Проект атомной электростанции

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Архитектурно-строительная часть:

1.1 Генеральный план

1.1.1 Общие положения

1.1.2 Решение генерального плана

1.2 Объемно-планировочное решение главного корпуса

1.2.1 Общие требования и принципы

1.2.2 Особенности компоновки ГК

1.2.3Объемно-планировочное решение реакторного отделения

1.2.4 Конструкции и материалы

2. Расчетно-конструктивная часть:

2.1 Введение

2.2 Сценарий аварийной ситуации

2.3 Расчетная модель аварии

2.4 Краткие сведения о программе SCAD 7.31

2.5 Краткое описание метода конечных элементов

2.6 Результаты расчета

2.7 Сравнение вариантов армирования плиты перекрытия обстройки

3. Организация, планирование, экономика и управление строительством

3.1 Введение

3.2 Выбор крана

3.3 Спецификация элементов

3.4 Ведомость объемов работ

3.5 Ведомость потребности в монтажных приспособлениях и грузозахватных устройствах

3.6 Ведомость потребности в машинах, механизмах и средствах механизации

3.7 Планирование строительства объекта

3.7.1 Карточка определитель сетевого графика

3.8 Технологическая схема

3.9 Стройгенплан строительства

3.10 Определение сметной стоимости строительного производства

3.11 Локальная смета на общестроительные работы

4. Охрана труда

4.1 Анализ условий строительства

4.2 Ограждение территории строительства

4.3 Определение устойчивости крана

4.4 Определение координат профиля равноустойчивого откоса

4.5 Молниезащита зданий

4.6 Электробезопасность

4.7 Пожарная безопасность

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Энергетика - отрасль промышленности, занимающаяся производством энергии на электростанциях и передачей ее потребителям, является также одной из базовых отраслей тяжёлой промышленности.

Энергетика является основой развития производственных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейся энергетики. Энергетическая промышленность является частью топливно-энергетической промышленности и неразрывно связана с другой составляющей этого гигантского хозяйственного комплекса - топливной промышленностью. реакторный аварийный строительство генеральный

В наше время, с каждым годом возрастают потребности человечества в энергии. На получение необходимого количества энергии затрачивается примерно 30% производственных усилий человека. Очевидно, что полный запас энергии в природе в соответствии с законом сохранения энергии не меняется. Поэтому процесс получения энергии представляет собой перевод энергии из связанной в свободную форму. Свободная энергия быстро рассеивается в пространстве, поэтому ее можно использовать.

Сегодня в мире на АЭС производится более 17% электроэнергии. Истощение природных запасов органического топлива, повышение стоимости на нефть заставляет страны Западной Европы пересматривать свое отношение к атомной энергетике.

По прежнему достаточно интенсивно сооружаются АЭС в Китае, Индии, Южной Корее и ряде других стран. Обнародована программа строительства АЭС в нашей стране, по которой в течение ближайших десятилетий должны ввести мощности на АЭС до 40 тыс. МВт.

Настороженность, связанная с радиационной и ядерной опасностью АЭС, сегодня нейтрализуется путем реализации новых технологических и строительных систем, обеспечивающих безопасность.

Это пассивные и активные системы безопасности для охлаждения активной зоны в аварийной ситуации (в том числе системы СПОТ, двойная защитная оболочка и др.). Внутренняя оболочка РО преднапряженная, толщиной 1200мм, рассчитывается на внутренне избыточное давление при МПА. Внешняя защитная оболочка рассчитывается на внешние воздействия, в том числе особые, т.к. РО относится к первой категории по ответственности за радиационную и ядерную безопасность, размещаемого в здании оборудования, в связи с тем, что внутри него технологические системы 1-ого класса безопасности и др.

Атомные электростанции, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций. При нормальных условиях функционирования их влияние на окружающую среду минимально, они не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, коэффициент использования установленной мощности на АЭС (60-70%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС. КИУМ показывает, сколько дней в году работает атомная станция (АЭС останавливают на проведение регламентных работ, замену топлива и т.д.).

КПД АЭС составляет около 35%, но топливные затраты на АЭС в десятки раз меньше, поэтому и себестоимость электроэнергии с АЭС достаточно низкая.

В соответствии с заданием настоящее дипломное проектирование посвящается разработке главного корпуса атомной электростанции нового поколения, конкретнее, внутренней оболочке. Рассматривается работа внутренней герметичной оболочки по восприятию избыточного давления при возникновении аварийной ситуации.

Проектируемая АЭС располагается в 10 км южнее г. Нововоронеж, в местности с относительно спокойным рельефом, свободной от застройки и зеленых насаждений. Климатические условия, характерные для средней полосы России, не имеют резких перепадов. Данному району присущи средние по России снеговые и ветровые нагрузки.

АЭС предназначена для обеспечения электроэнергией Воронежской и близлежащих областей, т.к. растущее потребление энергоресурсов не может быть удовлетворено существующими электростанциями. Энергетика является основой развития производственных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейся энергетики, поэтому так актуально строительство электростанций в связи с постоянно растущим спросом на энергоресурсы.

Разработанные проекты АЭС нового поколения решили следующие задачи, отвечающие современному уровню развития ядерной энергетики:

- достижение требуемых современными российскими нормами показателей безопасности АЭС;

- учет международной тенденции повышения безопасности для АЭС большой мощности;

- максимальное использование апробированных опытом эксплуатации технологий и оборудования;

- повышение экономических показателей блока, снижение капиталовложений в строительство.

1. АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Генеральный план

Данный дипломный проект разработан с учетом рекомендаций и нормативных документов СНиП II-89-80* «Генеральные планы промышленных предприятий», СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений», ПНАЭ Г-03-33-93 «Размещение атомных станций», СНиП II-10-75 «Благоустройство территории».

