Нелишняя буква «Э». 10 лет назад на ГХК остановили реактор АДЭ-2

10 лет назад, 15 апреля 2010 года, на Горно-химическом комбинате для вывода из эксплуатации был остановлен реактор АДЭ-2, работавший на единственной в мире подземной атомной станции. Причем станция снабжала производство и город не только электроэнергией, но и теплом и горячей водой — такую схему впервые реализовали именно в Красноярске-26 (сегодня Железногорск). В 1966 году тепло реактора АДЭ-2 пришло в каждый дом в городе.

Первый подземный реактор АД ввели в эксплуатацию на ГХК в 1958 году. Вскоре начался монтаж второго — АДЭ-1. Буква «Э» значила «энергетический», то есть реактор создавался как двухцелевой и предназначался для выработки и плутония (основной продукт), и электроэнергии. Однако судьба распорядилась иначе, и, в отличие от построенного следующим АДЭ-2, вклада в мирное производство он так и не внес.

Обойдемся без угля

За конструирование АДЭ-1 и АДЭ-2, как и за АД, отвечало ОКБМ. Проектная мощность новых реакторов составляла 1450 МВт. Их предлагалось расположить в скальном грунте на глубине около 200 м в поперечных выработках шириной 8–18 м, длиной 60–80 м и высотой 5–30 м. На случай войны предусматривалось автономное энергоснабжение от собственной электростанции мощностью 75 МВт, работающей на угле. Но еще у руководства отрасли и ГХК возникла идея разместить в горных выработках электростанции, работающей на сбросном тепле двух уран-графитовых реакторов.

Предварительные эксперименты и расчеты показали, что такая система более эффективна и способна обеспечить температуру теплоносителя 180–200 ^оС на выходе. Было решено после пуска в эксплуатацию АД строить двухцелевые реакторы, которые, нарабатывая плутоний, снабжали бы электроэнергией комбинат и город. Одновременно решалась другая важнейшая задача: замкнутый контур охлаждения реакторов повышал их экологическую и радиационную безопасность.

Проекты реакторных установок и электростанций для них разрабатывали параллельно. Проточная схема позволяла вводить реакторы в эксплуатацию, не дожидаясь окончания строительства энергетической части АЭС. Проектировщики учли отрицательный опыт реакторных установок СХК, где в целях экономии трубопроводы были сделаны не из нержавеющей, а из обычной стали, что резко снизило их долговечность.

На строительстве подземных реакторов работали около 27 тыс. заключенных, объем скальных горных выработок составлял несколько миллионов кубометров, было уложено более миллиона кубометров бетона, десятки тысяч тон металлоконструкций, трубопроводов, кабелей и проч. В подземных помещениях установили гигантские вентиляторы производительностью около 1 млн м3 воздуха в час.

Для водообеспечения реакторов были построены два независимых водозабора из Енисея, емкости запаса воды непосредственно перед реакторами, а также три независимых источника электроснабжения. При работе на номинальном уровне мощности три реактора ГХК потребляли несколько десятков тысяч кубометров воды в час.

АДЭ-1 остался без работы

В 1959–1960 годы в скалах выполнялись горные и строительные работы. Параллельно поставлялось оборудование для реактора и ТЭЦ.

Первоначально для работы в проточном режиме предусматривался свободный слив охлаждающей воды из коллекторов реактора. На заключительном этапе монтажа проточной системы группа рационализаторов предложила реконструировать систему трубопроводов с созданием на сливе гидропетли, что позволяло повысить давление воды на выходе из реактора, увеличивало ее запас до вскипания и повышало температуру. Реконструкция трубопроводов могла повлечь задержку пуска АДЭ-1, поэтому руководство комбината не сразу дало согласие на реализацию. Но перед пуском контур все-таки разрешили переделать.

В первом полугодии 1961 года начались монтажные и пусконаладочные работы. 10 июля персонал реакторного завода приступил к загрузке активной зоны АДЭ-1. В качестве основного топлива в АДЭ-1 и АДЭ-2 использовали природный уран. Кроме того, каждый реактор имел в активной зоне около 100 стержней из высокообогащенного урана. 27 июля 1961 года в 12:38 АДЭ-1 был выведен на мощность 300 мВт. В это же день он был принят в эксплуатацию.

Поскольку строительство АДЭ-1 значительно опережало строительство ТЭЦ, реактор пустили в проточном режиме со сбросом охлаждающей воды в Енисей. Предполагалось, что через год-два закончатся строительно-монтажные работы на ТЭЦ и реактор будет переведен на энергетический режим. Такая практика была принята тогда для всех двухцелевых реакторов.

Общий для обеих установок турбинный зал размещался в горной выработке, получившей название «объект 120/1». Но исследования, проведенные в Курчатовском институте и на комбинате, показали, что первоначально принятые в проекте мощности в результате модернизации могут быть увеличены и для работы турбин будет достаточно одного реактора. Вся энергетическая нагрузка легла на АДЭ-2, а буква «Э» в названии АДЭ-1 стала номинальной.

К монтажу оборудования реактора АДЭ-2 приступили в начале того же 1961 года. Работы велись круглосуточно, в смену трудились до 200 человек. 19 января 1963 года Министерство среднего машиностроения принимает новаторское решение — пускать реактор сразу в энергетическом режиме, минуя работу на проток.

