Атомная электрическая станция
NUCLEAR POWER PLANT

Изобретение относится к области атомной электроэнергетики и касается проектирования и строительства атомных электрических станций, а именно их защищенности от внешних ударных воздействий и прежде всего защиты от высокоскоростных ударных воздействий, в частности касается снижения последствий в различных аварийных ситуациях или предотвращения аварийных ситуаций, и может найти применение в создании защитных оболочек реакторных отделений и других специальных помещений на объектах, воспринимающих повышенные нагрузки как изнутри, так и с наружи.
Известен крупноблочный монтажный модуль по патенту Российской Федерации №2735793, кл. Е04С 5/08, 2020 г., предназначенный для возведения производственных зданий, к которым предъявляются требования повышенной несущей способности конструкции. Он содержит арматурный блок, собранный из арматурных пространственных каркасов и из щитов несъемной опалубки, изготовленных из модульных элементов и скрепленных с арматурным блоком, крупноблочный монтажный модуль выполнен с возможностью соединения и/или с фундаментом, и/или с другим присоединяемым крупноблочным монтажным модулем, для чего каждый арматурный блок крупноблочного монтажного модуля и фундамента снабжены соединительными выпусками, которые закреплены на стыкуемых поверхностях арматурных пространственных каркасов соединяемых крупноблочных монтажных модулей и фундамента, каждый соединительный выпуск при этом выполнен в виде замкнутой, в частности петли.
Использование крупноблочного монтажного модуля позволяет не только существенно сокращать сроки строительства объектов, но и сокращать трудозатраты при возведении конструкций фундаментов и стен, воспринимающих повышенные нагрузки от внешних воздействий, а также позволяет повысить надежность и прочность возводимой конструкции.
Однако, монтажный модуль в основном применим для возведения внешних элементов станции, а ля решения локальных задач - создания защитной оболочки его не используют.
Известен способ возведения большепролетных перекрытий и покрытий по патенту Российской Федерации №2734511, кл. Е04В 5/40, 2020 г., который заключается в том, что на фундаменте монтируют пространственные рамы из колонн, балок перекрытий и ферм покрытий. На верхний пояс балки перекрытия и/или фермы покрытия устанавливают дополнительные поперечные опоры, а на дополнительные поперечные опоры устанавливают настил силовой из несъемных модульных элементов, имеющих в сечении профиль в виде незамкнутой трапеции, содержащей верхнее основание и незамкнутое нижнее основание с отбортовками, посредством которых соединяют модульные элементы между собой с образованием нижней поверхности перекрытия или покрытия. Во внутреннем объеме настила перекрытия размещают арматурный каркас и последовательно заливают его бетоном, а во внутреннем объеме настила покрытия укладывают утеплитель, по которому монтируют кровельное покрытие.
Данное техническое решение позволяет возводить большепролетные монолитные железобетонные перекрытия и легкие стальные тонкостенные конструкции покрытий с повышенной несущей способностью и высокой точностью позиционирования полотна перекрытия и покрытия на верхних поясах балок перекрытий и ферм покрытий с использованием несъемной стальной модульной опалубки.
Это расширяет возможности использования модульного элемента выполненного из листовой заготовки прокатным или штампованным с профилем в виде незамкнутой трапеции, в том числе появляется возможность в решении задачи безопасности, долговечности и надежности эксплуатации реакторного отделения АЭС при повышенных температурах в реакторном отделении.
Известна несъемная опалубочная система для крупноблочного строительства сооружений по патенту Российской Федерации №2720548, кл. Е04В 2/86, 2020 г., которая содержит опалубочные щиты, собранные из универсальных модульных элементов, с кессонообразователями и арматурные каркасы, размещенные в кессонообразователях, причем опалубочные щиты выполнены в виде крупных опалубочных панелей, габариты которых выполнены соразмерно ширине и/или высоте пролета применительно к возведению стены, ширине и/или длине пролета применительно к возведению перекрытия и покрытия, причем крупные опалубочные панели ля возведения стены, перекрытия и покрытия скреплены тяжами и/или кондукторами и выполнены в виде монтажных модулей, при этом каждый универсальный модульный элемент выполнен из оцинкованной или нержавеющей стали из листовой заготовки способом холодной штамповки или проката с сечением в виде незамкнутой трапеции, причем в поперечном сечении универсальный модульный элемент выполнен в виде незамкнутой трапеции с малым основанием-полкой и представляет собой кессонообразователь для размещения арматурного каркаса и заполнения бетоном, а нижнее большее основание трапеции профиля выполнено незамкнутым и состоит из отбортовок с определенной конструкцией, причем универсальные модульные элементы соединены между собой в монтажные модули.