1.1.1 Общие положения

Под генеральным планом промышленного предприятия понимают взаиморасположение зданий и сооружений, пешеходных, автомобильных и железных дорог, инженерных сетей, элементов благоустройства и озеленения.

Решения генерального плана находятся в прямой зависимости от характера технологического процесса, санитарно-гигиенических, противопожарных и других требований, от условий осуществления строительства, ввода объектов в эксплуатацию и от топографических условий площадки.

Атомная электростанция относится к числу наиболее сложных и дорогостоящих промышленных предприятий. От решения генерального плана зависит не только стоимость АЭС и производимой электроэнергии, не только безопасность АЭС, но и своевременность завершения строительства с минимальными материальными и трудовыми затратами.

В комплекс объектов атомной электростанции входят:

-здания и сооружения основного производственного назначении:

главный корпус, где размещаются паропроизводящая и пароиспользующая установки, а также некоторые вспомогательные системы; объекты электрической части, технического водоснабжения, дизель-генераторная;

подсобно-производственные здания и сооружения: объединенный вспомогательный корпус (открытое баковое хозяйство, склад реагентов, помещение химводоочистки, чистые ремонтные мастерские, склады), административный, инженерный, санитарно-бытовой блоки; блоки спецводоочистки, хранилище твердых и жидких радиоактивных отходов с установкой для их переработки, хранилище отработанного и склад свежего топлива; маслохозяйство, азотнокислородная станция;

вспомогательные здания и сооружения: электролизная, ацетиленогенераторная, компрессорная, азотно-кислородная, очистные сооружения и шламоотвал, криогенная станция, ресиверы водорода и других газов, гаражи обычных и специальных машин, сооружения гражданской обороны и т.д.

Большинство перечисленных объектов компонуется внутри общей ограды на территории, именуемой обычно промплощадкой. В непосредственной близости от промплощадки за отдельной оградой размещается открытое электрическое распределительное устройство, куда из машинного отделения главного корпуса через повышающие трансформаторы подступает электроэнергия и далее распределяется по ЛЭП потребителям. Объекты технического водоснабжения (водохранилище-охладитель или градирни, открытые подводящие каналы, береговые блочные насосные станции и другие) также примыкают к промплощадке, а насосные циркуляционного водоснабжения и градирни обычно размещаются в ее ограде.

Выбор места сооружения АЭС в заданном районе осуществляется на основе всестороннего технико-экономического анализа, которому предшествуют метеорологические, топографические, гидрологические, геологические изыскания и исследования экономико-географического характера.

Важнейшими факторами при выборе участка для строительства являются:

1. Возможность организации системы технического водоснабжения - устройство наливного (по условиям безопасности и охраны окружающей среды) водохранилища-охладителя или строительство градирен воздушного типа. Следует иметь в виду, что схема с градирнями, как правило, значительно дороже, чем с водохранилищем.

2. Удаленность от центра нагрузок, условия связи с энергосистемой.

3. Благоприятные геологические условия, отсутствие карста, просадочных, вечномерзлых грунтов. Наличие достаточно плотного и прочного основания.

4. Сейсмичность не выше 8 баллов.

5. Минимальные затраты на отчуждение земель под строительство.

Использование наихудших в сельскохозяйственном отношении бросовых земель.

6. Возможность организации санитарно-защитной зоны вокруг АЭС, размеры которой устанавливается индивидуально в зависимости от типа и мощности реактора. Возможность выбора площадки с подветренной стороны по отношению к близлежащим и проектируем населенным пунктам.

7. Ограничения мощности по условиям теплового и радиационного загрязнения окружающей среды.

8. Наличие трудовых ресурсов, сложившихся строительно-монтажных организаций, которые можно использовать при сооружении АЭС.

9. Условие подвода автомобильного и железнодорожного транспорта: протяженность подъездных путей; наличие пересечений с водными артериями, существующими транспортными путями и коммуникациями; топография.

Условия расселения кадров строителей и службы эксплуатации.

Наличие в районе развитой базы стройиндустрии, карьеров песка, щебня.

Факторы 1,3,4,6,7,8 являются наиболее важными.

При разработке генерального плана необходимо удовлетворить следующим основным группам требований:

а) функционально-технологические: обеспечение процесса производства и выдачи тепловой и электрической энергии, включая вопросы транспорта и инженерных коммуникаций;

б) санитарно-гигиенические, радиационной безопасности;

в) противопожарные;

г) архитектурно-строительные, включая требования, связанные с реализацией проектных решений в условиях одновременной эксплуатации и строительства.

Разработке генплана предшествует или проходит одновременно процесс компоновки, блокировки основных и вспомогательных систем помещений и зданий. Блокировка помещений и зданий осуществляется по принципу функционально-технологической принадлежности в соответствии с гигиеническим принципом, степенью радиационной опасности или по архитектурно-конструктивному признаку. Блокировка в общем случае позволяет сократить протяженность внешних и внутренних коммуникаций, расход строительных материалов и конструкций, площадь застройки. Однако чрезмерная блокировка может привести к существенному усложнению производства строительно-монтажных работ и организации стройплощадки.

Заметное влияние на решение генплана планируемой АЭС оказывает предыстория площадки; наличие эксплуатируемых, ранее построенных блоков, расположение водохранилища, строительно-монтажной базы, сложившаяся транспортная схема. Кроме того, на этапе проектирования первой очереди должны приниматься во внимание вопросы расширения и сооружения последующих очередей.

