proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Атомный год 2016
  Агентство  ПРоАтом. 20 ЛЕТ с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Обсудим?!
Очередные санкции США против России – это:
Спектакль, срежиссированный высшим руководством
Торговая война Запада против России
Реакция западного общества на российскую экспансию
Попытка сдержать бурное развитие военной мощи РФ
Другое

Результаты
Другие опросы
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. Информация: (812) 438-32-77, E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
PRo Рекламу

[10/02/2014]     Технология диагностического обеспечения плавучей атомной теплоэлектростанции


Ю.Н. Мясников, почётный судостроитель РФ, заслуж. деятель науки РФ, д.т.н., проф.,

В.Г.Хорошев,
д.т.н., с.н.с. ФГУП ”Крыловский государственный научный центр”, Санкт-Петербург


Современный вектор развития энергетики определяется двумя основными факторами: экологическим и энергоресурсным. Экологический фактор есть следствие антропогенного давления на Природу, вызванного беспрецендентным сжиганием ископаемых углеводородных топлив (нефть, газ, уголь и т.п.). Энергоресурсные проблемы возникают в связи с негативными тенденциями в энергетическом комплексе России.


В атомной отрасли о вероятностном подходе необходимо забыть. Какой бы замечательной не была ядерная установка, мы имеем право использовать её только в том случае, когда нет ни малейшего шанса для пресловутого человеческого фактора. Если даже случится авария любого уровня, система безопасности сработает таким образом, что никакого радиационного переоблучения не произойдёт                    
                                                                                         Академик Ф.М.Митенков


В первую очередь - это рост доли  трудно извлекаемых углеводородных энергоносителей и ежегодный рост экспортной составляющей. Значительная часть рентабельных месторождений (Уренгой, Ямбург, Медвежье) выработана более чем на 75%. Нефтегазовый уход в Арктическую зону влечёт за собой не только значительное удорожание процессов добычи (скважины до 4,5 км, выживание в суровых условиях Арктики), но и спровоцирует невиданные до сих пор экологические катаклизмы. По данным экспертов ЮНЕСКО при бурении скважины сбрасывается в море более 120т нефти, до 400т бурового шлама и более 1000т разного рода отходов. Эксплуатация скважин и последующая транспортировка добываемых нефтегазовых продуктов в разы усилит экологическое давление на окружающую среду.                          
    
Арктический бассейн - это регулятор климата на Планете. Чтобы сохранить и защитить природную среду  Арктики,  хозяйствующие субъекты в этом регионе должны быть обеспечены экологически чистой энергией [1].
     
В этой связи строительство плавучих атомных теплоэлектростанций (ПАТЭС) и размещение их вдоль северного побережья РФ следует признать оптимальным вариантом энергоснабжения северных территорий [2].
     
К сожалению, по ряду причин, проектирование (ОАО ЦКБ «Айсберг») и строительство ПАТЭС затянулось на долгие годы, а хроническое недофинансирование оставило нерешенными ряд задач, определяющих безопасную эксплуатацию станции в условиях Арктики и, в первую очередь, её диагностическое  обеспечение.
     
Мировой и отечественный опыт эксплуатации стационарной и транспортной атомной энергетики свидетельствует о том, что значимое место в проблеме повышения эффективности и безопасности использования оборудования атомной энергетической установки  отводится методам и средствам технической диагностики. Их внедрение позволяет повысить безопасность, снизить вероятность ошибок операторов в процессе идентификации аномальных ситуаций, исключить радиационные аварии и связанную с ними опасность загрязнения окружающей среды.

На чём основаны такие предпосылки?
     
Они вытекают из современных требований к длительности эксплуатации оборудования, которые характеризуются двумя основными процессами:

- постоянным увеличением физической долговечности оборудования за счёт применения конструкционных материалов, обладающих высокой прочностью и износостойкостью, усовершенствованием конструкции и схемных решений;

- постепенным снижением ресурса по параметру физического износа до, так называемого «морального износа», как проявления общей тенденции к снижению сроков обновления технических средств  в условиях обострения конкуренции на мировом рынке  производителей энергетического оборудования.
 
