КЛТ-40

Один в трех лицах

В сере­дине 70-х годов Ленин­град­ское ЦКБ «Бал­т­суд­про­ект» полу­чило спец­за­да­ние от прави­тель­ства СССР — тре­бо­ва­лось раз­ра­бо­тать проект ледо­кольно-тран­с­порт­ного судна с атомной уста­нов­кой. Оно должно было пере­во­зить лихтеры (до 74 штук, каждая из которых весит по триста тонн) или кон­тейнеры стан­дарта ИСО (до 1328 штук по 20 футов каждый). При этом само­сто­я­тельно пре­о­до­ле­вать лед мет­ро­вой толщины и дви­гаться со ско­ро­стью не менее 20 узлов при десяти­мет­ро­вой осадке (проект 10081).

В 1988 году атомный лих­те­ро­воз-кон­тейне­ро­воз (АЛВ) «Сев­мор­путь» водо­из­ме­ще­нием 61 тыс. тонн — одно из круп­нейших когда-либо постро­ен­ных нево­ен­ных тор­го­вых судов с ядерной энер­гети­че­ской уста­нов­кой — вступил в строй. Судно было спо­собно идти по льдам тол­щи­ной до 1 м (мощ­ность его энер­го­у­ста­новки соста­в­ляла 40 тыс. л. с.), для чего на нем при­ме­нена особая форма носовых обводов, накло­нен­ные борта и ори­ги­наль­ные – лож­ко­об­разные — кор­мо­вые обводы, бла­го­даря которым лих­те­ро­воз не ломает лед, а бук­вально режет его.

Атомный лих­те­ро­воз-кон­тейне­ро­воз «Сев­мор­путь» пред­на­зна­чался для нео­гра­ни­чен­ного пла­ва­ния на всех широтах, включая тро­пи­че­ские, с заходом в ино­стран­ные порты. В связи с этим реак­тор­ная уста­новка для нового корабля про­ек­ти­ро­ва­лось с учетом тре­бо­ва­ний меж­ду­на­род­ного Кодекса безо­пас­но­сти ядерных тор­го­вых судов, раз­ра­бо­тан­ного Меж­ду­на­род­ной морской орга­ни­за­цией (IMO). Впо­след­ствии ино­стран­ные инспек­торы провели инспек­ци­он­ную про­верку на соот­вет­ствие реак­тора кодам IMO.

В ОКБМ для АЛВ был спро­ек­ти­ро­ван новый реактор — КЛТ-40, во многом пов­то­ряв­ший реак­тор­ную уста­новку ОК-900. Решение при­ме­нить одно­ре­ак­тор­ную уста­новку было обо­с­но­вано дли­тель­ной без­а­ва­рий­ной работой и высокой надеж­но­стью уста­новки ОК-900. Все основ­ное обо­ру­до­ва­ние реак­тора было уни­фи­ци­ро­вано с уста­нов­ками ОК-900 и ОК-900А, что облег­чало его изго­то­в­ле­ние, монтаж и экс­плу­а­та­цию на судах.

Основ­ной контур КЛТ-40 обра­зуют реактор, четыре паро­ге­не­ра­тора, четыре двух­ско­рост­ных цир­ку­ля­ци­он­ных насоса первого контура, объе­ди­нен­ных в паро­ге­не­ри­ру­ю­щий блок с помощью силовых патрубков. Паро­ге­не­ри­ру­ю­щий блок раз­ме­щен в кес­со­нах бака метал­ло­вод­ной защиты. Цир­ку­ля­ция теп­ло­но­си­теля в основ­ном контуре может осу­ще­ст­вляться тремя спо­собами: при работе цир­ку­ля­ци­он­ных насосов на большой и малой ско­ро­стях, при работе насоса рас­хо­ла­жи­ва­ния, а также за счет есте­ствен­ной кон­век­ции при рас­хо­ла­жи­ва­нии реак­тора. Впервые в КЛТ-40 была пре­ду­смо­трена защит­ная оболочка, удо­вле­тво­ря­ю­щая всем действу­ю­щим тре­бо­ва­ниям безо­пас­но­сти, пре­ду­смо­трена система защиты первого контура от пере­о­прес­совки, система затоп­ле­ния защит­ной оболочки и др. Защит­ная оболочка пред­ста­в­ляет собой проч­но­плот­ную выго­родку и рас­считана на вну­трен­нее дав­ле­ние, реали­зу­ю­ще­еся при так назы­ва­е­мой мак­си­маль­ной про­ек­т­ной аварии — разрыве полным сече­нием тру­бо­про­вода первого контура. Система сни­же­ния ава­рийного дав­ле­ния в защит­ной оболочке вклю­чает бар­бо­таж­ную цистерну с пресной водой, каналы для подвода паро­воз­душ­ной смеси в цистерну пресной воды, пре­до­хра­ни­тель­ные заглушки.