Основными, исходными данными для разработки генерального плана

АЭС являются:

тип реактора (под давлением, кипящий, канальный, на быстрых нейтронах и др.), технологическая схема АЭС (одно-, двух- или трехконтурная);

тип атомной станции: АЭС, АТЭЦ или АСТ;

число очередей строительства, мощность блока и каждой очереди АЭС;

- перечень основных зданий и сооружений на промплощадке, их габариты, принципиальное архитектурно-конструктивное решение, степень огнестойкости, принадлежность к зоне строгого или свободного режима; требования к месту ввода автомобильных и железнодорожных путей;

перечень объектов пускового комплекса;

ситуационный план АЭС, возможные направления подъездных автомобильных и железнодорожных путей;

географический район строительства, роза ветров; топографические характеристики площадки.

1.1.2 Решение генерального плана

В проекте рассматривается строительство АЭС с реактором ВВЭР-1500 на свободной от застройки и инженерных коммуникаций территории в 10 километрах южнее г.Воронеж.

Строящаяся АЭС имеет двухконтурную технологическую схему. Электростанция состоит из двух энергоблоков 1000 и 1500 МВт.

На генеральном плане скомпонованы:

- главный корпус АЭС;

- открытые установки трансформаторов;

- помещения бака запаса технической воды;

- административно-бытовой корпус (АБК);

- общеблочная дизельная;

- насосные станции;

- градирни;

- объединенный вспомогательный корпус (ОВК);

- объединенный газовый корпус.

Главный корпус своим машинным отделением обращен к системе циркуляционного водоснабжения (насосной, подводящим каналам и градирням).

Рядом с машинным отделением располагаются основные повышающие трансформаторы, а также основные и резервные трансформаторы собственных нужд и пути их перекатки, что обеспечивает кратчайшую трассировку экранированных токопроводов большого сечения от синхротронных генераторов. Административный корпус располагается рядом с главным входом - въездом на территорию промплощадки.

Инженерные сети объединены в единые магистральные потоки (для сокращения площади застройки), прокладываемые по надземным эстакадам (кроме канализации и противопожарного водопровода).

Абсолютные отметки поверхности земли изменяются в пределах 135,00 ч 155,00 метров. Преобладающее направление ветра - северное.

Территория электростанции ограждается, имеется главный и запасной въезд/выезд для транспортных средств. Около ворот расположен контрольно-пропускной пункт (КПП) и пункт мойки колес (ПМК). Предусмотрены тротуары для перемещения обслуживающего персонала на небольшие расстояния и перехода из АБК в главный корпус АЭС для осуществления рабочего процесса. Также имеется сквозная железная дорога с ответвлениями, примыкающими к главному корпусу.

Компоновка главного корпуса сомкнутая. Все помещения представляют собой единое целое.

Вертикальная планировка решена с учетом рельефа, технологических и строительных требований, отметок существующих проездов, условий организации стока дождевых вод.

Конструкция проездов выполняется из двухслойного асфальтобетона толщиной 0,1 м, на щебеночном основании толщиной 0,18м и песчаном выравнивающем слое толщиной 0,20м, а тротуаров - из однослойного асфальтобетона толщиной 0,05м, на щебеночном основании толщиной 0,15м., и песчаном выравнивающем слое толщиной 0,15м.

Вся прилегающая к комплексу территория благоустраивается. Озеленение запроектировано вокруг всего комплекса с посадкой деревьев и кустарников, устройством газонов.

Графическое решение представлено на листе 1.

Технико-экономические показатели.

Общая площадь территории S_об =211300м²;

Площадь застройки S_з =55230м²;

Площадь дорог и площадок S_дор =30670м²;

Площадь озеленения S_оз =45530м²;

Коэффициент застройки k_з =0,26;

Коэффициент использования территории k_исп =0,62.

1.2 Объемно-планировочное решение главного корпуса

1.2.1 Общие требования и принципы

Главным корпусом атомной электростанций принято называть здание, в котором установлено основное и частично вспомогательное оборудование и осуществляется процесс получений тепловой и электрической энергии. Главный корпус, как правило, представляет собой единое здание, которое компонуется из отдельных частей, объемов: реакторного отделения, машинного отделения, этажерки, спецблока (спецкорпуса) и других. В некоторых случаях эти части решаются в виде самостоятельных зданий, соединенных между собой коммуникационно-транспортными галереям, эстакадами. Тогда под главным корпусом обычно понимают здание, где размещаются реактор, вспомогательное реакторное оборудование и здание машинного отделения, в котором находится турбогенератор и вспомогательное оборудование.

Компоновка главного корпуса атомной электростанции осуществляется в соответствии с функционально-технологической связью оборудования и помещений, с учетом гигиенических требований, требований безопасности в рабочем режиме и в случае максимальной проектной аварии. Креме того, должны быть учтены архитектурно-строительные требования, важнейшими из которых являются соблюдение модульной системы, возможность широкой унификации и типизации деталей и конструкций, а также требования, связанные с организацией и производством работ.

Оптимизация компоновочного решения, учитывая многообразие и противоречивость требований,- задача крайне сложная и до конца не решенная. Главным критерием является экономичность при обеспечении требуемой надежности и безопасности. Рассмотрим более подробно требования, положенные в основу компоновки главного корпуса.

По функционально-технологическому принципу можно выделить следующие группы помещений:

I. Помещения, где осуществляются основные процессы получения тепла и электроэнергии. В них размещается основное оборудование: реактор, парогенераторы или барабаны-сепараторы, главные циркуляционные насосы, турбогенераторы и вспомогательное теплотехническое оборудование. Связь перечисленного оборудования трубопроводами значительного диаметра при высоких параметрах рабочего тела делает желательным максимально компактное размещение соответствующих помещений. Однако различные габариты парогенерирующего и тепломеханического оборудования, условия эксплуатации, строительные требования предопределяли на обычных тепловых электростанциях размещение оборудования в самостоятельных объемах-цехах - машинном отделении, этажерке, котельном отделении. В еще большей степени такое разделение необходимо для атомной электростанции в связи с дополнительными требованиями безопасности, принципиально разным конструктивным решением объемов реакторного и машинного отделений, появлением новых гигиенических требований.

