научная статья по теме ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ СОСТОЯНИЯ ЗАЩИТНЫХ БАРЬЕРОВ ЗАТОНУВШЕЙ АТОМНОЙ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ “Б-159” Энергетика

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ СОСТОЯНИЯ ЗАЩИТНЫХ БАРЬЕРОВ ЗАТОНУВШЕЙ АТОМНОЙ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ “Б-159”»

№ 3

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА

2015

УДК 621.039.58

ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ СОСТОЯНИЯ ЗАЩИТНЫХ БАРЬЕРОВ ЗАТОНУВШЕЙ АТОМНОЙ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ "Б-159"

© 2015 г. А.А. САРКИСОВ, С.В. АНТИПОВ, В.П. БИЛАШЕНКО, В.Л. ВЫСОЦКИЙ,

В.Е. КАЛАНТАРОВ, М.Н. КОБРИНСКИЙ, В.А. СОТНИКОВ, П.А. ШВЕДОВ

Институт проблем безопасного развития атомной энергетики Российской академии наук, Москва

E-mail: bilvp@ibrae.ac.ru, mnk@ibrae.ac.ru

Развитая в предшествующей работе [1] методика оценки и прогноза состояния защитных барьеров затопленных радиационно опасных объектов применяется к затонувшей в Баренцевом море атомной подводной лодке (АПЛ) "Б-159". Процесс разрушения объекта описывается в форме ориентированного графа. Рассматриваются процессы коррозионной деградации элементов конструкции, приводящие к росту риска разгерметизации активных зон реакторов с выходом техногенных радионуклидов в морскую среду, а также к потере прочностных свойств корпуса корабля, что может осложнить выполнение операций по подъему и транспортировке АПЛ в случае принятия такого решения. Определены наиболее вероятные пути поступления морской воды в отсеки АПЛ и получены оценки времени деградации основных защитных барьеров.

Ключевые слова: защитные барьеры, радиационная безопасность, затопленные радиационно опасные объекты, коррозионное разрушение.

ASSESSMENT AND PROGNOSIS OF THE PROTECTIVE BARRIER STATE OF THE SUNK NUCLEAR SUBMARINE "B-159"

A.A. SARKISOV, S.V. ANTIPOV, V.P. BILASHENKO, V.L. VYSOTSKY, V.E. KALANTAROV, M.N. KOBRINSKY, V.A. SOTNIKOV, P.A. SHVEDOV

Nuclear Safety Institute of the Russian Academy of Sciences (IBRAE RAS), Moscow E-mail: bilvp@ibrae.ac.ru, mnk@ibrae.ac.ru

Methodology of assessment and prediction of protective barrier state of dumped radiation-hazardous object is developed in the preceding publication [1]. In this paper, the developed methodology is applied to the nuclear submarine (NS) "B-159" sunk in the Barents Sea. The object degradation process is described in the form of the directed graph. Corrosion degradation processes of the construction elements are considered. The processes increase the risk of depressurization of the reactor cores followed by the human-made radionuclide release into marine environment. In addition, the ship loses its strength properties thus hampering potential operations of lifting and transportation of the NS. The most probable paths of sea water penetration into the NS compartments are identified. The degradation periods of the main protective barriers are estimated.

Key words: protective barriers, radiation safety, dumped radiation-hazardous objects, corrosion destruction.

ВВЕДЕНИЕ

Нахождение на дне арктических морей большого количества затопленных ядерно и радиационно опасных объектов (ЯРОО) создает потенциальные угрозы ускоренному развитию Арктического региона России. Ликвидация этих угроз предусмотрена утвержденной президентом РФ "Стратегией развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года".

Среди таких объектов особое место занимает АПЛ "Б-159", затонувшая в Баренцевом море в 2003 г. на глубине свыше 200 м. Особенности этого объекта следующие:

— в отличие от других затопленных объектов, содержащих отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), АПЛ "Б-159" не была специально подготовлена к затоплению, в ней отсутствуют дополнительные защитные барьеры, препятствующие выходу активности в окружающую среду;

— место затопления находится в районе интенсивного судоходства и другой хозяйственной деятельности, что повышает тяжесть потенциальных угроз радиоактивного загрязнения акватории;

— техническое состояние конструкционных элементов АПЛ "Б-159" на момент затопления не соответствовало обычным условиям эксплуатации и дополнительно ухудшилось при ударе о грунт в момент аварии.

Концепция дальнейшего обращения с затонувшей АПЛ может отвечать одному из трех основных вариантов:

— подъем АПЛ, транспортировка ее к месту утилизации с выгрузкой ОЯТ и последующей разделкой;

— создание дополнительных защитных барьеров на месте нахождения АПЛ, обеспечивающих уровень ядерной и радиационной безопасности, соответствующий принятым нормативам;

— оставление АПЛ на месте нахождения под регулярным радиологическим наблюдением без проведения каких-либо технологических операций.

Любой из вариантов при его реализации связан с определенными рисками, и для обоснованного принятия решения о выборе концепции и стратегии ее реализации необходимо провести анализ этих рисков и разработать мероприятия по их предотвращению или снижению.