Данное решение может быть использовано при возведении жилых, производственных и общественных зданий, а также специальных сооружений Росатома, министерства энергетики, министерства обороны и министерства чрезвычайных ситуаций и др., к которым предъявляются требования повышенной несущей способности конструкций, в том числе при возведении монолитных конструкций здания: фундаментов, ростверков, кессонов, стен, колонн, перекрытий и покрытий, воспринимающих повышенные нагрузки от внешних воздействий: атака самолета, ракеты и снаряда, взрыв техногенного характера.
Выполнив некоторые доработки, возможно использование несъемной опалубки и в строительстве защитной оболочки реакторного отделения атомной электрической станции.
Известна атомная электрическая станция по патенту Российской Федерации №2720212, кл. G21D 1/00, 2020 г., принятая заявителем за прототип. Она содержит главный корпус с реакторным отделением, размещенные в нем реакторы в защитной металлической оболочке и технологический кран, машинное отделение с турбинами, помещение основного технологического, инженерно-технического и вспомогательного назначения, реакторное отделение атомной станции содержит защитную оболочку, выполненную в виде стен и перекрытия из монолитных сталежелезобетонных конструкций посредством несъемной стальной модульной опалубки с образованием больших и малых кессонов, модуль которой выполнен из листовой заготовки прокатным или штампованным с профилем в виде незамкнутой трапеции, содержащей замкнутое основание и незамкнутое основание, и покрытой герметичной стальной облицовкой, выполненной по внутренней поверхности защитной оболочки, преимущественно, из высокопрочных легированных нержавеющих сплавов.
Конструкция этой станции позволяет обеспечить существенно большую прочность и герметичность ограждающих конструкций возможного пространства распространения продуктов взрыва, обеспечивающую по всему объему локализацию радиоактивных выбросов в пределах ее объема и предотвращение их прорыва в атмосферу при аварии атомной станции.
Основной недостаток данной станции - это ограниченный срок службы при повышенных температурах в реакторном отделении.
Разработка и практическая реализация конкретных проектов зданий АЭС обеспечивает повышение эффективности энергоснабжения путем дальнейшего расширения области применения атомной энергетики.
Безопасность работы атомной электрической станции обеспечивается технологическими, а также конструктивно-компоновочными решениями.
Во всех без исключения решениях наиболее конструктивно сложным, материалоемким и трудоемким является реакторное отделение и особенно его зона локализации аварии - защитная оболочка и конструкции внутри нее, а также здания, специальные помещения спецводоочисток, переработки и хранения радиоактивных отходов, дезактивации и ремонта «грязного» оборудования.
Технической проблемой является повышение защищенности самой станции и окружающей среды от радиоактивных выбросов при непредвиденных техногенных взрывах ядерной энергоустановки, повышение безопасности работы при повышенных температурах ядерного реактора и/или локализация распространения продуктов взрыва в пределах внутренних объемов реакторного отделения и самого устройства в случае возникновения чрезвычайной ситуации или взрыва реактора.
Поставленная техническая проблема решается тем, что в предлагаемой атомной электрической станции, содержащей реакторное отделение с защитной оболочкой, выполненной в виде стен и перекрытия из монолитных сталежелезобетонных конструкций посредством несъемной стальной модульной опалубки с образованием больших и малых кессонов, модуль которой выполнен из листовой заготовки прокатным или штампованным с профилем в виде незамкнутой трапеции, содержащей замкнутое основание и незамкнутое основание, и покрытой герметичной стальной облицовкой, выполненной по внутренней поверхности защитной оболочки, преимущественно, из высокопрочных легированных нержавеющих сплавов, несъемная стальная модульная опалубка выполнена из высокопрочных легированных нержавеющих сплавов с возможностью установки или на незамкнутое основание, или на на замкнутое основание, а кессоны выполнены с возможностью заполнения или утеплителем, или бетоном, герметичная стальная облицовка по внутренней поверхности защитной оболочки выполнена в виде теплоизоляционной сэндвич-панели, причем наружная поверхность теплоизоляционной сэндвич-панели выполнена из высокопрочных легированных нержавеющих сплавов.
