Архив «Экологической гласности». 1988-2016

В декабре 2009 г. исполнилось 50 лет с начала эксплуатации первого советского атомного ледокола Ленин. Срок достаточный для того, чтобы сделать некоторые обобщения.

По мнению специалистов-атомщиков, только к концу 80-х годов ХХ века были окончательно доработаны все узлы энергетической установки, а ЯЭУ и паропроизводящая установка (ППУ) доведены до достаточно высокой степени ядерной, радиационной и эксплуатационной безопасности. В течение почти 30 лет в условиях коммерческой эксплуатации проходили проверку и испытание конструктивные решения, выбранные материалы и особенности управления ЯЭУ ледокола.

Основная особенность, отличающая работу ЯЭУ на атомных подводных лодках и на атомных ледоколах, заключается в различии режимов их эксплуатации. В большинстве случаев АПЛ движется с равномерной скоростью, что определяет достаточно стабильный режим работы ЯЭУ. В условиях атомного ледокола, движущегося через ледовое поле, режим работы энергетической установки совершенно иной. Чтобы двигаться вперед во льдах, ледокольное судно должно надвинуться на кромку льда передней частью корпуса и собственной массой проломить его. Для того, чтобы продвинуться на пол-корпуса вперед, штурману приходится включать энергетическую установку ледокола на полную мощность, а потом резко сбрасывать мощность. Такой режим работы получил у моряков название «работа набегами».

Считается, что этот режим эксплуатации при проектировании ледокола предусматривался как кратковременный. В действительности основную часть ледового плавания ледокол проводит именно в таком режиме движения. Чтобы управлять судном по фактическому состоянию льда, не увеличивая нагрузки на реакторную установку и не вызывая тем самым ускоренное выгорание ядерного топлива и изнашивания элементов ЯЭУ, энергетическую установку переводят в режим стабильной нагрузки по паропроизводительности. Мощностью на винтах управляют за счет изменения режимов работы турбогенераторов. Для реализации такой системы автоматического управления энергетической установкой, она разделена на два блока. Один из них управляет реакторной установкой, а второй отвечает за электромеханическую систему управления работой винтов.

Для ядерной энергетической установки АПЛ характерен стационарный режим совместный работы реакторов и винтов. В отличие от этого энергетическая установка атомного ледокола требует управления в оперативном режиме – с учетом нагрузки, определяемой мощностью льда. По сравнению с работой штурмана АПЛ, штурману ледокола гораздо сложнее управлять ЯЭУ. Ему необходимо постоянно поддерживать баланс подводимой к винтам и расходуемой ими мощности. Признаком ошибок в управлении является изменение равномерности скорости движения ледокола – вплоть до полной его остановки и срабатывания аварийной защиты реакторов. Поэтому вахтенный штурман на ледоколе утомляется быстрее, чем на АПЛ. В результате возникают предпосылки к совершению ошибок в управлении, приводящие к аварийным ситуация – например, поломке лопастей винта.

Предельный срок эксплуатации ледоколов

При работе в тяжелых ледовых условиях поддерживать равномерное использование оборудования атомных ледоколов крайне сложно. Для этого надо соблюдать правила эксплуатации, не перегружать механизмы, не выходить за рамки ограничительных характеристик, своевременно производить профилактику оборудования и т. д. Все это практически невозможно делать в условиях штатной эксплуатации ледокола.

При движении во льдах мощностью более 2 м ледоколу требуется совершить около 50 маневро-реверсов в час. Крушение льда корпусом судна сопровождается сильной вибрацией, передающейся фундаментам и вращающимся валам механизмов, вызывая высокие нагрузки, полусухое трение в подшипниках – что приводит к увеличению зазоров, смещению осей спаренных валов и их расцентровке. Сильнее всего вибрация сказывается на роторных механизмах, приводя к резонансным явлениям в результате суммирования внешней вибрации с собственной частотой колебаний узлов и агрегатов. Это является причиной многих неисправностей, приводящих к поломке валов. Иные режимы работы в ледовых арктических условиях невозможны.

Преждевременная выработка ресурса оборудования ЯЭУ привела к стремительному увеличению объема ремонтных работ, которые требовалось производить силами экипажа во время плавания. Необходимость поддерживать работоспособность ледоколов любой ценой вынуждает «Атомфлот» самостоятельно производить комплекты для срочного ремонта, продлевая сроки эксплуатации изношенных узлов и механизмов ледоколов.