Один из рисков, присутствующий во всех вариантах обращения с АПЛ "Б-159", обусловлен коррозионной деградацией защитных барьеров и других элементов конструкции АПЛ. Это явление приведет к разгерметизации активных зон реакторов в случае длительного нахождения АПЛ на дне, а также к потере прочностных свойств элементов конструкции АПЛ, что повышает риск аварии с повреждением существующих барьеров в ходе технологических операций по подъему и транспортировке или по сооружению дополнительной защиты на дне моря.

В настоящей статье авторы применяют разработанную методику [1] оценки и прогноза состояния защитных барьеров затопленных ЯРОО для анализа и прогноза состояния защитных барьеров АПЛ "Б-159".

Общая информация об АПЛ "Б-159"

Атомная подводная лодка Б-159 проекта 627А построена в 1963 г., ее тактико-технические характеристики приведены в табл. 1.

Тактико-технические характеристики АПЛ "Б-159" [2]

Водоизмещение, т Длина, м Ширина, м Осадка, м (при нормальном водоизмещении)

надводное подводное в носу в корме на миделе

3065 4750 107,4 7,9 4,6 6,48 5,72 51

АПЛ оснащена главной энергетической установкой (ГЭУ) мощностью 2 • 17500 л/с в составе:

— производящая пар установка (ППУ) — два водо-водяных реактора мощностью 70 МВт каждый;

— паротурбинная установка (ПТУ) — две однокорпусные активно-реактивные турбины, ГТЗА-601.

АПЛ выведена из боевого состава Северного флота в 1989 г. 30 августа 2003 г. на рекомендованном маршруте перехода для передачи на утилизацию в районе о. Кильдин в Баренцевом море АПЛ "Б-159", не доходя 16 миль до б. Кут, попала в шторм. Для обеспечения надводной непотопляемости АПЛ на нее были заведены две пары судоподъемных понтонов ССП-200, которые во время шторма оборвались, что привело к затоплению АПЛ и гибели девяти из десяти сопровождающих человек. АПЛ затонула на глубине 246 м в 3,7 милях от о. Кильдин [3].

Обследование технического состояния затонувшей АПЛ в первые сутки после затопления было выполнено специалистами Северного флота с борта спасательного судна "Алтай" с использованием буксируемой аппаратуры и видеозаписи. По данным, полученным при обследовании, АПЛ затонула на границе склона на глубине 246—252 м и лежит на грунте без крена, но с дифферентом 2—3° на корму Визуально зафиксирован ряд повреждений: наблюдались разрыв (вырваны куски) легкого корпуса на правом и левом бортах в районах крепления понтонов, отрыв кормовой части легкого корпуса, начиная со 168 шпангоута и пр.

Российско-британские исследования состояния АПЛ "Б-159" в 2007 г. показали, что после её потопления обстановка практически не изменилась:

— явных коррозионных повреждений при нахождении в морской воде не наблюдается;

— обрастание корпуса и слой ила на его поверхности незначительные;

— крышки люков закрыты, видимых повреждений не имеют;

— кормовая оконечность оторвана, не наблюдается видеосъемкой и акустическим сигналом;

— штоковые устройства ШУ-200 находятся в нормальном состоянии.

Но сохранение АПЛ на дне ввиду коррозионной деградации элементов приведет к проникновению воды внутрь активных зон и выходу техногенных радионуклидов в морскую среду. Настоящая работа посвящена оценке времени разгерметизации первого контура ЯЭУ и полного разрушения АПЛ.

Определение наиболее вероятного пути разрушения объекта

Непосредственно перед расчетами времени коррозионного разрушения можно предположить несколько путей поступления морской воды внутрь объекта или внутрь реактора с учетом конструкционных особенностей энергетической установки. Определить какой из путей более вероятен — затруднительно, так как необходимо учесть материалы изготовления защитных барьеров, их последовательность, общую и язвенную (питтинговую) коррозию, которая, как правило, является причиной нарушения герметичности и выхода из строя оборудования при незначительной общей потере массы по поверхности. Ввиду того, что процесс питтинговой коррозии имеет стохастическую природу и зависит от параметров конкретной экспериментальной системы (физико-химические свойства материала и электролита), поиск кротчайшего пути разрушения объекта приобретает вероятностную природу.

Рассмотрение каждого из вариантов разрушения сопряжено с некоторыми неточностями. Во-первых, недостатком является индивидуальное рассмотрение конструкционного элемента/защитного барьера, во-вторых, при расчете кратчайшего пути барьеры, нарушение герметичности которых не приводят к ухудшению состояния, остаются вне модели. Например, толщина крышки реактора ВМ-А первого поколения АПЛ составляет ~40 см, толщина корпуса ~10 см, и можно сказать, что вода скорее попадет внутрь реактора через тонкостенные патрубки органов управления, гильзы штока компенсирующей решетки (КР) или трубопровод системы подпитки первого контура. Но это не означает, что рассматривать коррозионное разрушение корпуса и крышки реактора не следует. Они представляют собой объем активированного метал-

ла, с поверхности которого вместе с продуктами коррозии будут попадать радионуклиды в морскую среду. Следовательно, необходимо создать математическую модель разрушения, учитывающую момент начала контакта морской воды с поверхностью каждого элемента, который зависит от степени разрушения предыдущих защитных барьеров [1], препятствующих полноценному массообмену и поступлению растворенного кислорода к поверхности металла.

В настоящей работе процесс разрушения объекта описывается в форме ориентированного графа, в узлах которого находятся собственно б

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком