Рассмотрены особенности компоновочно-конструктивных решений АЭС. Приведены данные о стоимости и продолжительности строительства. Основное внимание уделено практическим вопросам возведения защитных оболочек, стен и перекрытий, производству бетонных работ и работ по преднапряжению оболочек. Рассмотрены вопросы контроля качества. Проанализирована проблема выбора способа возведения специальных защитных конструкций. Изложены общий подход и методики определения трудозатрат при возведении оболочек, массивных стен и перекрытий защитных конструкций. Представлены практические примеры оценки трудозатрат и оптимизации монтажной блочности конструкций, а также данные по удельным показателям для основных конструктивных частей реакторного отделения АЭС. Для работников научно-исследовательских, проектных и строительных организаций, студентов, аспирантов, специализирующихся в данной области строительства.

Предисловие
Введение
Литература к введению

Глава 1. Особенности компоновочно-конструктивных решений АЭС
1.1. Основные технологические системы и объекты
1.2. Обеспечение радиационной и ядерной безопасности
1.3. Принципиальные компоновочные схемы
1.4. Защитные конструкции и объемы работ
Литература к гл. 1

Глава 2. Стоимость и продолжительность строительства АЭС
Литература к гл. 2

Глава 3. Возведение конструкций защитных оболочек
3.1. Двойные металло-железобетонные оболочки
3.2. Железобетонные оболочки с облицовкой
3.2.1. Общие сведения
3.2.2. Цилиндрическая часть оболочки
3.2.3. Купольная часть
3.3. Железобетонные оболочки без облицовки
Литература к гл. 3

Глава 4. Возведение защитных стен и перекрытий
4.1. Монолитные конструкции
4.2. Монолитные конструкции со стальной облицовкой
4.3. Сборно-монолитные конструкции
4.3.1. Общая характеристика
4.3.2. Конструкции с плоскими плитами несъемной опалубки
4.3.3. Конструкции с ребристыми плитами несъемной опалубки
4.3.4. Конструкции типа «фермопакет»
Литература к гл. 4

Глава 5. Бетонирование конструкций
Литература к гл. 5

Глава 6. Работы со специальными защитными бетонами
6.1. Особо тяжелые бетоны
6.2. Гидратные бетоны
Литература к гл. 6

Глава 7. Преднапряжение железобетонных оболочек
Литература к гл. 7

Глава 8. Контроль качества работ
8.1. Общие вопросы
8.2. Бетонные и железобетонные работы
8.3. Работы по герметизирующей облицовке
8.4. Работы по сухой защите
Литература к гл. 8

Глава 9. Проблема выбора технологии возведения специальных защитных конструкций
9.1. Технологии возведения защитных конструкций и роль оценки трудовых затрат
9.2. Анализ методов определения трудозатрат
Литература к гл. 9

Глава 10. Определение трудозатрат возведения защитных конструкций при блочном монтаже
10.1. Метод оценки и прогнозирования трудозатрат
10.1.1. Общие положения
10.1.2. Влияние степени укрупнения монтажных блоков
10.1.3. Влияние конфигурации монтажных блоков
10.1.4. Влияние количества типоразмеров монтажных блоков
10.1.5. Влияние условий производства работ
10.2. Закономерности изменения суммарных трудозатрат
10.3. Методы определения удельных трудозатрат
10.4. Оценка вероятностных характеристик удельных трудозатрат
10.5. Прогнозирование трудозатрат применительно к частным решениям стен и перекрытий реакторного отделения
10.5.1. Определение трудозатрат на монтаже плоскостных стеновых конструкций
10.5.2. Определение трудозатрат на монтаже перекрытий
10.5.3. Трудозатраты на монтаже цилиндрических защитных оболочек
10.5.4. Трудозатраты на монтаже сферических защитных оболочек
10.6. Определение трудозатрат с учетом вероятностного характера удельных показателей неопределенности информации о разрезке
Литература к гл. 10

Глава 11. Определение трудозатрат возведения конструкций при поэлементном монтаже
11.1. Организационно-технологические и экономические вопросы
11.2. Общие принципы оценки трудозатрат при поэлементном монтаже
11.3. Определение удельных показателей
Литература к гл. 11

