Неугодников А.П.

Атомные станции относятся к категории уникальных объектов. Это обусловлено тем, что любая аварийная ситуация на атомной станции приводит к колоссальному ущербу в народном хозяйстве, связанному, прежде всего, с экологическими катастрофами, негативно влияющими на здоровье людей современного и будущего поколений. В соответствии с этим, надежность сооружений комплекса атомной станции должна быть чрезвычайно высока. Это может быть достигнуто при соблюдении двух условий:- принятие решений по обеспечению надежности конструкции на стадии проектирования;- постоянный контроль надежности на стадиях строительства и эксплуатации.
При этом важно, чтобы контроль носил предупредительный характер. Это замечание носит принципиальный характер, поскольку контроль и прогноз состояния конструкции и воздействий на эти конструкции в непрерывном предупредительном режиме - единственный способ ликвидации вероятностно допустимых погрешностей в проекте или последствий влияния внешних обстоятельств, которые невозможно предусмотреть в силу разнообразия техногенных и природных факторов. На основе данных, полученных в результате текущих контрольных измерений, следует производить вероятностный анализ надежности конструкции и, в случае необходимости, принимать решение о проведении мероприятий, направленных на корректировку и восстановление параметров надежности.
Для атомных станций вероятностный анализ параметров контроля надежности важен именно в плане уникальности объекта, поскольку геометрические размеры конструкции и ее масса обуславливают распространение активной зоны деформаций на глубину до 150 метров под подошвой фундамента, что входит в зону влияния глобальных тектонических процессов в земной коре. Бурение с целью корректного отбора образцов на такие глубины затруднительно, а геофизические методы в таких условиях дают лишь качественную картину без должного количественного анализа.
Говоря о системе контроля надежности конструкции атомной станции, следует сконцентрировать внимание на следующих аспектах:- наличие инженерной системы, включающей в себя систему надежности связки "надземная часть конструкции - фундамент - основание";- наличие контролирующей аппаратуры, которая подвергается поверочному контролю или состоит из взаимно дублирующих независимых блоков, что достигается контролем одного параметра различными методами, предпочтительно, на базе разных физических принципов.- реакция на возможные внештатные ситуации, связанные со снижением надежности конструкции атомной станции, должна быть предусмотрена в проекте.
Предлагается комплексная система мониторинга, диагностики и восстановления для атомных станций. Данная система является многофункциональным инструментом обеспечения безопасности. Обладая широким спектром возможностей, система предназначена для пресечения чрезвычайных происшествий техногенного или природного характера в строительных конструкциях атомных станций на всех стадиях развития возможного аварийного события: начальные деструктивные изменения, появление недопустимых деформаций или перемещений, разрушение конструкции или отдельных ее элементов.
Представленная система включает в себя 2 комплекса датчиков (волоконно-оптические и пьезокерамические), электронный блок для обработки информации и производственную установку "Песконасос" для планомерного изменения "жесткости" грунтов основания под фундаментом атомной станции.[2]
Комплекс волоконно-оптических датчиков представляет собой оптический тестер, обеспечивающий недорогой способ контроля по принципу "норма-тревога", главным элементом которого является волоконно-оптический световод. Топология укладки световода позволяет охватить весь объем фундаментной плиты или другой анализируемой конструкции атомной станции. Фактически это распределенный датчик, который реагирует на внутренние механические напряжения и деформации или тепловые нагрузки в конструкции атомной станции, а также позволяет регистрировать акустическую эмиссию.
Комплекс волоконно-оптических датчиков состоит из трех основных частей:
1) Источник излучения
2) Волоконно-оптический световод
3) Измеритель оптической мощности
В режиме диагностики комплекс волоконно-оптических датчиков позволяет получить информацию о локализации и классификации аварийного события. Это достигается с помощью различных типов рефлектометров, позволяющих анализировать разновидности обратно рассеянного в световоде излучения. Место аварийного события определяется топологией закладки световода, а относительная величина деформаций, регистрируемая рефлектометрами, имеет порядок 10-5 .