В результате к настоящему времени в развитых странах (США, Евросоюз) сложилось положение, при котором роль ограничительной ресурсной характеристики играет не столько  физическая долговечность, сколько «моральный износ» оборудования (рис.1).
    
В современных условиях России, напротив, по известным причинам, экономически оправданным является максимально возможное (и невозможное) использование всех располагаемых резервов физической долговечности оборудования. Не трудно видеть (рис.1), что при этом ресурсная характеристика попадает в доверительный интервал, характеризующий дисперсию физической долговечности оборудования. А это означает, что при среднестатистической оценке фактического расходования ресурса оборудования вероятность его отказа до наступления предельного состояния становится не только значимой, но и является причиной аварийных ситуаций и катастроф.
    
В этой связи предусмотренная проектом регламентная система обслуживания технических средств ПАТЭС не обеспечит оптимальное решение проблемы экологической безопасности и эффективной эксплуатации станции.
    
Только переход к эксплуатации ПАТЭС по фактическому состоянию (ФТС) способен
создать условия для активного поддержания её надёжности и безопасности в течение всего срока службы.         

Рис.1 Обобщённая характеристика изменения технического состояния энергетического оборудования

Вместе с тем такой переход требует решения, по крайней мере, трёх основных задач:

- совершенствование и разработка научно-методической базы диагностического обеспечения технических средств ПАТЭС, включающее не только машинную обработку параметров рабочего процесса энергетической установки и представление информации в словесно рекомендательной форме (интеллектуальный советчик оператора), но и внедрение специальных диагностических приборов на новых физических принципах, позволяющих определять текущее техническое состояние оборудования и прогнозировать изменение этого состояния;

- разработка нормативно-технической документации и организационно-технических мероприятий по переводу ПАТЭС на эксплуатацию по ФТС;

- подготовка обслуживающего персонала, владеющего современными методами и средствами технической диагностики, и способного развивать эти важные направления при эксплуатации ПАТЭС.
     
Учитывая, что в основу создаваемых ПАТЭС положено широкое применение технических решений, используемых в корабельной энергетике, представляется целесообразным представить алгоритмическую и приборную компоненты диагностического обеспечения корабельного оборудования [3,4, 5], которые при соответствующей доработке могут быть реализованы на ПАТЭС.

Задачи и основные компоненты диагностического обеспечения ПАТЭС
     
Основной предпосылкой возникновения и развития нештатных ситуаций  является естественная деградация энергетического оборудования под воздействием разрушающих
факторов (табл.1).


Значительная часть указанных процессов  протекает скрытно для персонала АЭУ. Обычным следствием неконтролируемого износа элементов оборудования является нарушение работоспособности систем, именуемой в теории надёжности «внезапным» отказом.
   
Поддержание проектной надёжности оборудования и систем АЭУ обеспечивается в настоящее время «Правилами организации технического обслуживания и ремонта оборудования АС» (РД  53.025.002-88), в основу которых положен регламентный принцип организации профилактических работ, не отвечающий современным требованиям безопасности  и эффективной эксплуатации станции.
   
В этой связи, а также исходя из того факта, что система централизованного контроля (СЦК) ПАТЭС (рис. 2) построена, в основном, на информации датчиков теплотехнических параметров, описываемой единичной импульсной функцией [6], возможности которой ограничиваются установлением факта нарушения работоспособности АЭУ, проблема диагностического обеспечения станции сводится к решению двух основных задач:

- формализация и автоматизация процедур поиска причин нарушения работоспособности  (ППНР) АЭУ и формирование на  этой основе рекомендаций (советов) обслуживающему персоналу по управляющему воздействию на установку (интеллектуальный советчик оператора);

- разработка состава и системная реализация приборов и аппаратуры на новых физических принципах, позволяющих определять текущее техническое состояние оборудования, прогнозировать его изменение в процессе эксплуатации без демонтажных работ.
    