Приложение

Предисловие

Альтернативы атомной энергетике в мире в ближайшие десятилетия нет. Синдром Чернобыля уходит в прошлое. Возобновился интерес к АЭС в европейских странах, в США, где по существу 30 лет назад был объявлен мораторий на сооружение атомных станций. Однако все это время не прекращалось строительство АЭС в Индии, Китае, Южной Корее, Японии и ряде других стран. Особое внимание в последние десятилетия уделяется вопросам безопасности. Большую роль в обеспечении безопасности АЭС отводится строительным конструкциям, среди которых обязательная двойная защитная оболочка, устройство для локализации расплава и ряд других. Именно строительные конструктивно-компоновочные решения обеспечивают защиту реакторной установки от внешних воздействий, в том числе экстремальных, а также защищают окружающую среду от возможных, хотя и маловероятных аварий на станции.

В настоящей работе обобщен опыт возведения защитных железобетонных конструкций в нашей стране и частично за рубежом. Основное внимание уделено наиболее ответственным конструктивным элементам. Отражены вопросы контроля качества, которые лежат в основе безопасности АЭС.

Книга состоит из трех достаточно однородных по содержанию разделов. В первом, состоящем из глав 1 и 2, приведены особенности конструктивно-компоновочных решений АЭС с наиболее распространенными и перспективными водо-водяными реакторами, а также данные по их стоимости и продолжительности строительства. Особый интерес этот раздел представляет для вновь вовлеченных инженерно-технических работников, занятых ранее в других сферах строительства.

Во втором разделе, который включает главы 3-7, излагаются особенности возведения специальных железобетонных защитных конструкций. Технология строительства многих из них весьма специфична. Отмечены преимущества и недостатки предмонтажного укрупнения, монтажа сверхкрупными блоками. Приведенные данные представляют особый интерес в связи с тем, что в настоящее время дискутируется вопрос о методах возведения отечественных станций нового поколения. В этом же разделе заметное внимание уделено работам со специальными защитными бетонами, особо тяжелыми и гидратными. Объем таких бетонов невелик, однако стоимость, трудоемкость и проблемы возведения соответствующих конструкций значительны. Большое место в работе уделено важнейшей составляющей части процесса возведения АЭС - контролю качества.

Третий раздел монографии посвящен методам расчета трудозатрат при выполнении армометаллических работ по спецжелезобетонным конструкциям. Именно трудозатраты на объекте определяют продолжительность строительства и, в значительной степени, выбор технологии производства работ. В числе прочего здесь обобщены и представлены собственные авторские разработки периода 1980-2000 г.

Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области строительства и безопасности АЭС, будет полезна аспирантам и студентам. Монография подготовлена коллективом преподавателей Московского государственного строительного университета в составе проф. к.т.н. Б.К. Пергаменщика, проф. д.т.н. В.И. Теличенко, доц., к.э.н. P.P. Темишева (под общей редакцией проф. д.т.н. В.И. Теличенко), которые длительное время занимаются рассматриваемой проблемой. В подготовке графического материала принимали участие студенты старших курсов факультета Теплоэнергетического строительства МГСУ.

Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам - советнику ООО «ИПЦ «ИнтерАква» доктору технических наук Ю.Г. Хаютину и начальнику отдела организации строительства ОАО «Атомэнергопроект» В.А. Аврукину за внимательное отношение к работе и ценные замечания, будут признательны заинтересованным специалистам за конструктивную критику.

Введение

В начале 2008 г. в мире на АЭС действовало 439 ядерных энергоблоков (ЭБ) суммарной электрической мощностью 371 тыс. МВт. В стадии строительства находилось 43 энергоблока и планировалось еще 84.

Сегодня более 16% всей вырабатываемой в мире электроэнергии приходится на АЭС. В 16 странах доля электроэнергии, произведенной на атомных станциях, превышает 25%. Среди них Франция – 78%, Бельгия – 57%, Украина и Швеция – по 46%, Швейцария и Республика Корея – почти по 40%, Япония – 34,5%, Германия – 30%, Испания – 26%. В США боле 20% электроэнергии получают на АЭС, в России – около 16%.