Комплекс пьезокерамических датчиков представляет собой семейство "кустов" акустических излучателей и приёмников, помещаемых в железобетонную конструкцию при её заливке. Каждый элемент "куста" снабжен электропитанием через электропровод, выведенный во внешнюю зону к оператору. Акустический сигнал возбуждается в излучателе и распространяется во всей конструкции. Основой комплекса пьезокерамических датчиков являются пьезоэлектрические преобразователи, которые могут быть использованы как в качестве излучателей, так и в качестве приёмников ультразвука.Физическая схема действия комплекса пьезокерамических датчиков состоит в следующем. Зондирующее излучение от излучателя распространяется непосредственно в контролируемом элементе и позволяет получать информацию о распределении упругих характеристик бетона, ударной вязкости (для стали), внутренних напряжениях, гранулометрическом составе, наличии таких факторов, как:коррозия арматуры; глобальная деструкция; локальные полости; зарождение микротрещин; развитие магистральных трещин.Комплекс пьезокерамических датчиков позволяет определять и анализировать весь набор параметров, характеризующих распространение звуковой волны (измерение скорости распространения колебаний, частотное распределение коэффициента затухания, акустического импеданса точек контакта с бетоном), точно определять координаты и тип сложных повреждений [3].Наличие двух независимых комплексов датчиков повышает надежность работы системы и обеспечивает решение следующих важных задач:
1) взаимное дублирование контролирующих комплексов датчиков - на случай отказа одного из них и для максимальной достоверности и верификации полученных результатов;
2) расширение класса фиксируемых параметров в силу различных базовых физических принципов;
3) возможность монтировать любой комплекс отдельно как самостоятельную систему в ситуациях, ограниченных техническими или иными ресурсными требованиями;
В случае необходимости адресной корректировки свойств основания, предлагается разработанная в НИиППЛ "ПиК" технология "Песконасос". Суть технологии заключается в оригинальном устройстве, позволяющем впрессовывать песок в грунт основания под давлением до 2 МПа, в результате чего модуль деформации грунта основания увеличивается в несколько раз и тем самым восстанавливается несущая способность фундамента.
С использованием технологии "Песконасос" удается: - строго адресно увеличить значение модуля деформации в заданном объеме основания в 2?5 раз,- произвести повторное увеличение "жесткости", если в первом варианте усиления эффект оказался недостаточным или в случае, если во времени ухудшаются свойства грунтов основания (например, происходит дополнительное увлажнение грунтовой толщи, развиваются суффозионные процессы),- получить эффект упрочнения необратимого свойства, исключив негативное влияние релаксационных процессов.
Из обширного списка технических характеристик, свидетельствующих о перспективности применения волоконно-оптических датчиков как важного дополнения существующего парка измерительных приборов [1], следует особо выделить те свойства, которые являются принципиально важными именно для атомных станций, и которые могут обеспечить только волоконно-оптические измерители:Дистанционный режим контроля. Существующие традиционные электрические датчики, работа которых тоже может быть организована на большом удалении от объекта контроля, используют электрические кабели. При этом электрические кабели, в случае существенных электромагнитных полей, искажают измерения приборов вследствие помех, накапливающихся пропорционально длине кабеля. Волоконно-оптический световод при больших линейных размерах не реагирует на помехи от электромагнитного излучения. Инертность волоконно-оптических датчиков к воздействию радиации.Абсолютная искробезопасность волоконно-оптических датчиков в силу отсутствия электрических цепей и электрического питания в световоде или чувствительном элементе.Эти три свойства волоконно-оптических световодов, профильно-ориентированных на применение волоконно-оптических датчиков в атомных станциях, позволяют определить следующие технические направления возможного применения:
1. Возможность контроля параметров конструкции или рабочих узлов атомной станции в зонах повышенной радиации дистанционно - на безопасном удалении оператора;
2. Возможность контроля параметров конструкции или рабочих узлов атомной станции в зонах мощных электромагнитных полей;
3. Возможность разработки "гибридных" приборов, в которых источник сигнала, чувствительный элемент и блок обработки сигнала имеют электрические цепи, а соединяющий кабель представляет собой волоконно-оптический световод с возможностью преобразования электрического сигнала в световой и обратно;
4. Возможность применения волоконно-оптического световода в качестве кабеля и волоконно-оптических датчиков в любых потенциально опасных средах и помещениях с повышенной пожаро- и взрывоопасностью.
На данный момент в НИиППЛ "ПиК" МГСУ разработаны два вида волоконно-оптических датчиков, применение которых актуально в мониторинге атомных станций. Это волоконно-оптические датчики контроля железобетонных конструкций, о чем было сказано выше и многоканальный волоконно-оптический термометр. Характеристики волоконно-оптического термометра приведены ниже.
Помимо этого, при соответствующем ресурсном обеспечении возможна разработка следующих волоконно-оптических датчиков:датчиков молекул водорода, что актуально для безопасной эксплуатации атомных станций;датчиков молекул хлора, что актуально для контроля коррозионных процессов в арматуре.

НИиППЛ «ПиК» МГСУ
(095) 187-63-92, 970-06-40
8-916-682-00-67

вернуться к списку статей