2. Помещения для размещения вспомогательного оборудования, систем, обеспечивающих нормальное функционирование основного оборудования и производственного процесса, прежде всего реакторных систем: компенсации температурных изменений, очистки теплоносителя, подпитки, заполнения и опорожнения контура, организованных и неорганизованных протечек, перегрузки топлива, выдержки отработанного топлива, контроля целостности корпуса реактора или технологических каналов, технологических сдувок, газового хозяйства, системы охлаждения, спецводоочистки, борного хозяйства и многие другие. Следует заметить, что некоторые системы весьма условно могут быть названы вспомогательными и в значительной мере относятся к основному оборудованию. При компоновке необходимо крайне тщательно оценить характер и степень этой связи (вид и количество коммуникаций), учесть гигиенические требования и вопросы безопасности.

3. Помещения для персонала и оборудования обслуживания основных и вспомогательных систем. Сюда в первую очередь относятся помещения щитов управления, контрольно-измерительных приборов и автоматики, службы дозиметрического контроля, мастерские, транспортные коридоры и шахты и ряд других. Компоновка этих помещений в объеме главного корпуса должна обеспечить удобство эксплуатации, монтажа, демонтажа и ремонта оборудования с соблюдением основных гигиенических требований.

4. Помещения для систем тепло-, энерго- и водоснабжения, обеспечивающих функционирование здания как инженерного сооружения. Особо следует выделить помещения многочисленных систем вентиляции (приточный вентцентр, вытяжной вентцентр, системы кондиционирования и другие). Ряд вентиляционных систем, таких, как вытяжной вентцентр, можно отнести к вспомогательному оборудованию или оборудованию обслуживания основных и вспомогательных систем. При компоновке помещений систем вентиляции возникают особые сложности ввиду их большого числа и целесообразности максимального приближения к помещениям основного и вспомогательного оборудования.

Требования безопасности в случае максимальной проектной аварии (разрыв трубопроводов первого контура или сборных коллекторов контура многократной принудительной циркуляции) обеспечиваются системами аварийного охлаждения активной зоны реактора. Назначение и особенности функционирования систем безопасности предопределяют их компоновку вблизи помещений основного оборудования - причины возможной аварии.

С каждым годом все большее значение приобретают требования к компоновке главного корпуса, связанные с реализацией проектного решения на строительной площадке.

Объемно-планировочное решение должно позволять возводить объект существующими машинами и механизмами в плановые сроки с минимальными трудозатратами. Разумеется, должны быть соблюдены требования безопасности, санитарно-гигиенические, противопожарные для уже эксплуатируемых блоков при продолжающемся строительстве последующих (на одной площадке обычно предусматривается до 4-6 блоков).

В наиболее полной мере указанным требованиям удовлетворяет многоблочная компоновка, при которой каждый блок, т.е. реактор, турбогенератор, другое оборудование, размещаются в отдельном здании. Целый ряд вспомогательных систем и помещений проектируется общими для ряда блоков и компонуется в отдельно стоящих зданиях, связанных с каждым из главных корпусов транспортно-коммуникационными галереями, эстакадами.

Такое решение позволяет уменьшить размеры главного корпуса, разместить монтажные краны вне периметра здания, организовать возведение главных корпусов, а значит и блоков АЭС долговременным потоком с широким использованием специализированных организаций.

При проектировании АЭС исходными данными для выбора варианта компоновки главного корпуса являются: заданная мощность, единичная мощность основных агрегатов, тип реактора, число контуров тепловой схемы и циркуляционных петель, система водоснабжения. В результате анализа как каждого в отдельности, так и в совокупности всех перечисленных факторов выбирается компоновочное решение.

Для атомных станций любого назначения применяются два вида компоновочных решений - сомкнутая или разомкнутая компоновка.

При сомкнутой компоновке оборудование главного корпуса размещают в одном здании или двух его частях, примыкающих друг к другу по всей высоте.

При разомкнутой компоновке реакторное отделение и машинный зал располагаются в отдельных зданиях, связанных между собой транспортными галереями.

С экономической точки зрения сомкнутая компоновка значительно выгоднее: уменьшаются кубатура здания, длина соединительных трубопроводов между парогенераторами и турбинами и др. Однако в этом случае затрудняется обеспечение радиационной безопасности.

Форма и размеры главного корпуса зависят от формы и объема оборудования, технологических требований, связанных с обслуживанием оборудования, возможности его ремонта, размера биологической защиты.

Разомкнутая компоновка главного корпуса позволяет полностью изолировать реакторную установку вместе с первым контуром, что повышает гарантию локализации последствий аварии. Вероятность тяжелой аварии ничтожна, но нельзя ее полностью исключать.

Наличие радиационного излучения от основного оборудования первого контура заставляет при проектировании реакторного отделения предусматривать специальные меры безопасности, реализуемые строительно-технологическими способами. С этой целью все технологическое оборудование первого контура располагается в герметичной защитной оболочке, являющейся частью реакторного отделения.

Учитывая требования радиационной безопасности, каждая единица технологического оборудования первого контура (реактор, парогенератор, ГЦН, трубопроводы) располагается в отдельном помещении, стены которого являются биологической защитой и выполняются из тяжелого бетона соответствующей толщины.

Компоновка главного корпуса сводится к выбору оптимального решения взаимного расположения здания реакторного отделения и машинного зала, а также деаэраторного отделения и распределительных устройств

В зависимости от общей мощности АЭС на одной площадке может располагаться несколько реакторная установок, компоновка главного корпуса в этом случае должна учитывать их взаимное расположение.

В зависимости от общей мощности АЭС компонуется несколькими (до шести) рядом расположенными моноблоками. Территориальное разделение блоков требует некоторых дополнительных затрат, однако позволяет увеличить надежность выработки электроэнергии, создает возможность для организации поточного строительства, независимого ведения работ на нескольких энергоблоках, позволяет четко выделить пусковой комплекс, что способствует сокращению сроков ввода мощностей.

