Морские реакторы
Реакторы для надводного флота

Первый третьего поколения

Самый новый атомный ледокол «50 лет Победы», эксплуатируемый сейчас «Атомфлотом», на самом деле не так уж и нов. Корабль проекта 10521, являющийся на сегодняшний день крупнейшим в мире, вошел в строй действующих в 2007 году, но заложен он был на Балтийском заводе еще 4 октября 1989 года. Весь остальной атомный ледокольный флот России еще старше, а между тем стратегические планы в Арктике ширятся год от года, а значит, для их реализации нужен новый корабль. Им стал атомный ледокол проекта 22220 (тип ЛК-60Я).

Технический проект атомохода проекта 22220 разработан ЦКБ «Айсберг» в 2009 году. Корабль был задуман как универсальный с возможностью использования как на глубокой воде, так и в руслах рек, тем самым замещая собой сразу два ледокола классов «Арктика» и «Таймыр» соответственно. Двухосадочность судна достигается за счет балластных цистерн: для работы в качестве тяжёлого ледокола в цистерны набирают воду, и судно увеличивает свою осадку на два метра, а для работы в устье реки балластную воду сливают, судно подвсплывает и работает как мелкосидящий ледокол.

Техзадание на ледокол предусматривало, что корабль непрерывным ходом на полной мощности на глубокой воде должен преодолевать со скоростью 1,5-2 узла сплошной ровный припайный лед с предельной толщиной 2,8 м. Заявленные высокие потребительские качества универсального атомного ледокола (УАЛ) потребовали создания новой ядерной энергетической установки (ЯЭУ), которой стала установка РИТМ-200, разработанная ОКБМ Африкантов.

Реакторная установка (РУ) «РИТМ-200» мощностью 175 МВт – принципиально новый шаг в развитии ледокольного флота. РУ имеет уникальную энергоэффективную интегральную компоновку, которая обеспечивает размещение основного оборудования непосредственно внутри корпуса парогенерирующего блока. Это позволяет отнести реактор РИТМ-200 к 3-му поколению реакторных установок гражданского судового класса. В отличие от 2-го поколения реакторных установок (ОК-900 и КЛТ-40) в 3-м поколении осуществлен переход от блочной компоновки к интегральной.

Новые инженерные решения позволили реализовать заложенные в техзадании жесткие ограничения по массогабаритным характеристикам. Благодаря интегральной компоновке реактор РИТМ-200 получился в два раза легче, в полтора раза компактнее и на 25 МВт мощнее реакторных установок КЛТ-40. Вес реактора составляет 147,5 тонн, высота – 7,3 метра, диаметр – 3,3 м.

Парогенерирующий блок надёжно работает при воздействии бортовой качки корабля с амплитудой колебаний ±45º и килевой качки с амплитудой ±15º, а также при длительном крене до 30º.

Атомная энергетическая установка РИТМ-200 способна обеспечить более экономичную эксплуатацию нового атомного ледокола по сравнению с действующими при повышенной надежности и безопасности. Совершенствование РУ шло по следующим направлениям:

  • уменьшение состава оборудования и его массогабаритных характеристик;
  • повышение маневренности;
  • увеличение ресурса оборудования;
  • снижение собственного энергопотребления.
  • В РУ РИТМ-200 размещение основного циркуляционного тракта теплоносителя первого контура с активной зоной и парогенераторами в интегрированном корпусе привело к уменьшению количества корпусов оборудования, находящихся под давлением, а также исключило замыкающие сварные швы между ними, в результате чего повысились технологичность корпуса, сократились сроки и стоимость его изготовления. Пониженное гидравлическое сопротивление контура циркуляции привело к снижению максимальной мощности циркуляционного насоса первого контура (ЦНПК) и обеспечило высокий уровень естественной циркуляции. Кроме того, интегральное исполнение парогенераторного блока (ПГБ) позволило разместить в нем активную зону достаточно больших размеров, а снижение флюенса нейтронов за счет увеличения диаметра корпуса реактора дало прибавление ресурса работы реактора. Проектный срок эксплуатации РИТМ-200 составляет 40 лет

    В реакторе размещена активная зона кассетного типа, содержащая 199 тепловыделяющих сборок с металлокерамическим топливом из обогащённого до 20 % урана-235. В качестве материала оболочки тепловыделяющих элементов применен хромоникелевый сплав, обладающий более высокой коррозионной стойкостью и устойчивостью к нарушению водно-химического режима, чем традиционный циркониевый сплав. Срок эксплуатации активной зоны – 7 лет.