Кроме того, в каждой стене и в перекрытии реакторного отделения выполнены каналы, в которых размещены канаты, а в кессонах установлены трубопроводы системы охлаждения защитной оболочки и теплоизоляционной сэндвич панели.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в повышении эксплуатационной надежности, безопасности и срока службы конструкций защитной оболочки реакторного отделения АЭС при повышенных температурах и/или аварийных ситуациях, или взрыве, и расширении функциональных, технологических возможностей корпуса ядерного реактора, снижение материалоемкости, за счет применения несъемной стальной модульной опалубки, выполненной из листовой заготовки прокатным или штампованным профилем в виде незамкнутой трапеции из высокопрочных легированных нержавеющих сплавов, для возведения защитной оболочки реакторного отделения в виде стен и перекрытия, а также за счет использования герметичной стальной облицовки внутренней поверхности защитной оболочки в виде теплоизоляционной сэндвич-панели.
На фиг. 1 изображено реакторное отделение атомной электрической станции, вертикальный разрез;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, горизонтальный разрез реакторного отделения;
на фиг. 3 - узел I на фиг. 1, защитная оболочка перекрытия реакторного отделения, где несъемная стальная модульная опалубка установлена на незамкнутом основании;
на фиг. 4 - узел I на фиг. 1, защитная оболочка перекрытия реакторного отделения, где несъемная стальная модульная опалубка установлена на замкнутом основании;
на фиг. 5 - узел II на фиг. 3, крепежный элемент и крепление герметичной стальной облицовки с несъемной стальной модульной опалубкой;
на фиг. 6 - модуль несъемной стальной опалубки, выполненный с профилем в виде незамкнутой трапеции.
В соответствии с рекомендациями МАГАТЭ проектирование атомных электростанций и объектов с атомными энергетическими установками должно производиться не только на регулярно действующие статические и динамические нагрузки, но и на воздействие случайных факторов, обусловленных как природными явлениями (торнадо, землетрясение), так и чрезвычайными ситуациями, возникающими в результате деятельности человека (учет внешних событий, вызванных деятельностью человека, при проектировании атомных электростанций).
К числу чрезвычайных ситуаций, вызванных деятельностью человека, относятся, в числе прочих, падения летательных аппаратов, двигателей и других высокоскоростных тел.
Защитные конструкции АЭС от действия динамических нагрузок выполняются, как правило, либо в виде железобетонных, либо двойных (железобетон + сталь) защитных оболочек, которые рассчитаны на следующие внешние воздействия: падение самолета, взрывную волну, сейсмические нагрузки.
Предлагаемая атомная электрическая станция содержит реакторное отделение с защитной оболочкой, которая выполнена в виде стен и перекрытия из монолитных сталежелезобетонных конструкций посредством несъемной стальной модульной опалубки 1. В собранном виде модульная опалубка образует кессоны 2 - болыпие и 3 - малые, а модуль опалубки 1 выполнен из листовой заготовки прокатным или штампованным с профилем в виде незамкнутой трапеции, содержит замкнутое основание 4 и незамкнутое основание 5.
Защитная оболочка реакторного отделения покрыта герметичной стальной облицовкой, которая выполнена преимущественно из высокопрочных легированных нержавеющих сплавов по всей внутренней поверхности защитной оболочки.
Несъемная стальная модульная опалубка 1 выполнена из высокопрочных легированных нержавеющих сплавов с возможностью установки (базирования) или на незамкнутое основание 5, или на замкнутое основание 4. А кессоны 2 - большие и 3 - малые выполнены с возможностью заполнения или утеплителем 6, или бетоном 7. Поэтому в зависимости от размещения несъемной стальной модульной опалубки 1 при возведении стен или перекрытия защитной оболочки реакторного отделения большие кессоны 2 могут быть выполнены закрытыми и быть заполнены утеплителем 6, при этом малые кессоны 3 могут быть выполнены открытыми и быть заполнены бетоном 7. (Фиг. 3)
В другом варианте, при размещении несъемной стальной модульной опалубки 1 на замкнутом основании 4, большие кессоны 2 могут быть выполнены открытыми и быть заполнены бетоном 7, при этом малые кессоны 3 могут быть выполнены закрытыми и быть заполнены утеплителем 6.(Фиг. 4)
Применение одного и другого варианта обусловлено требованиями к несущим конструкциям реакторного отделения в зависимости от температурных режимов. Конструкция, изображенная на фиг. 3, предназначена для работы в наиболее повышенных температурах, а конструкция, изображенная на фиг.4, выдерживает наибольшие динамические нагрузки.
Герметичная стальная облицовка, нанесенная по всей внутренней поверхности защитной оболочки, выполнена в виде теплоизоляционной сэндвич-панели 8, причем наружная поверхность теплоизоляционной сэндвич-панели 8 выполнена из высокопрочных легированных нержавеющих сплавов.