Отдельно стоящие блоки связаны один с другим и со спецкорпусом технологическими коммуникациями и пешеходными переходами.

В свою очередь моноблок может иметь два вида компоновки, отличающиеся друг от друга расположением деаэраторной этажерки.

Так как размеры помещений определяются размерами располагаемого в них технологического оборудования, выполнено определение оптимальной величины укрупненного модуля. Была произведена систематизация габаритных размеров всего оборудования, размещаемого в боксовых помещениях реакторного отделения по унифицированному проекту. Величина оптимального значения модуля получилась равной 3,3 метра. Так как коридор является многофункциональным планировочным элементом, его ширина была выбран в качестве возможной основы для укрупненного планировочного модуля. Наиболее благоприятным оказался модуль 4 метра. Для наилучшего использования площади и объема здания предложено принять укрупненный модуль, равный половине «коридорного», т.е. 2 метра.

1.2.2 Особенности компоновки ГК

При проектировании была применена сомкнутая (интегральная) компоновка сооружений АЭС, что позволило максимально сократить технологические связи, объемы строительных работ и расход материала (примерно на 30% по сравнению со станцией-аналогом).

Здания, относящиеся к безопасности АЭС, располагаются вокруг здания реактора: паровая камера, здание безопасности и здание управления. Здание дизельной установки расположено таким образом, чтобы каналы безопасности располагались по прямой линии. Компоновка основных зданий АЭС выполнена так, чтобы зона, относящаяся к безопасности, была по возможности минимальной.

Вспомогательный корпус, хранилище свежего топлива и хранилище отходов, а также спецбытовой корпус располагаются в секторе, который граничит со зданием управления, зданием реактора и зданием безопасности. Здание реактора и здание турбины расположены по оси энергоблока, между ними расположена паровая камера. Здание мастерских-склада и административный корпус размещены в стороне от ядерного блока и блока турбины. Компоновка зданий подчинена функциональным задачам, которые выполняет размещенное в них оборудование, при этом технологические связи между зданиями выполняются минимальными.

Главный гигиенический принцип компоновки зданий АЭС, в том числе главного корпуса -- деление на зоны строгого и свободного режимов в зависимости от характера технологических процессов, участия в них обслуживающего персонала, размещаемого оборудования, характера и возможной степени загрязнения помещений радиоактивными веществами.

В зоне строгого режима возможно воздействие на персонал радиационных факторов, внешнего ионизирующего излучения, загрязнения воздушной среды радиоактивными газами и аэрозолями, загрязнения поверхности строительных конструкций и оборудования радиоактивными веществами.

Помещения зоны строгого режима подразделяются:

на необслуживаемые, где размещаются технологическое оборудование и коммуникации, являющиеся основными источниками излучения и радиоактивного загрязнения; пребывание персонала при работающем оборудовании здесь не допускается;

на периодически обслуживаемые, где проводится ремонт оборудования и другие работы, связанные с вскрытием технологического оборудования; участки загрузки и выгрузки радиоактивных материалов; помещения для временного хранения отходов;

- на помещения постоянного пребывания персонала в течение всей смены.

В зоне свободного режима исключается воздействие на персонал радиационных факторов.

Указанные помещения при компоновке здания должны быть взаимно изолированы биологической защитой, вентиляционными, санитарно-бытовыми устройствами, стационарными и временными саншлюзами. Вход в помещение зоны строгого режима должен осуществляться через санитарные пропускники с обязательным переодеванием персонала. Переход персонала в необслуживаемые помещения для ремонта, ревизии оборудования осуществляется через стационарные саншлюзы.

На двухконтурных АЭС машинное и частично реакторное отделение относятся к зоне свободного режима, большая часть реакторного отделения - к зоне строгого режима, сообщение с которой осуществляется через санпропускник, как правило, предусматриваемый в отдельно стоящем здании, связанном с реакторным отделением пешеходной галереей.

1.2.3 Объемно-планировочное решение реакторного отделения

Реакторное отделение АЭС с ВВЭР-1500 с точки зрения конструктивных решений является одним из наиболее сложных строительных объектов. Строительные конструкции в данном случае используются не только для восприятия силовых нагрузок, но и для защиты от радиоактивного излучения, создания герметичного объема. Эти требования накладывают определенные условия на выбор конструктивных решений и материала для строительных конструкций.

Оборудование, располагающееся в реакторном отделении, относится к 1 классу безопасности элементов. К нему относятся тепловыделяющие элементы ТВЭЛ и элементы АЭС, отказы которых являются исходным событием запроектированных аварий, приводящими при проектном функционировании систем безопасности к повреждению ТВЭЛ с превышением установленных для проектных аварий пределов.

Таким образом, реакторное отделение относится к I категории по ответственности за радиационную и ядерную безопасность и обеспечения функционирования размещаемого в здании оборудования. К I категории относятся здания, сооружения и конструкции, разрушение или повреждение которых может привести, путем силового воздействия на важные для безопасности системы нормальной эксплуатации, к выходу радиоактивных продуктов в больших количествах. Это может привести к дозовым нагрузкам для персонала и для населения сверх установленных значений при максимальной проектной аварии, или к отказу в работе систем безопасности, обеспечивающих поддержание активной зоны в подкритическом состоянии, аварийный отвод тепла от реактора, локализацию радиоактивных продуктов.

Исходя из вышеизложенного следует, что здание реакторного отделения рассчитывается, помимо главных, еще и на особые нагрузки.

