Стартовая >> Архив >> Генерация >> Основы радиационной безопасности атомных электростанций

Защита от y-излучения оборудования и технологических сред - Основы радиационной безопасности атомных электростанций

Оглавление
Основы радиационной безопасности атомных электростанций
Основные дозовые пределы
Облучение персонала
Санитарные правила работы с радиоактивными веществами
Санитарные правила проектирования и эксплуатации АЭС
Требования к дозиметрическому контролю, производственным помещениям, вентиляции и удалению отходов
Типы атомных электростанций
Реактор как источник излучений
Технологический контур АЭС как источник излучения
Другие технологические контуры АЭС как источники излучения
Защита от излучений
Закономерности распространения нейтронов
Защита от нейтронов
Материалы защиты АЭС
Материалы из элементов со средним значением атомной массы А
Подход к расчету и проектированию защиты на АЭС
Защита канальных реакторов
Защита корпусных реакторов
АЭС с реактором в ПНЖБ-корпусе
Защита от y-излучения оборудования и технологических сред
Радиационная обстановка и дозовые затраты персонала на АЭС
Радиационная обстановка
Облучаемость персонала
Пути уменьшения дозовых затрат
АЭС и внешняя среда
Образование и обработка отходов на АЭС
Распространение радиоактивных выбросов АЭС во внешней среде
Радиоактивные выбросы и сбросы действующих АЭС
Радиационная обстановка в районах размещения действующих АЭС
Предотвращение поступления радиоактивных веществ в окружающую среду при авариях на АЭС
Контроль радиационной безопасности АЭС
Технологический радиационный контроль радиационной безопасности
Дозиметрический радиационный контроль
Контроль активности жидких и газоаэрозольных отходов
Радиационный контроль в окружающей АЭС среде

