способом организации работ. Кроме этого, применение роботов позволило существенно увеличить производительность труда, позволило выполнять сложные работы в стесненных условиях, расширило возможности выполнения демонтажа крупными фрагментами, привело к снижению рисков производственного травматизма.

В настоящее время достигнута договоренность между АО «Концерн Росэнергоатом» и НИЦ «Курчатовский институт» по использованию имеющегося опыта применения робототехнических средств при выводе из эксплуатации энергоблоков АЭС.

Применение робототехники при выполнении работ по выводу из эксплуатации позволяет:

  1. Повысить производительность труда демонтажных бригад до примерно 2 раз (опыт EWN, НИЦ КИ) за счет: увеличения номенклатуры выполняемых работ (сложные работы, работы в стесненных условиях); снижения коллективной дозы демонтажных бригад (увеличение времени работы в условиях ионизированного излучения); расширения возможности выполнения демонтажа крупными фрагментами до пяти тонн (в условиях отсутствия штатного грузоподъемного оборудования персонал вынужден демонтировать оборудование фрагментами массой не более 50 килограммов); отсутствия необходимости проведения преддемонтажной дезактивации.
  2. Повысить безопасность труда демонтажных бригад за счет снижения рисков травматизма: поражения электрическим током, падения предметов, падение с высоты (человек не находится в непосредственной зоне работ).

Проектом вывода из эксплуатации первой очереди Нововоронежской АЭС предусмотрен демонтаж и фрагментация более 32 тысяч тонн оборудования и конструкций, в том числе активированное оборудование и конструкции, подлежащие демонтажу, – более одной тысячи тонн, тепломеханическое оборудование и металлоконструкции, подлежащие демонтажу из ЗКД –  более 18 тысяч тонн, строительные конструкции подлежащие демонтажу, – более 13 тысяч тонн и т. д.

С 2017 года начаты работы по демонтажу и фрагментации оборудования первого контура блоков № 1 и 2 Нововоронежской АЭС, включая крупногабаритное, толстостенное тяжелое оборудования, расположенное в стесненных условиях (ПГ, ГЦН, ГЗЗ и т. д.).

Ключевые работы выполняются собственными силами филиала АО «Концерн Росэнергоатом» «Опытно-демонстрационный инженерный центр по выводу из эксплуатации» работниками специализированного цеха по демонтажу и дезактивации.

В 2017 году утвержден план мероприятий по созданию и развитию участка робототехники для отработки и тиражирования дистанционных методов работ по выводу из эксплуатации на площадке блоков № 1 и 2 Нововоронежской АЭС (ОДИЦ).

С 2018 года начаты тестовые испытания по использованию мобильного промышленного робота среднего класса (3–5 тонн) при выполнении работ по демонтажу и фрагментированию оборудования блоков № 1 и 2 Нововоронежской АЭС. С помощью робота проводилась резка металлического защитного контейнера с толщиной стенки 150 мм общим весом 60 тонн. Резка выполнялась с помощью металлического отрезного диска с алмазным напылением, закрепленного в отрезной машине, находящейся на конце манипулятора длиной до шести метров. Робот также был оснащен стандартными сменными инструментами: мощным гидромолотом, гидроножницами по металлу, бетоноломом и мобильной пилой с алмазным тросом. Такое оснащение позволяет дистанционно демонтировать и фракционировать оборудование с толщиной стенки до 250 мм, а также элементы строительных конструкций блоков.

По итогам тестовых испытаний будет принято решение о комплектации участка робототехнических средств в составе ОДИЦ для выполнения работ по демонтажу, фрагментации и дезактивации, обращению с РАО, резке высокоактивного оборудования и конструкций, обращению с заиленными хранилищами жидких отходов, дезактивации помещений блоков. В 2018 году будет разработан проект участка робототехнических средств.

В будущем планируется создать участки робототехнических средств для вывода из эксплуатации блоков № 1 и 2 Ленинградской АЭС (2022 год) и блоков № 1 и 2 Белоярской АЭС (2020 год).

Авторы

  • Н.Н. САФРОНОВА,  канд. экон. наук, начальник отдела управления выводом из эксплуатации АЭС  АО  «Концерн Росэнергоатом»

  • В.Г. ВОЛКОВ, докт. техн. наук, заместитель начальника отдела перспективного развития вывода из эксплуатации ОДИЦ

Список литературы:

1. R&D and innovation needs for decommissioning nuclear facilities, NEA No. 7191, OECD 2014.

2. Волков В.Г. , Иванов О.П. , Колядин В.И. и др. Применение дистанционно управляемых механизмов с целью снижения радиационного воздействия на персонал. Атомная энергия, 2012. Т. 113. Вып. 5. С. 285–289.

3. Волков В.Г., Данилович А.С., Зверков Ю.А. и др. Демонтаж оборудования и петлевых установок реактора МР в НИЦ «Курчатовский институт». Материалы симпозиума WM2012, Фуникс, Аризона, США, 12051.

4. Волков В.Г., ПономаревСтепной Н.Н., Чесноков А.В. Проблемы ядерного наследия и пути их решения. Разделы 1.5.1 и 7.2.1, 2012. С. 62–29, 307–323; ООО «Энергопроманалитика». С. 335.