Реализация второй задачи позволяет перейти на эксплуатацию станции по ФТС и технически обеспечить требуемую безопасность и эффективное использование ПАТЭС.

 
Рис.2. Система централизованного контроля ЭУ

Решение первой задачи диагностики вытекает из характера и области изменения теплотехнических параметров [6], которые позволяют применить логический метод диагностики. В этом случае условие:

Дт(tт(t>T)=0
принимает вид:                                     Zi=Fiлог[{z,х}, Θ]
где:  Zi - соответствует Дтi и является выходным параметром i-го функционального самостоятельного элемента (ФСЭ)*;
           Fiлог – логическая функция входных параметров i-го ФСЭ;
           Z - выходные параметры других ФСЭ, являющиеся входными i-го ФСЭ;
           Х - входные параметры i-го ФСЭ со стороны внешней среды;
           Θ - обобщённый механический параметр, характеризующий техническое состояние ФСЭ (оборудование АЭУ, в котором происходит законченный цикл преобразования энергии) и искомый в рассматриваемой задаче.

Анализ системы таких функций относительно неработоспособного ФСЭ при исправных всех остальных ФСЭ, входящих в модель технического состояния (МТС)  ПАТЭС,  позволяет построить матрицу технического состояния АЭУ. Последняя является формализованной основой автоматизации процедур поиска ФСЭ с нарушенной работоспособностью и таким образом позволяет решить первую задачу диагностики и вывести оператора из последовательной цепочки в СЦК в параллельную (рис.2).

Методику решения задачи с расчетами и схемами см. [10].

Учитывая, что программно-аппаратный комплекс технического диагностирования (ПАК ТД) становится неотьемлемой частью современных информационно-измерительных систем, внедрение этого метода не должно встречать принципиальных трудностей и может рассматриваться как диагностическая система первой очереди, развивающая функции традиционных систем централизованного контроля. Её можно назвать программой «Поиск». Блок-схема алгоритма, реализирующего задачу поиска неисправного ФСЭ показана на рис.3. Разработка и внедрение программы «Поиск» не только создаёт благоприятные условия для работы оператора, но и значимо снижает вероятность его ошибки при принятии решений по управляющему воздействию, и тем самым повышает безопасность и надежность сложных энергомеханических систем.

 

Рис.3. Алгоритм поиска неисправного ФСЭ (Алгоритм «Поиск»)
Обозначено: А - матрица технических состояний, N - мощность (режим работы).
R - число строк в матрице, * - верхняя уставка, ** - нижняя уставка, К - число столбцов в матрице, I - номер строки или столбца

По существу, оператор получает  интеллектуального советчика, работающего  в реальном  масштабе времени и синтезирующего информацию в словесно-рекомендательной форме с указанием отказавшего ФСЭ и оперативным прогнозированием развития ситуации в случае непринятия управляющих воздействий по локализации отказавшего ФСЭ.
 
Однако пассивное ожидание отказа ФСЭ ПАТЭС не позволяет реализовать проект перевода станции на эксплуатацию по ФТС. Для того чтобы планировать профилактику и ремонт станции обслуживающему персоналу, необходима информация о текущем техническом состоянии оборудования в период его нормальной работы (рис.1).

Решение второй задачи диагностики

Решение второй задачи диагностики обеспечивает получение такой информации при условии анализа физических явлений, выходящих за рамки традиционного анализа термодинамических процессов, и применения физических методов и приборов, принципиально отличных от традиционно используемых. В табл. 2 приведен перечень оборудования ПАТЭС, физических методов его диагностики и приборов, выпускаемых или подготовленных к производству отечественной промышленностью. Эти приборы в значительной мере обеспечивают решение второй задачи диагностики и составляют основу мобильного диагностического комплекса. Уход от встроенных в оборудование локальных средств диагностики обоснован длительным периодом процессов износа и накопления повреждений в процессе нормальной работы оборудования (рис.1).