Задача защиты от γ-излучения технологического оборудования АЭС и γ-излучения омывающего его теплоносителя или других активных сред решается прежде всего разумной компоновкой здания АЭС и разумным размещением в нем оборудования, а также сооружением защиты от излучения отдельных единиц оборудования. Компоновка оборудования технологических контуров АЭС должна обеспечивать удобство выполнения основного рабочего процесса, ремонтных работ и возможность размещения защиты. Согласно СП—АЭС—79 в основу планировки размещения оборудования и, следовательно, помещений для него должен быть положен принцип деления всего комплекса АЭС на две зоны (см. § 3.4). Поэтому все оборудование, являющееся источником γ-излучения, располагают вблизи реактора, организуя таким образом зону строгого режима. В соответствии с основным функциональным назначением части помещений АЭС являются зданиями, блоками зданий или частями здания определенного назначения. Так, помещения с оборудованием, обслуживающим реактор, образуют реакторное отделение. Например, на АЭС с ВВЭР в состав реакторного отделения входят помещения с реактором и с оборудованием первого контура — трубопроводы, задвижки, парогенераторы, главные циркуляционные насосы и др, на АЭС с РБМК — помещения реактора и части контура многократной принудительной циркуляции. Помещения с оборудованием, обслуживающим турбины, образуют машинный зал, все помещения, в которых устанавливается оборудование спецводоочистки, — спедкорпус и т. д. В машинном зале размещают турбогенераторы, конденсаторы турбин, регенеративные подогреватели высокого и низкого давления и другое оборудование второго контура или части КМПЦ и конденсатно-питательного тракта (КПТ).
Такой подход к размещению оборудования АЭС позволяет обеспечить защиту, как говорят, временем и расстоянием. Известно, например, что второй контур или КПТ хотя и являются источниками γ-излучения, но менее мощными, чем первый контур или КМПЦ, поэтому при обслуживании оборудования второго контура или КПТ только за счет расстояния снижается вклад в мощность дозы на рабочем месте γ-излучения первого контура или КМПЦ.
Различные виды (единицы) оборудования являются источниками разной активности, требуют различной степени обслуживания, продолжительности, периодичности обслуживания и ремонта, поэтому оборудование располагают в боксах, стены и перекрытия которых выполняют роль защиты. В один бокс помещают такое оборудование, излучение которого создает в нем радиационную обстановку, отвечающую требованиям СП-АЭС-79, и обеспечивает удобство обслуживания и ремонта оборудования. Толщины стен и перекрытий боксов выбивают такими, чтобы излучение оборудования соседних боксов не ухудшало радиационную обстановку в данном боксе. Расчет защиты, т. е. толщины стен и перекрытий боксов, выполняют по методам, рассмотренным в п. 5.3.4. Поскольку конфигурация оборудования редко бывает простой (цилиндр, куб, диск и т. п.), то при расчете защиты отдельный вид оборудования представляют состоящим из фигур простой геометрической формы, а мощность дозы γ-излучения определяют как сумму значений мощности дозы от каждой фигуры.
Естественно, что стены и перекрытия боксов выполняют одновременно роль конструктивных элементов здания АЭС, несущих определенную нагрузку, обусловленную массой расположенных выше элементов здания и оборудования. Поэтому иногда стены или перекрытия боксов обеспечивают как бы автоматически защиту с запасом. Однако бывает и наоборот: толщина, например, перекрытия определяется необходимой кратностью ослабления мощности дозы γ-излучения, устанавливаемого на этом перекрытии. Такая ситуация может привести  к необходимости увеличить толщину стен бокса по сравнению с толщиной, требуемой для обеспечения защиты, из-за большой массы перекрытия. Чтобы этого не делать, но соблюсти требование СП-АЭС-79 по радиационной обстановке, применяют местные или теневые защиты. Рекомендуется также профилировать защиту, особенно по высоте, что не только сокращает расход материалов, но и во многих случаях улучшает условия обслуживания оборудования.
Рассмотрим несколько конкретных примеров компоновки АЭС и организации защиты от γ-излучения оборудования.
Размещение оборудования и компоновку здания АЭС с реакторами корпусного типа, т. е. АЭС, работающей по двухконтурной схеме, можно рассмотреть на примере Нововоронежской АЭС. Здесь установлены реакторы типа ВВЭР. Строительство АЗС осуществлялось очередями, мощность каждой следующей очереди была больше предыдущей. В 1980 г. завершено строительство пятой очереди, а в 1981 г. она выведена на проектную мощность 1000 МВт. В процессе проектирования и строительства каждой следующей очереди учитывали опыт строительства и эксплуатации предыдущей очереди и, естественно, изменяли компоновочные решения здания и размещения в нем оборудования.
Технологическая схема первой очереди Нововоронежской АЭС включает в себя реактор ВВЭР-210 и шесть циркуляционных петель теплоносителя, в составе каждой петли парогенератор, генерирующий сухой насыщенный пар, который направляется на три турбогенератора. Каждая петля первого контура размещена в своем прямоугольном железобетонном боксе. Таких боксов шесть. Конструкция и компоновка главного здания АЭС аналогичны конструкции и компоновке тепловых электростанций. Вторая очередь скомпонована практически так же.
На третьей очереди Нововоронежской АЭС в главном корпусе установлено два одинаковых энергетических блока с реакторами ВВЭР-440 (рис. 5.29). К оборудованию первого контура каждого энергоблока относятся реактор и шесть циркуляционных петель (парогенератор, ГЦН, запорные задвижки, соединенные между собой и с реактором трубопроводами g)550 мм). Во втором контуре установлено по два турбоагрегата на каждый энергоблок с обслуживающим их оборудованием. Некоторое вспомогательное оборудование и системы сделаны общими для'1 обоих энергоблоков. Все шесть циркуляционных петель размещены в одном общем боксе со специальным помещением, называемым палубой. Электродвигатели ГЦН установлены на палубе, что позволяет обслуживать их при работе АЭС на мощности. Здесь же на палубе размещены приводы главных запорных задвижек. Палуба защищена от излучения трубопроводов и парогенераторов. Реакторное отделение состоит из следующих основных узлов. Центральным узлом является шахта реактора, вокруг которой расположены помещения, относящиеся к каждому энергоблоку: бассейны перегрузки отработанного топлива, боксы парогенераторов и ГЦН, фильтры очистки теплоносителя первого контура, системы его подпитки и т. п. Между двумя энергоблоками расположено общестанционное оборудование (спецводоочистка, матерские, помещения для дезактивации оборудования и т. д.). Как видно из рис. 5.29, основное оборудование защищено одно от другого стенами, перекрытиями боксов, хотя все эти помещения составляют единый герметичный объем и соединены между собой проемами. Защита выполнена из бетона и железобетона.
Пятый энергоблок Нововоронежской АЭС является новым компоновочным этапом АЭС с ВВЭР, что обусловлено резким увеличением его единичной мощности. Первый контур станции включает в себя реактор единичной тепловой мощностью 3000 МВт, четыре главные циркуляционные петли, каждая из которых включаете себя парогенератор, ЩН, циркуляционные трубопроводы (диаметром 850 мм) с запорными задвижками, а также компенсатор объема.