Реактор состоит из корпуса, крышки выем­ного блока и актив­ной зоны, соби­ра­е­мой из ком­плекта теп­ло­вы­де­ля­ю­щих сборок (ТВС), что облег­чает пере­грузку актив­ной зоны. ТВС соби­ра­ется из теп­ло­вы­де­ля­ю­щих эле­мен­тов (твэлов) стер­ж­не­вого типа. Объе­ди­не­ние твэлов в сборки с выде­ле­нием меж­ка­наль­ной воды поз­во­лило поднять ско­рость дви­же­ния теп­ло­но­си­теля вблизи теп­ло­вы­де­ля­ю­щих поверх­но­стей, умень­шить мощ­ность цир­ку­ля­ци­он­ных насосов первого контура за счет сни­же­ния общего расхода воды через реактор и снизить выбеги реак­тив­но­сти при изме­не­нии цир­ку­ля­ции теп­ло­но­си­теля. В каче­стве топлива в реак­торе КЛТ-40 исполь­зу­ется уран обо­га­ще­нием около 40 %. Теп­ло­вая мощ­ность реак­тора КЛТ-40 соста­в­ляет 135 МВт.

На крышке реак­тора уста­но­в­лены приводы органов ком­пен­са­ции избы­точ­ной реак­тив­но­сти и испол­ни­тель­ные меха­низмы ава­рий­ной защиты. Для повы­ше­ния надеж­но­сти при запро­ек­т­ных авариях пре­ду­смо­трена стра­хо­воч­ная система ввода жидкого поглоти­теля нейтро­нов (раствор азот­но­ки­слого кадмия) в реактор.

Хотя прин­ци­пи­аль­ные поло­же­ния обес­пе­че­ния безо­пас­но­сти судовых уста­но­вок бази­ру­ются на прин­ци­пах, при­ня­тых для ста­ци­о­нар­ных ЯЭУ (напри­мер, энер­го­бло­ков АЭС), атомные корабли и суда имеют свою спе­ци­фику. Для кора­блей работа ядер­ного реак­тора — не только источ­ник потен­ци­аль­ной опас­но­сти, но и воз­мож­ность (зача­стую един­ствен­ная) спа­се­ния корабля в море и жизней членов его экипажа. В этом случае ста­но­виться допу­сти­мым выход пара­мет­ров уста­новки за экс­плу­а­та­ци­он­ные пределы, в отличие от АЭС, где в подоб­ной ситу­а­ции реактор должен быть оста­но­в­лен. В море воз­можна и работа реак­тор­ной уста­новки, по крайней мере, до воз­вра­ще­ния корабля на базу, при выходе из строя отдель­ных каналов безо­пас­но­сти или систем упра­в­ле­ния. Также раз­ре­шен пуск реак­тора при наличии лишь одного источ­ника энергии на корабле.

Тор­же­ствен­ная закладка первой секции атом­ного лих­те­ро­воза (АЛВ) «Сев­мор­путь» состо­я­лась в Керчи в доке судо­стро­и­тель­ного завода «Залив» им. Б. Е. Бутомы в ноябре 1984 года. 20 февраля 1986 года корабль был спущен на воду, где и про­из­во­ди­лась его достройка. 26 октября 1988 года реактор КЛТ-40 достиг кри­тич­но­сти.