Имевшие место факты продления сроков службы старых атомных ледоколов требуют подтверждения от классификационных обществ под солидную страховку. Но этого не делается, что вызывает понятное неудовольствие со стороны международных надзорных организаций.

В связи с этим встает вопрос о выборе предельного срока эксплуатации ледоколов, когда ремонтировать их становится невыгодно. Этот срок был установлен исходя из опыта эксплуатации ледокола «Арктика». Проработав первые 20 лет без особых замечаний со стороны контролирующих организаций, ему продлили разрешенный срок эксплуатации на 5 лет. Затем срок эксплуатации продлили еще на 5 лет – до 30 лет. Дальнейший опыт показал, что нельзя считать этот продленный срок обоснованным для распространения на другие ледоколы.

Полноценный ремонт старого ледокола, позволяющий реально продлить его ресурс до 30 лет, требует расходов, близких по объему к стоимости строительства нового ледокола. Введенный недавно в эксплуатацию атомный ледокол «50 лет Победы» строился в сложных экономических условиях и говорить о качестве материалов и выполненных работ крайне затруднительно. Трудно предположить, что при существующих условиях эксплуатации он сможет отработать полный срок.

На этих ледоколах класса «Арктика» установлено оборудование, начавшее поступать на комплектацию в 1975 г. После распада СССР производство этого оборудования не обновлялось, а с начала 90-х годов ХХ века основная часть ледокольного оборудования вообще была снята с производства. В связи с этим, при ремонте ледоколов используются кустарно изготовленные («смодельные», не промышленного качества) комплекты деталей.

Согласно теории износа, за двадцатилетний период штатной эксплуатации судна его ЯЭУ накапливает 10

 циклов знакопеременных нагрузок. Это является критическим показателем срока службы металла блоков цилиндров дизелей, корпусов и роторов турбин, корпусов реакторов и парогенераторов, парообразующих трубчатых систем, валов насосов. В узлах и деталях механизмов накапливаются усталостные напряжения, приводящие к изменению кристаллической структуры металла, возникновению трещин и изломов.

Именно это и происходит на российских атомных ледоколах. Несмотря на то, что они проектировались с существенным запасом надежности, ресурс близок к полной выработке. По мнению экспертов, в случае продолжения эксплуатации атомных ледоколов класса Арктика на них возможны серьезные аварии.

Практика продления срока эксплуатации ЯЭУ

Согласно подготовленной в 2000 г. справке Министерства транспорта РФ о состоянии аварийности на морском флоте и мерах по повышению уровня безопасности мореплавания, в период 2005—2008 гг. все действующие ледоколы предполагалось вывести из эксплуатации.

Сейчас эти сроки отодвинуты на 5—10 лет. Работы по обоснованию возможности продления срока эксплуатации ледокольных ЯЭУ с 100.000 часов до 150.000 часов производились в Центральном научно-исследовательском и проектном институте морского флота (ЦНИПИ МФ). Одним из наиболее узких мест в так называемом «продлении ресурса ледокола» является снижение прочности корпуса реактора. Вследствие нейтронной бомбардировки металл корпуса становится хрупким и возникает опасность образования в нем трещин. Решающее влияние на структуру металла оказывает плотность потока нейтронов, вызывающего то, что на языке атомщиков называется «радиационный гамма-отжиг металла». Предельный срок эксплуатации металла реакторов составляет 30 лет. При этом следует иметь в виду, что никаких реальных работ для продления ресурса ледоколов не выполнялось – было произведено лишь теоретическое обоснование такой возможности.

Продление ресурса ЯЭУ потребовалось для того, чтобы атомный ледокольный флот не оказался стоящим в очереди на утилизацию ещё до того, как руководство России примет концепцию освоения ресурсов арктического региона. После чего, быть может, начнется строительство новых атомных ледоколов. Хотя в настоящее время это представляется маловероятным.

В связи с этим после 2010 г. число действующих ледоколов начнет сокращаться. К 2015 г. в эксплуатации останутся 2 ледокола – «Ямал» и «50 лет Победы». А к 2020 г. из всех действующих в настоящее время судов с ЯЭУ гражданского назначения в эксплуатации по своим характеристикам способен остаться только ледокол «50 лет Победы». Правда, еще несколько лет назад были специалисты, которые полагали, что есть возможность оставить ледокол «Сибирь» в строю до 2019 г. Для этого требовался ремонт, связанный с продлением ресурса до 170.000 часов.