Табл. 2 Примерный перечень диагностируемого оборудования ПАТЭС




В состав диагностируемого оборудования должна быть включена защитная оболочка реакторной установки (РУ).
   
Барьеры безопасности для судов с ЯЭУ
 
В соответствии с кодексом IMKO современные ядерные ППУ ледокольных и других судов  оборудуются четырьмя барьерами безопасности:

- герметичные оболочки тепловыделяющих элементов;

- прочные границы первого контура;

- защитная оболочка (водонепроницаемое ограждение с определённой степенью газоплотности);

- защитное ограждение (оболочка со степенью герметичности и водонепроницаемости
обычной для судовых конструкции).

Первые два барьера радиационной безопасности являются традиционными для всех водо-водяных реакторов. Третьим барьером является герметичная защитная оболочка, выполняемая из плоских секций высокопрочной стали толщиной 35мм. Прочностные характеристики и герметичность защитной оболочки определяются на основе двух предельных условий: внутреннего давления 0.5 МПа и температуры паровоздушной смеси 1350С, что отличается от предельных условий ПАТЭС (давление  0.4 МПа, температура 1550С).
    
Конструктивно внутреннее пространство защитной оболочки эксплуатируемых ледокольных судов разделено по высоте герметичным настилом на два помещения: реакторное и аппаратное, что аналогично строящейся ПАТЭС. Оборудование реакторного помещения находится под биологической защитой, выполненной из малогабаритных и легкосьёмных блоков. Двери, люковые закрытия и герметизирующие устройства мест проходки труб и кабельных коробок рассчитаны на те же параметры прочности и герметичности, что и защитная оболочка. Система вентиляции защитной оболочки обеспечивает в ней разряжение, организованные потоки воздуха и необходимые температурные условия. На вытяжных и проточных каналах установлены автоматические БЗК (быстрозакрывающиеся клапаны), отсекающие защитную оболочку в аварийных ситуациях по сигналу повышения давления среды до 8 кПа (на ледоколах типа «Арктика» до 5 кПа).
    
Система аварийного снижения давления предотвращает разрушение защитной оболочки от избыточного давления, появляющегося в ней при разгерметизации первого контура. При повышении давления в реакторном или аппаратном помещениях до 0.15 МПа срабатывают предохранительные заглушки и паровоздушная смесь по трубам поступает в распределительное устройство. Данная система позволяет ограничить давление в защитной оболочке при предельно возможной аварии до 0,18 МПа за счёт увеличения объёма аварийного помещения (объём защитной оболочки плюс объём коффердама) и конденсации пара при барботаже. Таким образом, защитная оболочка является барьером на пути распространения радиоактивных продуктов из активной зоны в окружающую среду,  что принципиально для ПАТЭС.
     
Однако ПАТЭС не имеет штатных средств контроля состояния конструкционного материала, в результате чего не обеспечивается превентивный контроль возможной утраты оболочкой герметичности по параметрам целостности структуры металла [7]. Более того, опыт создания систем мониторинга состояния металла защитных оболочек отсутствует.
     
Учитывая, что для контроля целостности защитной оболочки  применимы только методы и средства, позволяющие вести контроль при одностороннем доступе с обнаружением как глубинных, так и поверхностных дефектов металла, число применимых средств ограничивается ультразвуковым методом (УЗ-метод) и методом акустической эмиссии (АЭ-метод).
     