Перед физи­че­ским пуском реак­тора была про­ве­рена гер­метич­ность защит­ной оболочки. Про­верка пока­зала, что при самой крупной аварии, напри­мер, крупной течи воды из реак­тора, утечка ради­о­ак­тив­ной воды из оболочки не пре­вы­сит 3 % в сутки, что огра­ни­чит поступ­ле­ние ради­о­ну­кли­дов в атмо­сферу до при­ем­ле­мых величин.

Затем реактор был выведен на уровень мощ­но­сти, доста­точ­ный для работы паро­тур­бин­ной уста­новки, после чего после­до­вала про­верка уста­новки в ста­ци­о­нар­ном и пере­ход­ном режимах работы, а также выпол­не­ния алго­рит­мов сра­ба­ты­ва­ния ава­рий­ной защиты или экс­трен­ного сни­же­ния мощ­но­сти при отклю­че­нии отдель­ных систем. В даль­нейшем при работе реак­тора на полной мощ­но­сти были про­ве­дены изме­ре­ния эффек­тив­но­сти биоло­ги­че­ской защиты, которые пока­зали, что уровни гамма и нейтрон­ного излу­че­ния за защитой соот­вет­ствуют про­ек­т­ным зна­че­ниям, а мощ­ность дозы на борту судна не пре­вы­шает 5-10 мкр/час.

31 декабря 1988 года после завер­ше­ния ходовых испы­та­ний АЛВ «Сев­мор­путь» был сдан в экс­плу­а­та­цию.

Уве­рен­ность про­ек­тан­тов в надеж­но­сти ЯЭУ КЛТ-40 про­я­ви­лась уже в том, что судно сразу отправи­лось в ком­мер­че­ский рейс из Одессы во Вла­ди­во­сток. 11 января 1989 года корабль с почти 30 тыс. тонн груза вышел из порта Одессы и дви­нулся к Босфору. Несмо­тря на при­ни­ма­е­мые меры, в пути слу­чился ряд инци­ден­тов. Так, 18 января во второй контур реак­тора попала морская вода, а ночью 20 января сра­бо­тала ава­рийная защита реак­тора из-за пре­кра­ще­ния подачи пита­тель­ной воды в паро­ге­не­ра­торы, вызван­ной сбоем авто­ма­тики и чело­ве­че­ским фак­то­ром.

При проходе ато­мо­хода через экватор тем­пе­ра­тура заборт­ной воды составила 30 град, что было выше про­ек­т­ной для ядерной энер­гети­че­ской уста­новки. Из-за падения вакуума в главном кон­ден­са­торе прошел сигнал экс­трен­ного сни­же­ния мощ­но­сти реак­тор­ной уста­новки, из-за чего при­шлось снизить ско­рость хода корабля.

В феврале, после вто­рич­ного попа­да­ния во второй контур реак­тора морской воды, был объ­я­в­лен набор добро­воль­цев для поиска источ­ника про­те­чек, но найти его не удалось.

3 марта корабль встал на дальнем рейде порта Вла­ди­во­сток.

В течение всего рейса ино­стран­ными лицами неод­но­кратно про­из­во­дился как уда­лен­ный анализ ради­а­ци­он­ной обста­новки и отбор проб у корабля, так и инспек­ци­он­ные визиты на борт, но никаких претен­зий по ради­а­ци­он­ной обста­новке не после­до­вало.

Мно­го­лет­ний опыт экс­плу­а­та­ции судна на меж­ду­на­род­ных линиях и в Арктике про­де­мон­стри­ро­вал широкие воз­мож­но­сти исполь­зо­ва­ния АЛВ в любых реги­о­нах миро­вого океана.