Сочетания нагрузок, на которые рассчитывается реакторное отделение (оболочка):

Собственный вес

Преднапряжение

Давление воды в бассейне выдержки

Длительные нагрузки от оборудования

Температурные нагрузки

Кратковременные нагрузки от оборудования

Снеговые нагрузки

Ветровые нагрузки

Сейсмические нагрузки (без учета ветровых)

Нагрузки от внешних летящих тел (без учета 6,7,8,9)

Торнадо (без учета 6,7,8,9)

Взрыв (без учета 6,7,8,9)

Аварийное давление (при наличии 1-9).

Фундаментом реакторного отделения является плита из монолитного железобетона, армированного пространственными арматурными блоками. Эта плита опирается на щебеночную подготовку, толщина которой зависит от качества и вида грунтов. Низ фундаментной плиты находится на отметке -8,80,верх - на отметке -4,20 м. С отметки -4,20 м до 5,40 м железобетонные конструкции образуют пространственную жесткую массивную коробку, внутренние стены которой образуют помещения для размещения в них оборудования. Коробка имеет размер в плане 72,0x42,0 м. На верхнюю плиту коробки опираются защитная оболочка и обстройка.

Внутренняя защита из предварительно напряженного железобетона предназначается для поддержания давления и для обеспечения герметичности. Она представляет собой цилиндрическую часть около 45 метров в высоту, внутренний диаметр которой 40,8м возвышающаяся над полусферической крышкой с кольцеобразной консольной балкой, толщина 1,2 м для стен и 0,92 м для крышки. Внутренняя высота по оси 65,7 м, а общий внутренний объем составляет около 75 000м³, на отметке 43,2 м бетонный выступ поддерживает кран (М=150 т, грузоподъемностью G= 400т).

Внешняя защита из армированного бетона предназначается для защиты от внешних воздействий. Она представляет собой цилиндрическую стену около 47 метров высотой, с внутренним диаметром 25,1м, которая заканчивается полусферической крышкой, толщина стены 0,9 м, толщина крышки 0,4 м.

Пространство между этими защитами поддерживается в разреженном состоянии и все утечки, проходя через внутреннюю стену, собираются и контролируются перед сбросом обратно в контур. Максимальное процентное содержание внутренних протечек в аварийных условиях составляет 1,5% в день от общей массы газа внутри этой защиты.

Связь с внешней защитой обеспечивается с помощью следующих проникновений:

- шлюзовая камера для материалов;

- шлюзовая камера для обслуживающего персонала;

- шлюзовая камера для ремонтных работ.

Для обеспечения герметизации внутренняя поверхность стен защитной оболочки облицовывается металлической листовой углеродистой сталью толщиной 8 мм, защищенной от коррозии металлизированным слоем алюминия. К бетону облицовка крепится с помощью анкеров.

Цилиндрическая часть оболочки возводится из крупнопанельных армоблоков массой до 20 т полной заводской готовности с заранее установленными металлической облицовкой в закладными деталями.

Железобетон защитной оболочки предварительно напрягается арматурными пучками из 450 проволок диаметром 5 мм. Расчетное усилие натяжения каждого пучка 10 тыс.кН. Арматурные пучки в стенах оболочки располагаются в специальных каналах. В качестве каналообразователей используются гибкие металлические трубы диаметром 150 мм.

Шахта реактора и все помещения внутри защитной оболочки выполняются из монолитного железобетона. Толщина стен этих помещений, как правило, принята из расчета биологической защиты с учетом интенсивности излучения установленного оборудования.

Обстройка реакторного отделения выполняется из монолитного железобетона.

Для устройства перекрытия в качестве несущей опалубки применяются железобетонные панели, при монтаже эти панели опирают на конструкции стен ребрами вверх. Далее на них монтируются арматурные пространственные каркасы и укладывается монолитный бетон.

Строительные конструкции реакторного отделения рассчитываются с учетом таких воздействий, как ураган, смерч, волны цунами, повторяемостью, один раз в 10000 лет, максимальное расчетное землетрясение, максимальная проектная авария, падение самолета.

Объемно-планировочные решения защиты

Локальная защита. Каждый источник в здании или сооружении имеет замкнутую защиту, обеспечивающую ослабление излучений, испускаемых во внешнюю среду только одним данным источником. Расчет защиты производится применительно к видам энергии и интенсивности излучений только одного источника. Все строительные конструкции здания или сооружения (стены, перегородки, перекрытия и покрытия) выполняются в традиционных материалах и конструкциях, защитные требования к ним не предъявляются. Локальная защита обычно выполняет только главную функцию -- ослабление излучений и, как правило, является физической защитой.

Глобальная защита может быть прилегающей и совмещенной.

Прилегающая глобальная защита. Все имеющиеся в здании источники окружены общим замкнутым защитным экраном, располагаемым возможно ближе к источникам. Защита должна обеспечить ослабление радиации от всех источников. К экранам этого типа обычно дополнительных требований не предъявляют, они должны выполнять только одну функцию -- ослаблять потоки радиации до заданных значений. Такая защита также является физической.

Совмещенная глобальная защита. Все источники излучений окружены общим замкнутым защитным экраном, геометрически совмещенным со всеми или частью ограждающих конструкций здания. Поскольку в этом случае защитные экраны являются также и ограждающими конструкциями здания, они должны отвечать требованиям прочности, устойчивости, долговечности, теплонепроницаемости, эстетики, а также эксплуатационным качествам и т. д. Такая защита выполняет функции -- ослабление излучений (физическая защита) и восприятие силовых и несиловых воздействий.

Теневая защита решена не в виде замкнутой поверхности, в которой заключен один (локальная защита) или несколько (глобальная защита) источников, а в виде отдельных плоскостей или поверхностей, ослабляющих потоки излучений в заданных телесных углах, где необходимо присутствие персонала или населения. По существу это не защита источника, а защита заданного объема здания или территории.