По ряду причин, и, в первую очередь, из-за трудностей установки УЗ-датчиков при наличие серпентиновой бетонной защиты, авторы отдают предпочтение  АЭ-методу. Последний основан на явлении, заключающемся в генерации упругих волн в твёрдых телах при их деформировании, что позволяет по результатам регистрации и анализа сигналов оценивать наличие и динамику развития трещины. Данный метод, в отличие от эхоимпульсного УЗ-метода, является пассивным, а активную роль источника сигнала выполняет сам развивающийся дефект. Определяющим достоинством АЭ-метода является функция определения координат развивающейся трещины по разности времён прихода сигнала на разнесённые по поверхности датчики.
      
В России и Молдавии имеется опыт создания многоканальных АЭ-систем, работающих в автоматическом режиме и выполняющих следующие функции:

- сбор и накопление результатов измерений с технологической привязкой отдельных зон
контроля;

- обработка результатов по специальному алгоритму и хранение информации в компьютерной базе данных;

- оценка текущего состояния и прогнозирование развития ситуации потенциально опасных зон защитной оболочки.
      
Исключение в принципе катастрофических аварий с выбросами в окружающее пространство радиоактивных веществ требует наряду с вышеизложенным совершенствования радиационных методов контроля состояния барьеров безопасности.

Требованиям по быстродействию и чувствительности обнаружения неплотностей барьеров безопасности удовлетворяет разработанный к.т.н. Кондратьевым В.Г. метод динамического радиационного контроля изменяющегося во времени гамма-поля, физические носители которого обладают необходимыми свойствами, достаточно хорошо изучены и сравнительно просто регистрируются. Экспериментальное исследование аппаратурной реализации метода показало его универсальность, в т.ч. обнаружение неплотностей любых герметичных систем, содержащих радионуклиды в любой фазе.

Программа диагностического обеспечения ПАТЭС

Системная реализация программы диагностического обеспечения ПАТЭС должна включать (рис.4):
   
1. Программно-аппаратный комплекс технического диагностирования (ПАК ТД), основой которого является алгоритм «Поиск», обеспечивающий в реальном масштабе времени интеллектуальную поддержку оператора в процессе поиска причин нарушения правильного функционирования ПАТЭС и принятия решений по управляющему воздействию на комплексную систему автоматизированного управления (КСУ ТС);
    
2. Комплект мобильных диагностических приборов и информационно-измерительный
комплекс (ИВК), реализующий алгоритм «Диагноз» [6], обеспечивающий в режиме периодического контроля определение технического состояния оборудования ПАТЭС и генерирующий информационную основу для прогнозирования остаточного ресурса оборудования и перевод его на эксплуатацию по ФТС;
     
3. Систему мониторинга защитных барьеров безопасности ПАТЭС, реализующую
современные методы раннего обнаружения потери герметичности защитных оболочек.

Заключение
        
Разработку и внедрение средств и систем диагностики оборудования ПАТЭС следует рассматривать  как эффективный инструмент совершенствования КСУ ТС  ПАТЭС, обеспечивающий переход  от  регламентного (по наработке или календарному времени) технического обслуживания и ремонта к стратегии по фактическому техническому состоянию. Это мировая практика, и если Россия планирует выход с ПАТЭС на мировой рынок, реализация программы диагностического обеспечения ПАТЭС  неизбежна.
        
Компоненты системы диагностического обеспечения  конструктивно не связаны с КСУ ТС (рис.4). Их объединяет только информационная составляющая. А это значит, что система диагностики может внедряться на любой стадии жизненного цикла ПАТЭС.
       
Диагностическое обеспечение ПАТЭС является не только активным поддержанием её надёжности и безопасности в течение всего срока службы, но и призвано минимизировать влияние человеческого фактора [8]. Более того, оно хорошо вписывается в систему информационной поддержки технического обслуживания и ремонта атомных станций (АСУ «Ремонт АЭС»), основной задачей которой является решение проблем управления техническим состоянием оборудования атомных станций на двух уровнях:

- на уровне атомной станции и ремонтного предприятия;
- на уровне кризисного центра концерна «Росатом», осуществляющего централизованное управление эксплуатацией АЭС.



