О технических причинах Чернобыльской аварии. Лучшая статья из всех нами виденных.

Анатолий Вассерман, инженер-теплофизик, инженер-энергетик (в запасе) атомной подводной лодки

Выбег

В конце апреля 1986-го 4-ый реактор Чернобыльской атомной электрические станции планировалось остановить на ремонт. К этой остановке решили приурочить опыт по работе на выбеге.

Атомная электрическая станция по устройству мало отличается от прочих тепловых. Пар вращает обычную турбину, та — обычный электрогенератор. Только воду кипятят не газовым или угольным пламенем, а энергией, выделяющейся при делении ядер тяжёлых элементов.

Турбина и генератор весят многие десятки тонн и делают ежесекундно полсотни (на американском континенте — и все шестьдесят) оборотов. В их вращении накоплена немалая энергия. После отключения подачи пара эта энергия постепенно рассеивается в трении. А трение в турбогенераторном агрегате столь мало, что вращение по инерции — выбег — не останавливается долго. Но если без пара сохранять генератор включённым, энергия вращения будет по-прежнему переходить в электрическую. Так можно обойтись какое-то время без систем аварийного электропитания станционного оборудования. И время это несложно подсчитать: момент инерции и скорость вращения турбогенератора известны.

Куда сложнее подсчитать инерцию тепловую. Ведь в реакторе она не сводится к теплоёмкости конструкции. Даже после прекращения цепной реакции деления продолжаются разнообразные преобразования накопившихся в реакторе осколков деления. Преобразования эти самопроизвольны именно потому, что при них выделяется энергия. А поскольку количество и состав этих осколков существенно зависят от особенностей предыдущего поведения реактора, теоретические расчёты имеют заметную погрешность. Поэтому и время, в течение которого в реакторе будет выделяться достаточно пара для продолжения нормальной работы турбогенератора, известно не слишком точно.

В эксперименте планировалось определить, каково это время, сколько минут или хотя бы секунд в резерве у сотрудников станции. Хотя особого смысла в этом не было. Заранее ясно, что времени на спокойное выполнение всех положенных манипуляций персоналу хватило бы. Но очень уж хотелось знать, каков запас на возможное разгильдяйство.

Правда, разработчики реактора потакать разгильдяйству эксплуатационников не хотели — им и собственных проблем, как мы позже увидим, хватало. Программу эксперимента они согласовать отказались. Но нашёлся скромный НИИ, имеющий к реакторам весьма условное отношение, но имеющий право подписи подобных программ. С ним всё и согласовали.

Без страховки

Хотя разработчики не зря побаивались. Провести этот опыт не так уж просто. Поработать без аварийного электропитания практически невозможно: автоматика включает его при малейших намёках на любые проблемы — в том числе, естественно, и при снижении мощности реактора до установленного конструкторами предела.

Выход нашёлся простейший. Реактор всё равно останавливается, управлять им не понадобится — к чему тогда вся эта аварийщина! Можно спокойно её выключить и избавиться от помех эксперименту.

Отключать силовое оборудование сложно. Для простоты решили в момент начала остановки реактора заглушить всю аварийную автоматику.

Поспешай медленно

Именно в начале. Остановка теплоэнергетического оборудования — дело очень медленное. Быстрое охлаждение трудно сделать равномерным. А при неравномерном перераспределении температур тепловые деформации могут покорёжить даже самую массивную конструкцию. Поэтому, например, для временного снижения мощности судового турбоагрегата пар пускают по обходному трубопроводу, мимо турбины: это гораздо быстрее и безопаснее, чем отключать нагрев котла.

Кстати, запускают теплосиловые установки ещё медленнее, чем останавливают. А уж для медленного пуска ядерных реакторов есть ещё и особые причины, о которых стоит поговорить позже.

Итак, вечером, когда нагрузка на энергосистему снижается, 4-ый реактор начали останавливать. Опустили нейтронопоглощающие стержни чуть поглубже — и цепная реакция пошла на спад.

Обождали, пока уровень реакции стабилизируется, вновь приспустили стержни — реакция ещё ослабла… Таких ступенек до отключения нужно пройти многие десятки, чтобы реактор не покорёжило.

На выручку

Когда мощность реактора снизилась уже чуть ли не на треть, на Чернобыльскую А.Э.С поступила команда от диспетчера КиевЭнерго.

Остановка агрегатов в энергосистеме — дело по возможности плановое. К моменту отключения реактора на одной из тепловых станций КиевЭнерго должны были запустить после ремонта котёл с турбогенератором. Стартующий агрегат взял бы на себя потребление, уходящую с широких чернобыльских плеч.

Но ремонт, в отличие от изготовления — дело штучное. Предсказать его ход можно не всегда. Ремонтники на несколько часов задержались.

И диспетчер КиевЭнерго попросил вновь вывести реактор на штатную мощность, чтобы в эти несколько часов избежать провала, чреватого повышенным изъятием энергии из общесоюзной системы. А при неблагоприятном раскладе что-нибудь и отключить бы пришлось.

Энергетики дисциплинированы. Работая в единой системе, понимаешь: любая твоя ошибка ударит по многим тысячам коллег. Так что просьба диспетчера была принята к немедленному исполнению.

Поглощающие стержни поползли вверх. И так же плавно, как предшествующее торможение, начался разгон.

По тем же ступенькам, но кубарем

Через несколько часов тепловая станция заработала. Из КиевЭнерго сообщили, что реактор уже точно можно останавливать.

Но время, запланированное для эксперимента, ушло. А утром начинался ремонт. Станционное руководство решило ускорить охлаждение реактора до намеченного уровня. В конце концов, штатный темп установлен с изрядным запасом. За допустимую скорость охлаждения проскакивали уже не раз — и все прекрасно знали, сколь далеко можно пойти без ущерба для реактора. Мощность стали сбрасывать не в штатном режиме, а чуть быстрее — на той самой скорости, безопасность которой уже проверена.

Аварийную автоматику отключили сразу же. Вдруг охлаждение пойдёт ещё быстрее и подачу пара на турбину надо будет прекратить досрочно?

Так оно и вышло. Уровень мощности, на котором намечалось стабилизироваться, чтобы в реакторе установился единый режим, с разгону проскочили. А хотелось отработать по первоначальному плану. Иначе всё равно придётся пересчитывать результаты — опять с погрешностью.

Ну что же, можно опять разогреться. Управляющие стержни вновь пошли вверх. Но мощность реактора оставалась сниженной.

Станция была укомплектована опытными энергетиками. Но особенности поведения именно ядерных реакторов были многим из них, похоже, непривычны. Судя по тому, что нежелание реактора вновь запускаться многих из них изумило. Изумило настолько, что включить системы автоматического управления они попросту забыли.

А может быть, вполне сознательно не захотели. Автоматика не позволила бы заняться делом запретным — извлечением реактора из йодной ямы.

Теплотехнические процессы — кипение воды, вращение турбины, конденсация пара — не слишком просты, но изучались веками. Так что малейшие их подробности знакомы если не каждому прохожему, то уж во всяком случае любому инженеру на электрические станции. А вот цепочка событий, нагревающих ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы) в ядерном реакторе, куда менее привычна. Поэтому начну с азов — знающие процесс не хуже меня могут несколько следующих разделов (по крайней мере до раздела «Кто-то теряет») спокойно пропустить.

Продолжение этой статьи на EnergyFuture.ru тут

Еще записи на эту же тему:



Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.