Монолитные сталежелезобетонные конструкции, из которых выполнены стены и перекрытия защитной оболочки реакторного отделения, представляют собой монолитную железобетонную плиту 9, в которой выполнены каналы 10, в которых размещено дополнительное армирование в виде канатов 11 для обеспечения снижения расхода арматуры за счет более равномерного обжатия защитной оболочки и возможности регулирования напряженно-деформированного состояния несущих конструкций корпуса защитной оболочки в процессе эксплуатации реакторного отделения.
А в кессонах, в зависимости от размещения несъемной стальной модульной опалубки 1 на незамкнутом основании 5 или на замкнутом основании 4, 2-больших и 3-малых, когда они выполнены закрытыми, установлены технологические трубопроводы 12 системы охлаждения защитной оболочки и теплоизоляционной сэндвич-панели 8, которая, система охлаждения, предназначена для защиты от чрезмерного нагрева сэндвич-панели 8 монолитных сталежелезобетонных конструкций реакторного отделения при работе ядерного реактора 13.
Трубопроводы 12 системы охлаждения обеспечивают оптимальный температурный режим между сэндвич-панелью 8 и строительными конструкциями корпуса реакторного отделения и защиту строительной части здания АЭС от чрезмерного перегрева несущих и ограждающий конструкций при работе ядерного реактора, что расширяет функциональные возможности корпуса реакторного отделения и повышает эксплуатационную надежность здания АЭС.
Возводят защитную оболочку реакторного отделения атомной электрической станции следующим образом.
Расчетным путем определяют толщину стенки и перекрытия, максимально надежную и безопасную для работы ядерного реактора 13. Устанавливают на выбранную ширину несъемную стальную модульную опалубку 1 на незамкнутое основание 5 (фиг. ), закрепляют ее. В промежуток между установленными опалубками размещают арматурные каркасы (на чертежах не показаны), а также каналообразователи для выполнения каналов 10. А в больших закрытых кессонах 2 укладывают трубопроводы 12, предназначенные для вентиляционной системы и системы охлаждения защитной оболочки и теплоизоляционной сэндвич-панели 8, или технологические инженерные сети и т.д., а также укладывают в них утеплитель 6.
По другому варианту, (фиг. 4), несъемную стальную модульную опалубку 1 устанавливают на замкнутое основание 4. В промежуток между установленными опалубками также размещают арматурные каркасы и каналообразователи для выполнения каналов 10. А в образованных малых закрытых кессонах 3 укладывают трубопроводы 12 и утеплитель 6.
После укладки трубопроводов 12 и утеплителя 6 в закрытые кессоны, в открытые кессоны размещают крепежные элементы 14 для установки и крепления герметичной стальной облицовки, выполненной в виде теплоизоляционной сэндвич-панели 8.
После размещения канатов 11 в каналах 10 и закрепления крепежными элементами 14 теплоизоляционной сэндвич-панели 8 с несъемной стальной модульной опалубкой 1, заливают бетон 7 в собранное межопалубочное пространство и, после достижения прочности бетоном, получают сталежелезобетонную защитную оболочку. Для усиления безопасности работы ядерного реактора 13 и локализации последствий взрыва реактора 13, внутренняя поверхность защитной оболочки покрыта герметичной стальной облицовкой, выполненной в виде теплоизоляционной сэндвич-панели 8, наружная поверхность которой выполнена преимущественно из высокопрочных легированных нержавеющих сплавов.
Трубопроводы 12 системы охлаждения обеспечивают оптимальный температурный режим между сэндвич-панелью 8 и строительными конструкциями корпуса реакторного отделения и защиту строительной части здания АЭС от чрезмерного перегрева несущих и ограждающий конструкций при работе ядерного реактора, что расширяет функциональные возможности корпуса реакторного отделения и повышает надежность здания АЭС.
Таким образом получена монолитная стена и монолитное перекрытие реакторного отделения, а залитый бетоном крепежный элемент 14 надежно закрепляет теплоизоляционную сэндвич-панель 9 к несъемной стальной модульной опалубке 1.
Использование предлагаемого технического решения позволило создать атомную электрическую станцию с повышенной эксплуатационной надежностью, безопасностью и с высоким сроком службы, в том числе позволило создать долговечную и надежную конструкцию защитной оболочки реакторного отделения АЭС, за счет применения несъемной стальной модульной опалубки, выполненной из листовой заготовки прокатным или штампованным профилем в виде незамкнутой трапеции из высокопрочных легированных нержавеющих сплавов, для возведения защитной оболочки реакторного отделения в виде стен и перекрытия, а также за счет использования герметичной стальной облицовки внутренней поверхности защитной оболочки в виде теплоизоляционной сэндвич-панели.