    В парогенераторном блоке принята коллекторная схема с принудительной циркуляцией теплоносителя при нормальной работе и естественной его циркуляцией при аварийном расхолаживании. Коллекторная схема позволяет повысить живучесть ПГБ при отказах парогенератора и ЦНПК, так как исключается недостаток петлевой схемы – необходимость отключения исправного оборудования, расположенного в одной петле с неисправным. В реакторной установке применен высокоэффективный прямотрубный парогенератор, удельная паропроизводительность которого практически вдвое выше эксплуатирующихся змеевиковых.

    Расположение РУ предусмотрено в индивидуальных защитных оболочках из стали, воды и бетона, полностью разделенных физически и пространственно. Расчетная дозовая нагрузка на экипаж атомного ледокола при нормальной работе и проектных авариях не превышает 0,01 % природного фона. Доза облучения даже при запроектной аварии с тяжёлым повреждением активной зоны ниже значений, при которых требуется реализация защитных мероприятий.

    Безопасность РУ РИТМ-200 базируется на следующих принципах: высокая теплоаккумулирующая способность ПГБ интегрального типа, обеспечение уровня естественной циркуляции теплоносителя первого контура, достаточного для работы установки на мощности до 30 % номинальной и надежного расхолаживания реактора, минимальная протяженность трубопроводов первого контура, применение ограничителей истечения в малых патрубках. Для ограничения неблагоприятного влияния отказов внешних систем и источников энергии, а также ошибок персонала в проекте используются устройства и системы пассивного принципа действия, функционирующие на основе естественных процессов, не требующих энергии извне. Так, для обеспечения высокого уровня безопасности при множественных отказах в аппаратуре управления и бездействии персонала в проекте применены устройства, срабатывающие от непосредственного действия давления первого контура и осуществляющие сброс аварийной защиты, а также перевод реакторной установки в режим расхолаживания с помощью пассивных каналов.

    Головной ледокол проекта 22220, получивший название «Арктика», был заложен 5 ноября 2013 года на стапеле «А» Балтийского завода. Его длина составляет 173,3 метра, ширина 34 метра, осадка по конструктивной ватерлинии 10,5 метра, минимальная рабочая осадка 8,55 метра. Водоизмещение корабля – 33,54 тысяч тонн.

    Архитектурно-конструктивный тип ледокола: трехпалубный, с удлинённым баком, избыточным надводным бортом, многоярусной надстройкой и расположением отсеков энергетической установки по длине корпуса. В составе главной энергетической установки предусмотрены две реакторные установки, паротурбинная установка с двумя главными турбогенераторами, три гребных электродвигателя, работающих на гребные винты фиксированного шага.

    Атомоход проекта 22220 является самым большим и мощным в мире, а за счет увеличенной ширины (34 м вместо 30 м на атомоходах типа «Арктика») способен один проводить в Арктике танкеры водоизмещением до 100 тыс. тонн.

    Первый атомный ледокол нового поколения «Арктика» был спущен на воду 16 июня 2016 года. Этим же месяцем первая энергетическая установка с двумя реакторами для головного ледокола ЛК-60Я, изготовленными на заводе «ЗиО-Подольск», доставлена на строительную площадку ледокола.

    Помимо головного ледокола «Арктика» Балтийский завод строит еще два серийных ледокола проекта 22220 – «Сибирь» и «Урал». Спуск на воду атомохода «Сибирь» состоялся 22 сентября 2017 года.