По имеющейся информации, утилизация ледокол «50 лет Победы» была запланирована на 2009 г., но пока нет сообщений о том, что это намерение выполняется. Это говорит о том, что планы организаций, занимающихся проектированием и эксплуатацией атомных ледоколов, тесно связаны с экономической ситуацией в стране. Они не могут быть реализованы без субсидирования этих работ из федерального бюджета.

Перегрузка топлива и обслуживание реакторов ледокола «Ленин»

На первой загрузке топлива каждый реактор ледокола Ленин отработал около 11.000 часов (выработав 430—490 МВт. ч тепловой энергии). При этом средняя выработка энергии в активной зоне составляла 11.000—13.000 МВт тепловой мощности в сутки на 1 т урана. Максимальная выработка достигала 30.000 МВт тепловой мощности в сутки на 1 т урана. ТВЭЛы находились в воде первого контура примерно 30.000 часов. Реакторы работали устойчиво на всех уровнях мощности – включая максимальный (90 МВт). Полная мощность ледокола, составлявшая на фланце турбины 44.000 л.с., достигалась при одновременной работе трех реакторов на тепловой мощности 65 МВт каждый.

По данным И. И. Африкантова, весной 1963 г. была произведена первая перегрузка ядерного топлива. Для этого было использовано вспомогательное судно ПТБ «Лепсе». Работы по перегрузке ОЯТ и загрузке свежего топлива производились на причале мурманского порта, называвшегося в то время «База 92» (в настоящее время – ФГУП «Атомфлот»). Для этих целей на базе имелось лишь минимально необходимое оборудование для обслуживания ледокола Ленин.

Перегрузка ОЯТ производилась следующим образом. Над извлекаемым каналом активной зоны на защитной плите располагался перегрузочный контейнер. С помощью ручной лебедки внутрь контейнера опускался механический цанговый захват, который зацеплял стержень за верхнюю часть. Контроль за работой механического захвата осуществлялся через перескоп. Той же ручной лебедкой канал с отработавшим тепловыделяющим стержнем (ТВС) поднимался в контейнер, снизу закрывался защитным шибером (заслонкой), передавался с помощью подъемного крана на ПТБ «Лепсе» и в обратном порядке выгружался в хранилище.

В случае механического заклинивания канала в ячейке реактора его сдвигание производилось с помощью домкрата. В источнике не указано, каким образом этот домкрат работал, но известно, что все эти операции выполнялись персоналом вручную – с минимальными средствами защиты. Сообщается, что случаев заклинивания было немного, но общее их число не указывается. Время разгрузки одного канала занимало 15—20 минут. Выше мы отмечали, что активная зона каждого реактора состояла из 219 рабочих каналов. В связи с этим полная выгрузка ОЯТ одного реактора занимала около трех суток. После того, как все каналы освободили от топлива, была произведена промывка реакторов и первичных контуров ЯЭУ.

Современное состояние судов с ЯЭУ

Атомный ледокол «Ленин» выведен из эксплуатации в 1989 г. В середине 2009 г. был установлен у причала в Мурманске в качестве музея.

1963—1965 гг. (точная дата не установлена) – первая перегрузка ядерного топлива. В ходе операции по перегрузке ядерного топлива произошло частичное расплавление активной зоны.

1965—1970 – ремонт после расплавления активной зоны. В ходе ремонта проведена модернизация – вместо 3 реакторов ОК-150 по 90 МВт тепловой мощности были установлены 2 реактора ОК-900 по 159 МВт тепловой мощности. Данные о сроках и количестве перегрузок ядерного топлива не опубликованы. Согласно требованиям регламента, в период с 1970 по 1989 г. ядерное топливо требовалось перегружать не менее трех раз. Предположительно, отработавшее ядерное топливо из активной зоны выгружалось четыре раза.

Атомный ледокол «Арктика» – в августе 2008 г. выведен из эксплуатации. Находится в отстое в Мурманске на ФГУП «Атомфлот». Сроки утилизации не определены.

