Три жизни «Ленина»: история первого в мире атомного ледокола

Мы продолжаем рубрику, посвященную родословной отечественных реакторов. В 1957 году сошел на воду «Ленин» — первый в мире атомный ледокол. Он стал головным в особом классе отечественных судов, предназначенных для сложных трасс Северного морского пути. Конструкторы решили сразу две задачи: отработали применение ядерных реакторов на надводном флоте и ввели в строй корабль, потребность в котором для арктической навигации невозможно переоценить. Судно оказалось трижды первым: первым атомным ледоколом, первым, пережившим второе рождение, и первым атомоходом-музеем.

Нужен мощный

Постановление о строительстве атомного ледокола Совет Министров СССР принял 20 ноября 1953 года. Необходимость в таком судне была острой. Запаса топлива дизельным ледоколам хватало максимум на месяц хода, что недостаточно для северной навигации. Атомный же ледокол может работать на трассах по шесть — восемь месяцев без перерыва, а при наличии особых задач — и до 14 месяцев.

В 1954 году были расписаны сроки, этапы создания атомохода «Ленин» и основные исполнители работ. Проектирование атомного ледокола возложили на ленинградское ЦКБ-15 (сегодня ЦКБ «Айсберг»), главным конструктором был назначен Василий Неганов. Разработку проекта атомной паропроизводящей установки поручили ОКБ Горьковского артиллерийского завода № 92 (позднее ОКБМ). Главным конструктором АППУ был утвержден Игорь Африкантов. Научное руководство проектом ледокола принял Анатолий Александров, а ядерного реактора — Игорь Курчатов, который позднее передал полномочия Александрову.

Три реактора АППУ ОК-150, разработанные в ОКБ Горьковского артиллерийского завода № 92, мощностью по 90 МВт обеспечивали суммарное производство 360 т/ч пара температурой до 310 °C и давлением 28 атм. Каждый реактор имел две петли циркуляции с двумя парогенераторами, двумя циркуляционными и одним аварийным насосом. Использовалась паровая система компенсации давления в первом контуре. В активной зоне реакторов применили топливо на основе диоксида урана с 5 %-м обогащением по урану-235.

При разработке проекта АППУ впервые решался целый ряд сложных научно-технических задач. В их числе было существенное увеличение длительности кампании активной зоны и экономичное использование ядерного топлива. Научное руководство предложило ввести в активную зону выгорающие поглотители для компенсации избыточной реактивности, это дало возможность продлить кампанию активной зоны до 200 суток, а применение циркониевых сплавов в элементах конструкции зоны позволило в 1,5 раза уменьшить потребление урана по сравнению с активными зонами с нержавеющими сталями.

АППУ ОК-150 — это реакторная установка с петлевой компоновкой, основное оборудование контура располагается в отдельных корпусах, соединенных между собой трубопроводами. ОК-150 — водо-водяные реакторы корпусного типа, в которых вода под давлением используется в качестве теплоносителя, а также замедлителя нейтронов.

Материал корпуса реактора — углеродистая сталь. Диаметр цилиндрической части корпуса — 186 см, толщина стенки — 14 см. Активная зона, размещенная в центральной области корпуса, окружена несколькими цилиндрическими обечайками из нержавеющей стали, между которыми протекает охлаждающая их вода.

День рождения атомного ледокольного флота

Атомоход заложили на верфи Адмиралтейского завода в Ленинграде 27 июля 1956 года. В августе 1959-го состоялся физпуск реакторов, а уже 3 декабря ледокол был передан в опытную эксплуатацию Мурманскому морскому пароходству. С этой даты ведется отсчет не только биографии первого атомного ледокола, она отмечается как день рождения отечественного атомного ледокольного флота. «Ленин» стал первым в мире надводным судном с атомной энергетической установкой, по мощности он не имел равных среди ледоколов всего мира.

Атомоход продемонстрировал превосходную работоспособность, благодаря чему удалось существенно увеличить период навигации. Его первая арктическая навигация началась 19 августа 1960 года и длилась чуть больше трех месяцев. Он прошел более 10 тыс. миль, из них около 7 тыс. — в тяжелых ледовых условиях, провел через Карское море и море Лаптевых 92 судна.

В первые шесть лет эксплуатации ледокол преодолел свыше 82 тыс. морских миль и провел более 400 судов. За это время в процессе опытной эксплуатации ядерной энергетической установки выявились ее конструктивные недостатки, проблемы комплектации и компоновки оборудования. Кроме того, оборудование не раз выходило из строя.