Мировое производство электроэнергии, производимой на АЭС за период с 2000 по 2005 г., увеличилось на 5,8%, в то время как на тепловых и гидростанциях соответственно на 2,7% и 2,1%. По мнению большинства аналитиков, в ближайшие десятилетия альтернативы ядерной энергетике нет. Относительная мощность АЭС в мире будет увеличиваться. По оценкам МАГАТЭ к 2020 г. предполагается строительство до 130 новых энергоблоков общей мощностью 430 ГВт.

Особенно впечатляет прогнозируемый рост мощности АЭС в странах Юго-Восточной Азии. В Китае сегодня 10 работающих энергоблоков, в стадии строительства и подготовки еще 22 ЭБ. Общая мощность АЭС к 2010 г. должна составить 20 тыс. МВт, а к середине XXI в. долю электроэнергии, производимой на АЭС, предполагается довести до 30%.

В Индии к 2010 г. будет работать 19 ЭБ общей мощностью более 14 000 МВт. До 2020 г. запланировано ввести еще столько же.

В Республике Корея сегодня функционирует 20 ЭБ и еще 6 находятся в стадии строительства. 39% электроэнергии вырабатывается АЭС. Предполагается, что к 2035 г. АЭС обеспечит 60% электроэнергии страны.

Серьезно рассматривают развитие атомной энергетики страны, не имеющие пока АЭС: Турция, Египет, Марокко, Нигерия, Чили, Бангладеш, Индонезия, Вьетнам, Таиланд, Австралия и др.

Ряд стран Западной Европы пересматривают свое негативное отношение к ядерной энергетике. Двадцатилетний период застоя в этой области, мораторий на строительство АЭС, вывод работающих станций из эксплуатации сменяется интересом к атомному направлению в развитии энергетики. Причин тому, помимо надежной и эффективной работы АЭС в мире, несколько. Среди них можно выделить экологическую и экономическую составляющие. Работа АЭС, в отличие от тепловой электростанции, почти не сопровождается выбросами парниковых газов. АЭС не нуждается в органическом топливе, стоимость которого растет, особенно нефти и газа. Кроме того, страны-экспортеры зависят от внешних поступлений, существует опасность прекращения поставок в случае каких-либо форс-мажорных обстоятельств.

Развитию атомной энергетики в Западной Европе, как и во всем мире, способствовал резкий скачок цен на нефть в 1973 г. Интенсивное строительство АЭС началось в США, Великобритании, Канаде, Германии, однако наиболее крупномасштабная программа строительства на Западе при участии государства была разработана и реализована только во Франции. Здесь последовательно совершенствовались и сооружались серии типовых АЭС с хорошо изученными реакторами PWR, сначала при мощности энергоблоков 900 МВт (эл), а затем 1300 МВт и 1500 МВт. Было построено 18 однотипных ЭБ по 900 МВт серии СР1, затем 10 ЭБ по 900 МВт серии СР2, далее 8 энергоблоков по 1300 МВТ серии Р4, затем 12 такой же мощности серии P¹4, а в конце 90-х г XX в. и начале XXI серия № 4 - энергоблоки мощностью 1500-1600 МВт. Если первоначально использовались технологии американской фирмы «Вестингауз», то в последние десятилетия АЭС сооружаются по собственным проектам.

Сегодня Франция – безусловный лидер в области атомного энергетического строительства. Синдром Чернобыля, охвативший страны Западной Европы после 1986 г., практически ее не коснулся. В период с 1987 по 1997 г. в стране введено в эксплуатацию 15 атомных энергоблоков. Благодаря атомной энергетике бедная энергетическими ресурсами страна обеспечила электроэнергией не только себя. Значительная часть электроэнергии экспортируется соседям.

Работы в этой области не прекращаются. В июне 2006 г. начаты подготовительные работы на площадке АЭС «Фламанвиль-3» мощностью 1600 МВт (в 1985 г. там введен в эксплуатацию первый, а в 1986 г. второй энергоблоки мощностью по 1330 МВт), и в конце 2007 г. в фундаментную плиту уложен первый куб бетона. Ввод в эксплуатацию этой самой современной АЭС намечен на начало 2012 г.