Вве­де­ние за Поляр­ным кругом круг­ло­го­дич­ной нави­га­ции потре­бо­вало соз­да­ния прин­ци­пи­ально нового поко­ле­ния ледо­коль­ных судов, с воз­мож­но­стью пла­ва­ния в устьях север­ных рек. Уже первые регу­ляр­ные рейсы в устье Енисея пока­зали: начиная с января дизель­ные ледо­колы рабо­тают здесь на пределе своих тех­ни­че­ских воз­мож­но­стей. Их мощ­но­сти в два­дцать с лишним тысяч лоша­ди­ных сил не хватало для быстрой и надеж­ной про­водки судов. Именно тогда спе­ци­али­сты впервые заго­во­рили о том, что для сибир­ских рек необ­хо­димо постро­ить новые ледо­колы с малой осадкой и атомной энер­гети­че­ской уста­нов­кой. В резуль­тате в СССР начали постройку атомных ледо­колов проекта 10580 с огра­ни­чен­ной осадкой, пред­на­зна­чен­ных для про­водки судов в устья сибир­ских рек.

12 ноября 1984 года был под­пи­сан кон­тракт с финской фирмой «Вярт­силя-Марине» на стро­и­тель­ство двух ато­мо­хо­дов «Таймыр» и «Вайгач». Свои назва­ния новые машины полу­чили в честь леген­дар­ных ледо­колов, рабо­тав­ших в Арктике в начале XX века.

Кон­тракт пре­ду­сма­т­ри­вал, что в Фин­лян­дии будут постро­ены корпуса ледо­колов, а энер­годви­га­тель­ная уста­новка и обо­ру­до­ва­ние на суднах уста­на­в­ли­вались совет­ские. Закладка киля ледо­кола «Таймыр» состо­я­лась в январе 1985 года. В 1988 году корпус судна был спущен на воду и отбук­си­ро­ван в Ленин­град на Бал­тийский завод им. Серго Орджо­ни­ки­дзе для монтажа ЯППУ.

На новых ледо­ко­лах была уста­но­в­лена ЯЭУ КЛТ-40М мощ­но­стью в 50 тыс. л.с., что поз­во­ляет ледо­колу идти через лёд тол­щи­ной в два метра. При толщине льда в 1,77 метра ско­рость ледо­кола соста­в­ляет 2 узла. Ледокол может действо­вать при тем­пе­ра­ту­рах до -50 °C.

30 июня 1989 года ледокол «Таймыр» был принят в экс­плу­а­та­цию и вошел в состав флота Мур­ман­ского мор­ского паро­ход­ства.

25 июля 1990 года был принят в экс­плу­а­та­цию и вошел в состав флота Мур­ман­ского мор­ского паро­ход­ства ледокол «Вайгач». Его корпус также в 1989 году был отбук­си­ро­ван в СССР для достройки в Ленин­град, где про­из­ве­ден монтаж атомной энер­гети­че­ской уста­новки на основе реак­тора КЛТ-40М.

Даль­нейшая экс­плу­а­та­ция атомных ледо­колов «Таймыр» и «Вайгач» в устье Енисея убе­ди­тельно про­де­мон­стри­ро­вала сво­е­вре­мен­ность их постройки, эффек­тив­ность работы ледо­колов в север­ном регионе и их эколо­ги­че­ские пре­и­му­ще­ства.

Ледокол «Вайгач» в декабре 2015 года уста­но­вил ско­рост­ной рекорд самого позд­него прохода от мыса Дежнева по Север­ному мор­скому пути до острова Белый. Он пре­о­до­лел рас­сто­я­ние в 2250 миль за 185 часов со средней ско­ро­стью 12,5 узлов.

В 2017 году спе­ци­али­сты Роса­том­флота сов­местно с кон­струк­тор­ским бюро АО «ОКБМ Афри­кан­тов» завер­шили работы по модер­ни­за­ции ядерных энер­гети­че­ских уста­но­вок атомных ледо­колов «Вайгач» и «Таймыр», их ресурс был продлен до 200 тысяч часов.

16 февраля 2018 года ледокол «Вайгач» побил рекорд по дли­тель­но­сти экс­плу­а­та­ции ядерной энер­гети­че­ской уста­новки, уста­но­в­лен­ный атомным ледо­колом «Арктика» в августе 2008 года. Новый рекорд составил 177,205 тыс. часов (прежнее зна­че­ние — 177,204 тыс. часов).