разрез главного корпуса АЭС с реактором ВВЭР-440
Рис. 5.29. Поперечный разрез главного корпуса АЭС с реактором ВВЭР-440 (третья очередь Нововоронежской АЭС):

1 — реактор; 2 — главный циркуляционный насос; 3 — главная циркуляционная задвижка; 4 — перегрузочная машина; 5 — турбоагрегат: 6 — деаэратор; 7 — бассейн выдержки отработанного топлива

Второй контур состоит из системы паропроводов, питательных трубопроводов высокого давления, двух  турбоагрегатов и оборудования обслуживания турбоагрегатов и парогенераторов.
Главный корпус АЭС состоит из трех зданий, связанных между собой (рис. 5.30): здания реакторного отделения, спецкорпуса и здания, образующего машинный зал.
Реакторное отделение размещено в защитной оболочке из ПНЖБ с внутренней металлический облицовкой. Это цилиндр наружным диаметром 48 и высотой 76,4 мм с эллиптическим перекрытием. Оболочка разделена на герметичную и негерметичную части. Все основное оборудование первого контура размещено в пределах герметичной части оболочки. В центральной части оболочки установлены шахта реактора, боксы парогенераторов и ГЦН; здесь также размещены регенеративные теплообменники, доохладители продувочной воды, охладитель организованных протечек теплоносителя и баки системы аварийного охлаждения активной зоны реактора. Вокруг бокса парогенераторов и помещения компенсаторов объема расположен трубопроводный коридор. В реакторном отделении смонтированы его вентиляционная установка и бассейн перегрузки топлива. Перекрытие над боксом парогенераторов и компенсаторов объема образует пол центрального зала реактора. Над шахтой реактора в специальном боксе размещена система управления реактором. Стены и перекрытия боксов из бетона и железобетона служат защитой от γ-излучения оборудования.

Рис. 5.30. Поперечный разрез главного корпуса АЭС с реактором ВВЭР-1000 (пятая очередь Нововоронежской АЭС):
разрез главного корпуса АЭС с реактором ВВЭР-1000
1 — реактор; 2 — компенсатор объема; 3 — вентиляционная установка; 4 — бассейн выдержки отработанного топлива; 5 — транспортная шахта; — подъемный кран реакторного отделения: 7 — турбоагрегат

Рис. 5.31. Поперечный разрез главного корпуса АЭС с реактором РБМК-1000 (Смоленская АЭС):
1 — реактор; 2 — пароводяные коммуникации: 8 — барабаны-сепараторы; 4 — главный циркуляционный насос; 5 — напорный и всасывающий коллекторы; 6 — помещение нижних водных коммуникаций: 7 — разгрузочно-загрузочная машина; 8 — деаэратор: 9 — подогреватель низкого давления; 10 — турбоагрегат; 11 — мокрый локализующий объем
разрез главного корпуса АЭС с реактором РБМК-1000

Схема размещения основного оборудования контура многократной принудительной циркуляции АЭС
Схема размещения основного оборудования контура многократной принудительной циркуляции АЭС 2
Рис. 5.31а. Схема размещения основного оборудования контура многократной принудительной циркуляции АЭС с реактором РБМК-1000:
1  — активная зона реактора; 2 — технологические каналы; 3 — паро-водяные коммуникации;  4 — барабаны-сепараторы; 5 — паропроводы; 6 — опускные трубопроводы; 7 — ГЦН; 8  — групповые коллекторы; 9 — нижние водные коммуникации; 10 — короб системный, 11 — верхняя металлоконструкция; 12 — секционный — нижняя металлоконструкция; 14 — бассейн выдержки отработанных тепловыделяющих сборок; 15 — разгрузочно-загрузочная машина; 16 — мостовой кран

 

Основным оборудованием АЭС с реакторами РБМК являются сам реактор и контур многократной принудительной циркуляции (КМПЦ), состоящий из двух петель, включающих в себя по два барабана-сепаратора и четыре ГЦН с трубопроводами, раздаточными и групповыми коллекторами и запорными задвижками. Система отвода пара на турбины, сами турбины, конденсаторы и другое оборудование образуют конденсатно-питательный тракт. Реактор и основное оборудование КМПЦ расположены в отдельных боксах (рис. 5.31). Над реактором справа и слева от него размещены боксы барабанов-сепараторов, под ними — помещения раздаточных и групповых коллекторов, а также помещения опускных трубопроводов. Ниже отметки 0,00 и несколько дальше от шахты реактора расположены боксы ГЦН с основными трубопроводами и запорными задвижками, а над ними помещения электроприводов ГЦН. Центральный реакторный зал расположен над верхним защитным перекрытием реактора между боксами барабанов-сепараторов. В центральном зале за реактором расположены бассейны выдержки отработанного топлива, куда оно доставляется с помощью специальной разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ). Подреакторное помещение — бокс нижних водных коммуникаций  здесь расположены трубопроводы разводки теплоносителя от групповых коллекторов к технологическим каналам.
Стены и перекрытия боксов служат защитой, исключающей практически влияние γ-излучения одного оборудования, установленного в своем боксе, на радиационную обстановку в соседних боксах. Так радиационная обстановка в центральном зале реактора определяется излучением реактора и трубопроводов, отводящих пароводяную смесь от технологических каналов в барабаны-сепараторы; вклад же y-излучения барабанов-сепараторов в мощность дозы в центральном зале — пренебрежим. Стены боксов опускных трубопроводов и перекрытия боксов ГТТН обеспечивают нормальную для обслуживаемых помещений радиационную обстановку в боксах электродвигателей ГЦН.
план главного корпуса АЭС Гудреминген
Рис. 5.32. Поперечный разрез (а) и план (б) главного корпуса АЭС Гудреминген:
1 — реактор; 2 — перегрузочная машина; 3 — главные циркуляционные насосы; 4 — бассейн выдержки отработанного топлива; 5 — туннели паропроводов и трубопроводов питательной воды; 6 — турбоагрегат; 7 — конденсаторы; 8 — конденсатоочистка; 9 — бак     питательной воды