Рис. 4 Структурная схема диагностического обеспечения ПАТЭС

Библиография

1. Ю.Н.Мясников   «Базовые вызовы и ориентиры в сфере развития энергетики» Ж. «Атомная стратегия», №80, 2013 г.
2. В.Б.Митько  «Эволюция геополитических факторов, определяющих устойчивое развитие Северо-Востока России» Ж. «Атомная стратегия», №78, 2013 г.
3. Ю.Н.Мясников «Нужен не подвиг, а советчик оператора» Ж. «Атомная стратегия ХХI», №29, 2007 г.
4. Ю.Н.Мясников «Диагностическое обеспечение кораблей не роскошь, а эколого-кономическая необходимость»  Ж. «Атомная стратегия», №48, 2010 г.
5. М.А.Кунаев  «Оперативная диагностика  энергетических установок»   Ж. «Атомная стратегия XXI», №45, 2010 г.
 6. Ю.Н Мясников, А.А.Иванченко, А.М.Никитин «Информационные технологии в пропульсивном комплексе морского судна»  Монография, изд. ГУМ и РФ имени адмирала С.О.Макарова, СПб, 2013 г.
7. А.П.Александров  «Инструментальный цех науки»  Интервью академика А.П. Александрова « Комсомольской правде» 23. 06. 1979 г.
 8. А.А.Просвирнов  «Человеческий фактор на жизненном цикле АЭС и его величество «стрелочник». Ж. «Атомная стратегия », №81, 2013 г.
 9. А.А.Равин   «Методы диагностики судового энергетического оборудования» Монография, изд. ГМТУ, СПб, 2013 г.
10. Ю.Н.Мясников, В.Г.Хорошев «Концепция диагностического обеспечения ПАТЭС», сайт www.proatom.ru
 

 
Связанные ссылки
· Больше про Малая энергетика
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Малая энергетика:
Ядерные энергетические установки в космосе

Рейтинг статьи
Средняя оценка: 4.83
Ответов: 12


Пожалуйста, проголосуйте за эту статью:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 2 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Технология диагностического обеспечения плавучей атомной теплоэлектростанции (Всего: 0)
от Гость на 11/02/2014
Зачем ссылаться на не имеющие к проблеме источники? Не лучше ли проанализировать мировой опыт и достижения в этой проблеме. Вот, например, известная разработка АББ:
http://www.abb.us/industries/us/9AAC30200382.aspx
[www.abb.us] 
А как используется в анализе верхний уровень АСУ ТП? И вообще есть АСУ ТП?
А как выявляются ложные и скрытые отказы оборудования? Например, некий измерительный канал имеет скрытый отказ, а по его измерениям Вы делаете диагностику. И что в этом случае?


[ Ответить на это ]


Re: Технология диагностического обеспечения плавучей атомной теплоэлектростанции (Всего: 0)
от Гость на 12/02/2014
Общая проблема систем диагностирования-ответственность за принятие решения: кто ставит подпись, допустим, на останов блока по показаниям этих систем?
А чтобы смело ставить подпись, эти системы должны удовлетворять очень многим и четко сформулированным требованиям ГОСТ 26656-85, ГОСТ 27518-87, ГОСТ 20911-89, ГОСТ 30848-2003 (ИСО 13380:2002), ГОСТ Р 27.001-2009, ГОСТ 27.002-89, ГОСТ Р 51901.12-2007 и так далее...
Даже про метрологическую аттестацию каналов почти всегда забывают. А как можно давать какое-то заключение без гарантированной точности измерений? Так, гадание на кофейной гуще с умной нестандартной терминологией без всякой ответсвенности...

Удачи всем!
Олег М.




[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(812)438-3277
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
Сайт построен на основе технологии PHP-Nuke. Открытие страницы: 0.24 секунды
Рейтинг@Mail.ru