Замена реактора через днище

В феврале 1965 года в ходе плановых работ по перегрузке топлива на реакторе № 2 с активной зоной, имеющей твэлы с оболочками из сплава циркония и ниобия, произошла авария с частичным разрушением технологических каналов и топливных сборок. Часть топливной зоны (94 ТВС) перегрузили на плавтехбазу «Лепсе», а оставшуюся часть (125 ТВС) — в специальный контейнер, который впоследствии затопили в Карском море.

В 1966 году при подготовке ледокола к очередной навигации в корпусе реактора № 1 обнаружили течь, устранить которую без замены реактора оказалось невозможно. Была нарушена герметизация первого контура. Демонтаж предстояло проводить в тяжелой радиационной обстановке.

В феврале 1967 года Совет Министров СССР принял решение о замене атомной установки ОК-150 на установку ОК-900, технический проект которой был разработан для ледоколов типа «Арктика».

В ОКБМ проработали компоновку установки ОК-900 в габаритах реакторного отсека ледокола «Ленин». Один из вариантов удачно вписался в отведенные для установки помещения. Главный конструктор АППУ Игорь Африкантов, оценив преимущества этой идеи, добился поддержки предложенного варианта ремонта ледокола в министерстве.

Оборудование невозможно было демонтировать привычным способом из-за тяжелой радиационной обстановки, поэтому был предложен способ агрегатного удаления всей атомной установки в сборе без нарушения ее герметизации.

Большой вес установки с биологической защитой не позволял переместить ее через палубу наверх, через борт на берег или плавсредство. Поэтому решили удалять АППУ через днище. Вместе с атомной паропроизводящей установкой нужно было выгрузить конструкции и оборудование, которые имели эксплуатационные радиоактивные загрязнения и не могли быть использованы в компоновочных решениях новой атомной установки.

Решено было сбросить старую установку в заливе Цивольки (Новая Земля). Ледокол был отбуксирован в район захоронения, была проведена подводная электрорезка днища верхних участков переборок, дистанционная газовая резка нижних участков переборок кумулятивными зарядами и выгрузка отсека с его одновременным захоронением в море.

Демонтажные работы продолжались с 8 по 19 сентября 1967 года. 26 сентября «Ленин» прибыл в Мурманск, 5 октября стал в док. Для восстановления днища ЦКБ «Айсберг» и Адмиралтейский завод применили оригинальную технологическую систему. Новую секцию, изготовленную по размерам выреза в днище, отбуксировали по воде от места ее сборки до плавучего дока и установили на килевую дорожку. Док притопили, а ледокол расположили в доке так, что вырез в днище оказался точно над секцией. При всплытии дока новая секция вошла в вырез днища ледокола, затем ее приварили к корпусу. Работы по восстановлению днища и монтажу забортной арматуры по новому проекту модернизации были закончены 20 ноября 1967 года. Проект агрегатной выгрузки блока атомной установки ОК-150 без нарушения герметизации отсека, при спусковом весе 3,7 тыс. т и в районе захоронения — уникальный по масштабам и инженерной смелости проект, выполненный впервые в практике мирового судостроения.

«Оживить» ледокол

Совет Министров СССР поставил задачу «оживить» ледокол к 22 апреля 1970 года — 100-летию со дня рождения Ленина. В связи с дефицитом времени ОКБМ выступило с предложением запустить в производство основное оборудование ППУ с длительным циклом изготовления (корпуса реакторов, компенсаторы объема и др.), не дожидаясь утверждения технического проекта ОК-900, разрабатываемого под научным руководством Института атомной энергии им. Курчатова.

Одним из важных нововведений стало изменение схемы циркуляции в контурах на обратную: теплоноситель первого контура стал подаваться в межтрубное пространство парогенератора, а по трубам была пущена вода второго контура. Такая схема, применявшаяся в дальнейшем на других флотских РУ, упрощала борьбу с протечками теплоносителя и позволяла снизить их вероятность за счет замены растягивающих напряжений в трубах парогенератора на сжимающие. В то же время она предъявляла дополнительные требования к корпусам парогенераторов, которые, впрочем, в условиях более интенсивных нагрузок на судовые РУ было технически легче удовлетворить, чем добиться надежности разветвленной трубной системы. Ряд материалов заменили на сплавы, более устойчивые к коррозии под напряжением.