Локальная теневая защита. Защитный экран предусматривается со стороны каждого отдельного источника. Экран защищает объемы и зоны, куда по производственным условиям необходим доступ эксплуатационного персонала.

Глобальная теневая защита. Защитный экран является общим для всех источников, находящихся в данном здании, и ослабляет мощность дозы излучения до заданного значения в определенных объемах здания или прилегающих к зданию территориях. Глобальная теневая защита может выполняться в двух вариантах: в виде прилегающей и в виде совмещенной.

Комбинированная защита. В реальных условиях практически невозможно реализовать вышеприведенные идеализированные схемы защит. Наряду с точечными источниками излучения широко применяются протяженные и объемные. Сложны и многообразны производственные и эксплуатационные требования по обеспечению радиационной безопасности. Все это является причиной необходимости применения нескольких типов объемно-планировочного решения защитных экранов в одном производстве, здании, сооружении.

Система, состоящая из нескольких типов объемно-планировочного решения защитных экранов, называется комбинированной защитой.

1.2.4 Конструкции и материалы

Требования к материалам защиты

1. Защита от -излучения. Про прочих равных условиях предпочтение отдается более плотным материалам.

2. Для защиты от нейтронов материал защиты должен содержать какое-то минимальное количество легких ядер для эффективного превращения нейтронов промежуточной энергии в тепловые. Тепловые нейтроны эффективно поглощаются всеми элементами, но в тех случаях, когда на выходе из защиты радиационный фон в значительной мере определяется тепловыми нейтронами, используют специальные элементы с высоким сечением поглощения тепловых нейтронов (соединения бора, карбид бора)

3. Доступность, технологичность, относительно невысокая стоимость, по возможности низкое сечение активации (в потоках нейтронов), т.е. слабая активность при поглощении нейтронов. В некоторых случаях - стойкость к воздействию повышенных температур, радиационная стойкость, т.е. способность сохранять в заданных пределах физико-химические характеристики в условиях длительного воздействия потоков нейтронов большой эффективности.

Основными защитными материалами на современных АЭС являются обычный тяжелый бетон , чаще всего с крупным заполнителем из гранита или известняка и мелким - из речного песка на портландцементе и шлакопортландцементе. Содержание химически связанной воды в таком бетоне 25% от массы цемента или 2-3% от массы бетона достаточно для эффективной защиты от нейтронов и -излучения.

Защитные бетоны

На атомных электростанциях, как и на других ядерных установках, в качестве материала для радиационной защиты применяется главным образом бетон, который является одновременно и несущей конструкцией. Бетон -- экономный и достаточно эффективный защитный материал, достоинством которого можно считать также возможность изменения его свойств, как технических, так и физических (в том числе защитных). В основном на АЭС используются бетоны класса В40-В45, для строительства фундаментной части здания допускается использовать бетоны класса В30.

Для радиационной защиты АЭС используются тяжелые и особо тяжелые бетоны, которые с целью отличия их по области применения от других типов бетонов называются «бетоны для радиационной защиты». По объемной массе бетоны делятся на тяжелые с объемной массой от 1,8 до 2,5 т/м³ и особо тяжелые с объемной массой более 2,5 т/м³ (3,2-3,3 т/м³).

Для разделения бетонов по виду использованных заполнителей и вяжущего в название бетона включается соответственно наименование заполнителей и вяжущего, например «бетон на магнетитовых заполнителях» или «магнетитовый бетон», «бетон на портландцементе» и т. д.

Тяжелые бетоны радиационной защиты, работающие при температурах до 50°С, называются «обычными тяжелыми бетонами» или «тяжелыми бетонами».

Бетоны, работающие при температурах от 51 до 350°С включительно, называются «бетонами для повышенных температур»; бетоны, предназначенные для работы при температуре выше 350° С, -- «жаростойкими бетонами».

Бетоны, содержащие повышенное количество химически связанной воды по сравнению с обычными тяжелыми бетонами, называются гидратными.

В название бетона включают все отличительные признаки, как, например, «особо тяжелый магнетитовый бетон на портландцементе».

В связи с тем, что для рассматриваемых энергий защитные характеристики бетона от гамма-излучения мало зависят от химического состава, особых требований к химическому составу бетонов для радиационной защиты технологических помещений АЭС не предъявляется. Однако химический состав бетона должен быть точно известен при проектировании защитных конструкций АЭС. Необходимо знать тип бетона и его объемную массу.

Для радиационной защиты АЭС нашли наибольшее применение два типа бетонов: обычный тяжелый с объемной массой 2,15-- 2,35 т/м³ (±3%) и особо тяжелый с объемной массой 3,2 т/м³ (+3%) и более.

При выборе типа бетона для радиационной защиты конкретной АЭС следует отдавать предпочтение бетону, для приготовления которого используются местные материалы: заполнитель, вяжущее, добавки и т. п.

Материалы для бетонов. Материалы, используемые для приготовления бетонов, должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к бетону как защитному и конструктивному материалу.

В качестве основного вяжущего для защитных бетонов рекомендуется применять портландцемент, марка которого выбирается из условия обеспечения заданной прочности бетона. Применение других типов вяжущих допускается при надлежащем технико-экономическом обосновании и обеспечении заданных качеств бетона.

Для приготовления защитных бетонов применяют различные типы крупного и мелкого заполнителя. Выбор заполнителя определяется требованиями, предъявляемыми к бетону местными условиями и технико-экономическими показателями.

Для обычного тяжелого бетона крупный заполнитель (5--40 мм) может быть получен из различных горных пород: эффузивных и интрузивных магматических, силикатных и карбонатных осадочных, а также метаморфических. Мелкий заполнитель (0,15--5,0 мм) можно получать дроблением горных пород или использовать естественные отложения речных или горных песков. Модуль крупности песка должен быть 2,0--3,3.