В декабре 1963 года монтаж оборудования и всех систем был завершен, выполнена пусконаладка, оформлен акт готовности, назначены руководители и ответственные пуска. 25 декабря начался физпуск третьего реактора ГХК — АДЭ-2. В 00:15 в торжественной обстановке первый блок загрузил в технологический канал директор ГХК Степан Зайцев. В 20:15 минут была достигнута критическая масса и приборы зарегистрировали начало цепной реакции. К 20:42 было загружено 977 каналов и достигнут минимальный контролируемый уровень мощности, технологический процесс поставили на автоматическое регулирование. С этого момента началась трудовая биография подземного атомного энергетического реактора АДЭ-2.

Тепло в каждый дом

После регистрации основных физических параметров работы реактора продолжили загрузку топлива и завершили ее 26 декабря 1963 года. Общее время загрузки составило 46 часов 40 минут — в среднем по 350 каналов в смену.

Перевод водоснабжения АДЭ-2 в режим циркуляции с включением главных циркуляционных насосов и дача рабочего хода произошел 11 января 1964 года. После отладки системы расхода, проверок готовности всех систем к пуску начался вывод на мощность и подготовка комплекса к энергетическому пуску.

25 января 1964 года реактор вышел на первую ступень мощности. 31 января в 15:00 была включена первая турбина и нагружена до 2 МВт, а через полчаса — до 15 МВт. Впервые в мире промышленный атомный уран-графитовый реактор был пущен в энергетическом режиме, минуя стадию работы на проток. За это пяти сотрудникам комбината была присуждена Ленинская премия. А 20 апреля 1964 года началась уже первая выгрузка из АДЭ-2 топлива с плутонием.

Реактор АДЭ-2 в комплексе с подземной АТЭЦ стал третьей атомной электростанцией в СССР после Обнинской и Сибирской АЭС (СХК), но единственной в мире подземной. И на ней впервые в мире была внедрена схема для теплоснабжения и горячего водоснабжения комбината и города от второго контура. В 1966 году тепло атомного реактора АДЭ-2 пришло в дома жителей Красноярска-26.

Системы контроля

Вначале эксплуатации реактора и АТЭЦ возникало много проблем, которые требовали оперативного инженерного, а порой научно обоснованного проектного решения. Сравните: за первый год работы АДЭ-2 было 78 кратковременных остановов, а в последний период эксплуатации происходило в среднем шесть-семь кратковременных остановов в год.

Несмотря на то что при проектировании учитывался опыт эксплуатации промышленных уран-графитовых реакторов, на обоих АДЭ происходили и аварии типа «тепловой козел», хотя и гораздо реже, чем на первых ПУГР: до 1972 года на АДЭ-1 отмечено пять таких инцидентов, на АДЭ-2 — один.

За годы эксплуатации был разработан комплекс мероприятий по поддержанию работоспособного состояния графитовых кладок, в которых из-за радиационного и термического воздействия происходили разрушительные процессы. После серии модернизаций мощность каждого реактора выросла до 2000 МВт.

На всех аппаратах была проведена реконструкция систем управления и защиты, а также систем массового контроля. Распределение энерговыделения по высоте активной зоны контролировалось специальной многозонной системой датчиков, которые устанавливали в трубах СУЗ или трубах рабочих технологических каналов. Распределение энерговыделения по радиусу реактора оценивали по распределению температуры воды на выходе из каналов (в меньшей степени — по распределению температуры графита) и регулировали стержнями ручного регулирования.

Табло систем контроля и управления реактором со звуковой и световой сигнализацией находились перед пультом оператора. Например, контроль расхода воды в топливных каналах имел предупредительную и аварийную сигнализацию снижения и превышения. Контроль расхода по каналам в промышленных реакторах выполнял еще одну важную функцию — контроля герметичности оболочек твэлов. Дело в том, что при разгерметизации оболочки твэла начиналось окисление металлического урана с ростом объема окислов, распухание оболочки и перекрытие сечения кольцевого канала. Последнее приводило к снижению расхода воды, о чем предупреждала сигнализация.

Рекорд эксплуатации

В 1987 году в СССР начался вывод из эксплуатации промышленных уран-графитовых реакторов. АДЭ-1 проработал до 29 сентября 1992 года и был приведен в ядерно безопасное состояние — полное удаление делящихся материалов и охлаждение конструкции до температуры окружающей среды.

В 1995 году гособоронзаказ по наработке ядерных оружейных материалов с ГХК был снят, и основным назначением реактора АДЭ-2 стало производство тепла и электроэнергии. По ориентировочным оценкам, реакторы комбината произвели за время своей работы около 45,7 т плутония оружейного качества.

АДЭ-2 был остановлен для вывода из эксплуатации 15 апреля 2010 года. Столь поздняя дата останова объяснялась необходимостью строительства замещающих мощностей для снабжения города теплом и горячей водой.

Благодаря удачным конструкторским решениям и реализации специальных программ модернизации на АДЭ-2 был достигнут беспрецедентный срок эксплуатации — более 46 лет. Для реакторов подобного типа это мировой рекорд.

После остановки в центральном зале АДЭ-2 состоялось торжественное мероприятие с участием представителей Горно-химического комбината, «Росатома», местной и краевой администрации. Четверо сотрудников реакторного завода были награждены нагрудным знаком «Академик Курчатов» IV степени. Работники производства возложили цветы на остановленный реактор и открыли памятную доску.

При подготовке использованы материалы из архива газеты «Атомпресса», электронной библиотеки «История «Росатома» (elib.biblioatom.ru) и других открытых источников. Если вы были участником описываемых событий, знаете интересные факты о создании реакторов или обнаружили неточность в статье, напишите автору по адресу atom-55@mail.ru.