В боксах размещено также и другое оборудование КМПЦ, например фильтры внутриконтурной очистки. Основное оборудование КПТ тоже установлено в боксах (рис. 5.31а).

АЭС Библис

АЭС Библис - план

Реакторное отделение образует основную часть здания АЭС. Оно включает в себя два энергоблока либо с раздельными реакторными отделениями (первые очереди АЭС с РБМК-1000), либо с общим для двух энергоблоков (последующие очереди АЭС с РБМК-1000 , АЭС РБМК-1500). В первом случае между реакторными отделениями расположены вспомогательные помещения, помещения управления и контроля за работой реактора и АЭС в целом, над ними — вентиляционный центр.
план здания  АЭС с высокотемпературным газовым реактором
Р и с. 5.35, Поперечный разрез (а) и план здания (б) АЭС с высокотемпературным газовым реактором;
1 — резервный циркуляционный насос; 2 — гелиевый циркуляционный насос; 3 — входной шлюз; 4 — шлюз для оборудования; б — защитная пробка; 6 — бассейн выдержки отработанного топлива; 7 — реактор

Сзади реакторных отделений находится общий для двух энергоблоков машинный зал с четырьмя (по два на один реактор) турбоагрегатами и обслуживающим их оборудованием, между реакторными отделениями и машинным залом — деаэраторная этажерка, где установлены деаэраторы, барботеры, смонтированы паропроводы и другое оборудование. Во втором случае вспомогательные помещения вынесены в переднюю часть здания.
Способ компоновки АЭС (когда отдельные единицы оборудования располагаются в боксах), принятый в СССР, как показал опыт эксплуатацни АЭС, полностью оправдывает себя. Он позволяет обеспечить не только нормальную радиационную обстановку на АЭС, но и локализацию радиоактивных сред при авариях на АЭС (см. §7.7), дает возможность отключать отдельное оборудование для профилактики и ремонта без останова реактора.
Некоторые примеры компоновки и размещения защиты оборудования зарубежных АЭС приведены на рис. 5.32—5.34. Назначение отдельных помещений и оборудования, установленного в них, ясно из подрисуночных подписей.
В последние годы все чаще применяют так называемую интегральную компоновку АЭС. Она упрощает решение задачи защиты отдельных единиц оборудования и имеет ряд других преимуществ. При этом все или почти все оборудование первого контура размещается в одном герметичном корпусе реактора или из стали, или из предварительнонапряженного железобетона. Интегральная компоновка применена на третьей очереди Белоярский АЭС с реактором БН-600 (см. рис. 5.28). Усовершенствованные газографитовые реакторы (Англия) также имеют интегральную компоновку (рис. 5.35). Основная особенность АЭС с газографитовыми реакторами — большие габариты основного технологического оборудования, обусловленные теплофизическими свойствами газового теплоносителя. Отсюда большие объемы реакторного отделения и зданий всей АЭС. Первые АЭС с газографитовыми реакторами были построены по петлевой схеме и по компоновке напоминали АЭС с канальными уран-графитовыми реакторами, но были больше по объему и занимаемым площадям. Применение корпусов из ПНЖБ и интегральной компоновки не только привело к улучшению радиационной обстановки на АЭС, связанной с излучением теплоносителя и оборудования, но существенно сократило объемы и площади зданий АЭС.



 
« Основные технические характеристики турбогенераторов мощностью 50 МВт и более   Особенности металла центробежнолитых труб из стали 15Х1М1Ф »
электрические сети