18 мая 2009 года на Бал­тийском заводе в Санкт-Петер­бурге стар­то­вала ста­пель­ная сборка голов­ного блока пла­ву­чей атомной элек­тро­стан­ции, стро­я­щейся по проекту ЦКБ «Айсберг». Пла­ву­чий энер­го­блок стал еще одной ипо­ста­сью реак­тора КЛТ-40 в моди­фи­ка­ции КЛТ-40С.

Пла­ву­чая атомная теп­ло­элек­тро­стан­ция (ПАТЭС) — энер­го­и­с­точ­ник нового поко­ле­ния, соз­дан­ный на базе рос­сийских тех­ноло­гий атом­ного судо­стро­е­ния. Основ­ной элемент станции — пла­ву­чий энер­го­блок (ПЭБ) проекта 20870. Это неса­мо­ход­ное судно, на котором раз­ме­щено энер­гети­че­ское обо­ру­до­ва­ние для гене­ра­ции элек­три­че­ской и теп­ло­вой энергии. ПЭБ соо­ру­жа­ется на судо­стро­и­тель­ном заводе и морем доста­в­ля­ется к месту раз­ме­ще­ния ПАТЭС. На месте же стро­ятся только вспо­мо­га­тель­ные соо­ру­же­ния.

Размеры ПАТЭС, полу­чив­шей имя «Ака­демик Ломо­но­сов», доста­точно велики и соста­в­ляют 140 метров длины и 30 ширины, его водо­из­ме­ще­ние 21,5 тыс. тонн. Корпус ПАТЭС цель­но­свар­ной, раз­де­лен пере­го­род­ками на отсеки, которые фор­ми­руют два блока — жилой и тех­ноло­ги­че­ский. В тех­ноло­ги­че­ском рас­поло­жены реак­торы и турбины, отсек обра­ще­ния с ядерным топ­ли­вом и все необ­хо­ди­мые вспо­мо­га­тель­ные системы и обо­ру­до­ва­ние.

«Ака­демик Ломо­но­сов» оснащен двумя реак­тор­ными уста­нов­ками КЛТ-40С, надеж­ность которых под­твер­ждают тысячи реак­то­роча­сов, нара­бо­тан­ных реак­то­рами этого типа. Реак­торы КЛТ-40С осна­щены совре­мен­ными систе­мами безо­пас­но­сти, в том числе осно­ван­ными на пас­сив­ных, не зави­ся­щих от участия чело­века и авто­ма­тики, прин­ци­пах сра­ба­ты­ва­ния. Элек­три­че­ская мощ­ность ПАТЭС соста­в­ляет 70 МВт плюс 50 Гкал/ч теп­ло­вой энергии, что доста­точно для под­дер­жа­ния жиз­не­де­я­тель­но­сти города с насе­ле­нием около 100 тыс. человек. ПАТЭС может экс­плу­а­ти­ро­ваться без выгрузки топлива 12 лет, а назна­чен­ный срок службы станции соста­в­ляет 40 лет. ПАТЭС раз­ра­бо­тана с большим запасом проч­но­сти, который пре­вы­шает все воз­мож­ные угрозы и делает ядерные реак­торы неу­яз­ви­мыми для цунами и других при­род­ных ката­строф. Ядерные про­цессы на пла­ву­чем энер­го­блоке отве­чают всем тре­бо­ва­ниям МАГАТЭ и не угро­жают окру­жа­ю­щей среде. На ПАТЭС исполь­зу­ется ядерное топливо более низкого обо­га­ще­ния — менее 20 %.

На номи­наль­ной теп­ло­вой мощ­но­сти каждый блок реак­тор­ной уста­новки КЛТ-40С обес­пе­чи­вает выра­ботку 240 тонн в час пара с тем­пе­ра­ту­рой 290 гра­ду­сов. Элек­тро­энер­гия выда­ется напря­же­нием 10 кВ, что наи­бо­лее целе­со­об­разно для соз­да­ния линий элек­тро­пе­ре­дач.

В 2019 году насту­пает время для вывода из экс­плу­а­та­ции Били­бин­ской АЭС, и пла­ни­ру­ется, что ПАТЭС станет новой основой изо­ли­ро­ван­ной Чаун-Били­бин­ской энер­го­си­стемы.

---

Фотогалерея‍3