Значительно возросла ремонтопригодность реакторной установки. Это обеспечивалось изменением компоновки некоторых узлов (повышением их доступности), применением съемных элементов биологической защиты и т. д.

В РУ ОК-900 применено дисперсионное топливо обогащением 35–40 %. Высота активной зоны была уменьшена до 100 см при увеличившемся до 117 см диаметре. Прекратились эксперименты с материалом оболочки твэлов —выбор был сделан в пользу стали.

Параллельно с изготовлением и монтажом установки ОК-900 шло изготовление и испытание опытных образцов оборудования и систем, которые являлись одновременно и головными образцами: реактора, парогенератора, циркуляционных насосов первого контура, приводов аварийной защиты и компенсирующих решеток, СУЗ и др. Испытания опытных образцов проводились, как правило, на стендах в ОКБМ и на заводах-изготовителях. Эти испытания в основном прошли успешно, подтвердив заложенные в проекте характеристики. Исключение составил парогенератор ПГ-18т, разработанный СКБК, испытания которого проводились на Адмиралтейском заводе летом 1968 года.

Первая неприятность случилась при выходе парогенератора на номинальную нагрузку: из-за паразитных перетечек теплоносителя первого контура помимо трубной системы выдаваемый паро-генератором перегретый пар не соответствовал спецификационной температуре (238 °C вместо 290 °C).

Второй недостаток конструкции ПГ-18т был выявлен при проведении аварийного расхолаживания: основной разъем корпуса с трубной системой раскрывался, выбрасывая часть теплоносителя первого контура в атмосферу. Приемная комиссия забраковала изделие. Ситуация осложнялась еще и тем, что заготовки корпусов парогенераторов уже в тот момент находились на станках «Ижорских заводов», а на предприятии «Звездочка» задерживалось изготовление и монтаж агрегата № 1, куда первоначально предполагалось включить и четыре парогенератора. Поэтому было принято решение агрегат № 1 грузить на заказ без парогенераторов, а монтировать парогенераторы и приваривать главные патрубки к реактору уже на ледоколе.

16 марта 1970 года начались заводские швартовные испытания атомной установки ледокола «Ленин». 20 апреля межведомственная комиссия приступила к работе. Она высоко оценила качество монтажа установки ОК-900, механизмов, агрегатов, систем комплексной автоматизации. К середине апреля 1970 года был практически закончен монтаж АППУ ОК-900 и ее систем.

И снова в плавание

22 апреля после подъема стержней компенсирующих групп реактор ОК-900 проявил первые признаки жизни, «задышал», и установка ОК-900 начала свой долгий и успешный путь. 23 апреля был произведен пуск реактора № 2 установки левого борта. Таким образом, задача ввести АППУ ОК-900 в действие ко дню рождения Ленина формально была выполнена.

1 мая состоялся физический пуск реактора № 1 установки правого борта, а 24 мая атомный ледокол «Ленин» вернулся с ходовых испытаний в Баренцевом море в порт приписки Мурманск.

20 июня межведомственная комиссия передала ледокол для эксплуатации Мурманскому морскому пароходству. Впервые в практике судостроения с момента начала проектирования АППУ до сдачи судна в эксплуатацию прошло всего шесть лет. 21 июня 1970 года ледокол «Ленин» вышел в арктическую навигацию.

Работа ледокола подтвердила высокую эффективность использования ядерной энергии на судах ледокольного флота. «Ленин» на пять лет превысил отпущенный ему проектом срок эксплуатации и отработал на ледовых трассах 30 лет. За это время он провел во льдах Арктики 3741 транспортное и ледокольное судно, прошел 654,4 тыс. морских миль. Благодаря вводу в строй атомного ледокола навигация в западном районе Арктики была продлена с трех до 11 месяцев.

Ледокол был выведен из состава «Атомфлота» в 1989 году. После продолжительных технических мероприятий и реставрации 3 декабря 2009 года на ледоколе «Ленин», стоящем у причала Морского вокзала Мурманска, был открыт музей.

В дальнейшем на атомоходы проекта 1052 «Арктика» устанавливались по два реактора ОК-900А, которые представляют собой усовершенствованный, несколько более мощный (171 МВт) вариант РУ ОК-900. Реакторами ОК-900А также был оснащен большой атомный разведывательный корабль ССВ-33 «Урал» — единственное судно проекта 1941 ВМФ СССР.

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 со‑ здании реакторов или обнаружили неточность в статье, напишите автору по адресу atom‑55@mail.ru.