Для особо тяжелых бетонов используются рудные и металлические заполнители: магнетитовые, гематитовые, баритовые и другие руды, металлический скрап и прочие отходы металлов, а также чугунная и стальная дробь. Гранулометрический состав крупного и мелкого заполнителя должен отвечать требованиям, предъявляемым к заполнителям конструкционных бетонов. В случае необходимости в проекте могут оговариваться дополнительные требования.

Объемная масса бетонной смеси должна быть больше заданной объемной массы бетона на величину разности между массой воды затворения и массой воды, химически связанной в цементном камне.

Подвижность бетонной смеси определяется в зависимости от метода ее транспортировки и укладки, размеров и конфигурации конструкции, густоты армирования и т.п. Для изготовления защитных конструкций из особо тяжелых бетонов рекомендуется применять бетонные смеси с подвижностью, характеризуемой осадкой конуса от 0 до 3 см и показателем жесткости от 60 до 15 см, в том числе: для смеси на неметаллических заполнителях -- 2--3 см; для смеси с металлическим скрапом-- 0--1 см.

Приготовление бетонных смесей тяжелых и особо тяжелых бетонов, их перевозка, укладка, уход в период твердения, контроль качества и т. п. следует производить в соответствии с действующими нормативами.

Технологическое решение бассейна выдержки АЭС

Развитие атомной энергетики и выделение ее в крупную отрасль промышленности связано с созданием специальных материалов, обеспечивающих радиационную безопасность и надежность защиты окружающей среды от ионизирующих излучений.

При строительстве атомных электростанций предусматривается устройство специальных бассейнов, заполненных раствором борной кислоты, для выдержки и временного хранения кассет с отработанным топливом атомных реакторов.

Бассейны выполнялись из монолитного железобетона с облицовкой из нержавеющей стали для удержания воды охлаждения (раствора борной кислоты) и защиты бетона от прямого воздействия агрессивной среды.

В процессе эксплуатации АЭС возможно появление аварийных протечек через облицовку. Материалы, используемые для конструкций бассейна должны обладать радиационной стойкостью и стойкостью к раствору борной кислоты. Конструкция бассейна выдержки должна быть сейсмостойкой, позволять контролировать аварийные протечки и удерживать контролируемый уровень воды при протечках до выгрузки топлива.

В целях повышения надежности конструкций бассейна выдержки и контроля протечек были проведены исследования, результаты которых показали, что ни один из проверяемых бетонов не обладает достаточной (в течение 30-40 лет) долговечностью при работе в условиях эксплуатации бассейнов выдержки.

Бетоны на портландцементе в результате возникновения усадочных трещин, а также низкой стойкости к раствору борной кислоты не могут обеспечить высокой водонепроницаемости конструкций.

Была разработана конструкция бассейна выдержки с двойной облицовкой и с крупноразмерными картами облицовок стен вместе с закладными деталями, которые устанавливаются в армоблоки в цеховых условиях и поставляются на монтаж полной заводской готовности.

Один слой облицовки стен и пола, контактирующий с раствором борной кислоты, выполнен из аустенитовой стали толщиной 6-8мм, а второй слой из углеродистой стали толщиной 8мм и несет функции опалубки и металлической гидроизоляции.

Полы помещений АЭС

В настоящее время самым распространенным видом антикоррозийного покрытия полов являются монолитные покрытия на основе эпоксидных смол. В отличие от штучных изделий (пластиковых, металлических, кислотоупорной плитки), использование этого покрытия позволяет в несколько раз повысить производительность труда, увеличить долговечность покрытий и снизить стоимость работ.

Процесс их устройства включает в себя: подготовку основания (стяжки), приготовление эпоксидных составов, нанесение грунтовочного, выравнивающего и лицевого слоев. Однако, процесс приготовления эпоксидных композиций трудоемок, поскольку требует их разогрева, дозировки и смешивания в разогретом состоянии.

Отделка помещений АЭС

Тип спецпокрытия, отделка помещений зависит от особенностей технологического процесса: наличия активности, способа дезактивации и характеристик дезактивационных растворов (агрессия), температуры, механических воздействий, от температуры в помещении в аварийном режиме.

Полы, стены, потолок облицованы нержавеющей сталью:

- шахта реактора;

- бассейн выдержки;

- шахты ревизии, дезактивации оборудования.

2. Полы из нержавеющей стали с отбортовкой:

- баки грязного конденсата;

- помещения баков ЖРО.

3. Облицовка углеродистой сталью:

- все помещения 1-го контура, гермозона реакторного отделения.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОМЕЩЕНИЯ. Пример

1	Наименование	Помещение аварийного расхолаживания
2	Облицовка	Ячейка металлическая и потолок - облицовка углеродистой сталью: Пескоструйная очистка Обезжиривание Эмаль ЭП-574 - 3 слоя Эмаль ЭП-574 - 2 слоя
3	Отделка	Пол Зачистка стальными щетками Обезжиривание Грунтовка на основе смолы ЭД-20 - 1слой Эпоксидно-каучуковая мастика - 2 слоя Стены и потолок Зачистка стальными щетками Обезжиривание Грунтовка (эмаль ЭП-574 с микротальком - 30% массы) - 2 слоя Эмаль ЭП-574 - 4 слоя

2. РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ

В соответствии с заданием основное внимание в дипломном проекте было уделено вопросам, связанным с восприятием внутренней оболочкой избыточного давления, возникающего при разгерметизации первого контура. Данный вопрос особенно актуален в связи с анализом опасности возможных последствий аварийной ситуации.

2.1 Введение

Внутренняя защитная оболочка является частью системы герметичного ограждения реакторного отделения.

Данная оболочка выполнена из предварительно напряжённого железобетона со стальной герметизирующей оболочкой и способна воспринять напряжения возникающие от избыточного давления и температуры при разгерметизации первого контура.