2000—2003 гг. – находился в ремонте. Была произведена перегрузка ядерного топлива. Других данных о датах и сроках перегрузки ядерного топлива не опубликовано. Согласно требованиям регламента, в период с 1975 по 2000 г. ядерное топливо требовалось перегружать не менее трех раз. Вероятно, реальное число перегрузок было меньше.

Атомный ледокол «Сибирь» – в 1992 г. выведен из эксплуатации. Находится в отстое в Мурманске на ФГУП «Атомфлот». Есть данные о том, что на 2009 г. была запланирована утилизация ледокола, но на конец 2009 г. об этом нет конкретных сведений.

Причина вывода из эксплуатации – большое количество негерметичных секций парогенераторов и невозможность эксплуатации реакторной установки №2 без замены парогенераторов. Наработка реакторов на момент вывода из эксплуатации была ниже нормативной. Согласно требованиям регламента, в период с 1978 по 1992 г. ядерное топливо требовалось перегружать не менее одного раза, но у экспертов есть предположение, что в действительности этого сделано не было.

Атомный ледокол «Россия» – находится в эксплуатации. Вывод из эксплуатации намечен на период 2011—2015 гг. Реальные сроки не определены.

Есть данные о том, что в 2003 г. была произведена последняя замена ядерного топлива. Одновременно с этим проведена замена парогенераторов, после чего ресурс ЯЭУ был продлен до 175.000 часов. Согласно требованиям регламента, в период с 1985 по 2003 г. ядерное топливо требовалось перегружать не менее двух раз, но конкретных данных об этом не опубликовано.

Атомный ледокол «Советский Союз» – находится в эксплуатации. Вывод из эксплуатации намечен на период 2011—2015 гг. Реальные сроки не определены.

В 1999 г. был выведен в отстой по причине выработки ресурса активной зоны. Есть данные о том, что в 2002 г. была произведена последняя перегрузка ядерного топлива. Одновременно с этим прошел процедуру замены парогенераторов, после чего ресурс ЯЭУ был продлен до 175.000 часов. Согласно требованиям регламента, в период с 1989 по 2002 г. ядерное топливо требовалось перегружать не менее одного раза, но конкретных данных об этом не опубликовано.

Атомный ледокол «Ямал» – находится в эксплуатации. Вывод из эксплуатации намечен на период 2015—2020 гг. Реальные сроки не определены.

В 2000 г. был выведен в отстой по причине выработки ресурса активной зоны. Есть данные о том, что в 2002 г. была произведена последняя перегрузка ядерного топлива. Согласно требованиям регламента, в период с 1992 по 2002 г. ядерное топливо требовалось перегружать не менее одного раза, но конкретных данных об этом не опубликовано.

Атомный ледокол «50 лет Победы» – находится в эксплуатации. Спущен на воду в 2007 г. Вывод из эксплуатации намечен на период после 2020 гг. Перегрузка ядерного топлива не производилась.

Атомный ледокол «Таймыр» – находится в эксплуатации. Вывод из эксплуатации намечен на период 2011—2015 гг. Реальные сроки не определены.

Есть данные о том, что в 2001 г. была произведена первая перегрузка ядерного топлива. Одновременно с этим прошел процедуру замены парогенераторов, после чего ресурс ЯЭУ был продлен до 175.000 часов.

Атомный ледокол «Вайгач» – находится в эксплуатации. Вывод из эксплуатации намечен на период 2011—2015 гг. Реальные сроки не определены.

Есть данные о том, что в 2004 г. была произведена первая перегрузка ядерного топлива. Одновременно с этим прошел процедуру замены трубопроводов парогенераторов, после чего ресурс ЯЭУ был продлен до 175.000 часов.

Атомный лихтеровоз «Севморпуть» – в 2007 г. временно выведен из эксплуатации. Реальные сроки утилизации не определены. Было заявлено о возможном продлении его ресурса и переоборудовании в буровое судно. Это представляется маловероятным в связи с большой стоимостью ремонта, высоким износом ППУ и существенными коммерческими рисками.

В 2000 г. выведен в отстой по причине выработки ресурса активной зоны. Есть данные о том, что в 2002 г. была произведена первая перегрузка ядерного топлива, после чего судно находилось в эксплуатации до 2007 г.

Аварийность на атомном ледокольном флоте

Accident rate in the nuclear icebreaker fleet