Головная АЭС с аналогичной реакторной установкой EPWR (European Pressurized-Water Reactor) мощностью 1630 МВт (крупнейшая в мире) сооружается в Финляндии – АЭС «Олкилуото-3». Тендер выиграл консорциум Framatome ANP – совместное предприятие французской компании Framatoma и германского концерна Simens AG.

Сегодня во Франции функционирует 59 энергоблоков АЭС общей мощностью 63 260 МВт, которые ежегодно вырабатывают 430 ТВт-ч электроэнергии.

В США – стране с наибольшей суммарной мощностью АЭС (107 энергоблоков мощностью более 100 тыс. МВт) последние 28 лет не был заказан ни один атомный энергоблок. Однако в последние годы работы в этой области активизировались. Президентом страны в 2007 г. заявлено, что массовое строительство АЭС в США возобновится в 2010 г. По базовому прогнозному сценарию мощность АЭС к 2030 г. достигнет 115 тыс. МВт. Фирма «Вестингауз» разработала проект унифицированного, повышенной безопасности энергоблока с новым реактором типа PWR-AP 1000 мощностью 1120 МВт со сроком службы 60 лет.

Все это время не прекращалась работа по совершенствованию реакторных систем, оборудования, организации и технологии строительства в Республике Корея, Японии. Впечатляют успехи корпорации «Тошиба», построившей только в Японии 22 ядерных энергоблока с кипящими реакторами BWR.

Первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт введена в эксплуатацию в 1954 г. в СССР в г. Обнинске. Массовое строительство атомных электростанций в стране было начато в 60-х гг. прошлого века. Сооружались энергоблоки, главным образом с реакторами ВВЭР-440, ВВЭР-1000, РБМК-1000. В 80-е гг. возведение АЭС было, по существу, поставлено на поток. Ежегодно в эксплуатацию вводилось 2-5 ЭБ суммарной мощностью до 5000 МВт.

В 1991 г. в СССР на 16 АЭС работало 49 ЭБ общей мощностью около 40 млн кВт. Практически все электростанции были построены в европейской части России и на Украине. С распадом СССР финансирование строительства АЭС почти не осуществлялось. Начатые объекты были законсервированы. В период до 2001 г. не был введен в эксплуатацию ни один атомный блок, а в последующие 5 лет только два с реакторами ВВЭР-1000, на Волгодонской (Ростовской) АЭС и на Калининской АЭС.

Сегодня атомная энергетика возрождается. Федеральной целевой программой «Развитие атомного энергопромышленного комплекса на 2007-2010 гг. и на перспективу до 2015 г.» (постановление Правительства РФ от 06.10.2006 г. № 605) предусматривается ускоренное строительство атомных электростанций, расширение применения атомной энергии в производстве электрической энергии.

Реализация программы позволит решить следующие задачи:

• стабильность производства электроэнергии;
• замещение углеводородов как ценного химического сырья и экспортного товара в топливном балансе страны;
• снижение техногенной нагрузки на окружающую среду, главным образом путем сокращения выбросов парниковых газов.

В соответствии с программой, наряду с продлением срока эксплуатации действующих энергоблоков, предусматривается достройка энергоблоков высокой степени готовности, а также строительство и ввод в эксплуатацию новых энергоблоков повышенной безопасности. Близки к завершению энергоблок № 2 на Волгодонской и № 4 на Калининской АЭС. Начинается сооружение новых типовых серийных блоков с реакторами ВВЭР мощностью до 1150 МВт на Нововоронежской АЭС-2, Ленинградской АЭС-2, Южно-Уральской АЭС и ряде др.

К окончанию срока реализации Программы на АЭС должны быть введены в эксплуатацию 10 новых энергоблоков общей мощностью 9800 МВт, а еще 10 блоков будут находиться в стадии строительства.

Прогнозируется и в дальнейшем значительный рост мощности АЭС. По оптимистическому сценарию к 2030 г. мощность АЭС составит более 25% мощности всех электростанций РФ. Предполагается построить примерно 26 новых энергоблоков АЭС.

Основное внимание в работе уделено наиболее распространенным в мире АЭС с водо-водяными реакторами под давлением (PWR, ВВЭР). Частично затрагиваются вопросы строительства АЭС с кипящими водо-водяными реакторами (BWR).