Renovering av en kärnreaktor efter mer än 20 års drift

Transkript

1 Renovering av en kärnreaktor efter mer än 20 års drift För första gången i världen har personal genomfört reparationsarbeten nere i en reaktortank som varit i kommersiell drift. ABB Atom har deltagit i de inspektions- och reparationsarbeten som genomförts i kärnkraftverket Oskarshamn 1 inom det så kallade FENIX-projektet. Den drygt 20 år gamla anläggningen är nu modifierad i en första etapp, och de utbytta delarna uppfyller kraven som ställs från myndigheterna för att åter ta kärnkraftverket i bruk. Före sekelskiftet ska kärnkraftverket genomgå långtgående modernisering i en andra etapp. R eparations- och moderniseringsarbeten på levererade produkter utgör en inte försumbar del i stora företags aktiviteter. Detta gäller inte minst på kärnkraftsområdet, där byggnadslov för nya kärnkraftverk knappast längre går att få i flertalet länder. Användaren har därför ett stort intresse att bevara befintliga anläggningar i driftmässigt skick, att säkra tillförlitligheten och även skydda investeringen värdemässigt. Möjlighet till reparation bör finnas En grundläggande konstruktionsfilosofi för ABB Atoms kokarreaktorer är därför att ha konstruktiva lösningar som medger god åtkomlighet för inspektion, underhåll och reparation. Ett exempel på detta är att de interna delarna, dvs de komponenter som är belägna i reaktortanken, sammanfogats genom att utnyttja bult- och spännförband i stället för svetsning, vilket är fallet i de flesta andra reaktorer. Detta har medfört att möjligheten att enkelt reparera eller byta ut dessa svåråtkomliga delar av reaktorn så att säga från början har varit inbyggd i konstruktionen av de från ABB Atom levererade anläggningarna. Regelbundet underhåll och revision I kärnkraftverken sker en årlig avställning för service och revision av anläggningen. Vid dessa arbeten kontrolleras komponenternas kondition med hänsyn till slitage och driftinducerade skador. Syftet med dessa arbeten är att vidmakthålla hög kvalitet och driftsäkerhet. Dessutom ska anläggningen hållas på en teknisk nivå som motsvarar kraven på ett modernt kärnkraftverk genom successivt utbyte av komponenter. Niclas Säll Tore Waltersten ABB Atom AB Oskarshamn 1, det äldsta svenska kärnkraftverket Oskarshamn 1 är Sveriges och Nordens första kommersiella kärnkraftverk för elproduktion 1. Anläggningen beställdes den 14 juli 196 av Oskarshamnsverkets Kraftgrupp AB (idag OKG AB), som bildats samma år av en grupp enskilda och kommunala kraftbolag. Företaget valde att beställa en nyckelfärdig anläggning av typ kokarvattenreaktor (BWR) med en elektrisk nettoeffekt på 400 MW med ABBs kärnkraftsavdelning som huvudleverantör. Redan vid lereransen hade den garanterade effekten höjts till 440 MW. Byggnadsarbetena inleddes samma år, och den 6 februari 192 togs Oskarshamn 1 i kommersiell drift. Grundlig genomgång av teknisk status I september 1992 togs Oskarshamn 1 och fyra andra svenska reaktorer med externa huvudcirkulationssystem ur drift. Det fanns nämligen risk att vid eventuellt rörbrott delar från rörisoleringarna i reaktorinneslutningen skulle kunna frigöras. Detta skulle kunna leda till igensättning av silar till nödkylsystemets insug i kondensationsbassängen. Ledningen för Oskarshamnsverket beslöt att göra en grundlig genomgång av den tekniska statusen för kärnkraftverket. Inspektionsarbetet ledde bland annat till att defekter hittades på kallbockade rörböjar. I reaktortanken upptäcktes, via inspektion med hjälp av TV-kamera, förekomst av tvärgående sprickor i fyra av de sex matarvattenrören. Dessa rör har en diameter på 10 mm. Sprickorna hade uppstått i rörmaterialet i närheten av reaktortankens genomföringar. Beslut togs att göra ett omfattande renoverings- och moderniseringsarbete under projektnamnet FENIX, som står för Fortsatt ENergiproduktion I existerande anläggning. Målet var att skapa förutsätt- 28 ABB Tidning /1996

2 ningar för långsiktig elproduktion i kärnkraftverket. Projektet är uppdelat i etapperna återstart och modernisering. Återstarten ägde rum i januari 1996, och moderniseringen är planerad för den kommande femårsperioden fram till år Oskarshamnsverkets Kraftgrupp AB (OKG) gav ABB Atom sommaren 1993 i uppdrag att utarbeta förslag till förberedelse av reaktortanken som arbetsplats för grundlig inspektion och reparation 2. Senare fick ABB Atom även uppdraget att leda och genomföra dessa arbeten samt utveckla nödvändiga specialutrustningar och verktyg. Reaktortanken tömdes och rengjordes För att kunna genomföra en noggrann inspektion av hela reaktortankens insida och dess anslutningsstutsar krävdes manuella insatser på reaktortankens botten. Därför var man först och främst tvungen att ta reda på, om idén att låta människor arbeta inne i reaktortanken överhuvud taget var genomförbar. En förutsättning för detta var nämligen en avsevärd sänkning av strålningsnivån i tanken. ABB Atom beräknade därför den förväntade strålningsdosen i reaktortanken. Som första steg måste samtliga interna delar och bränsleelement demonteras. De lyftes ur reaktortanken och placerades i servicebassängen i reaktorhallen. Ett speciellt problem i kraftverket Oskarshamn var att det inte fanns någon skiljevägg mellan reaktor- och servicebassängerna 3. För att kunna dränera reaktortanken, men ändå låta de interna delarna vara kvar under vatten i servicebassängen, konstruerades en stålcylinder för anslutning till reaktortankens fläns. Cylindern gjordes så hög att dess övre kant låg i nivå med reaktorhallens golvplan. Efter demontage av samtliga interna delar i reaktortanken fördes stålcylindern Oskarshamn 1 är Sveriges äldsta kommersiella kärnkraftverk (t. v.). Denna första reaktor från ABB Atom togs i drift 192 och har i dag en effekt på 440 MW netto. ner i bassängen och monterades till reaktortankens fläns. Därefter genomfördes en noggrann dekontaminering och rengöring av reaktortankens insida i nedre delen, huvudcirkulationskretsarna och resteffektkylsystemet. Detta möjliggjorde inspektioner och arbeten nere i tanken i torr miljö. Strålskyddsskärm Efter att tanken tömts på vatten monterades en speciell strålskyddsskärm på reaktorns insida. Den teleskopiskt byggda, tredelade skärmen utrustades med en personhiss, med vars hjälp personalen bekvämt kunde transporteras ned i tanken 4. På grund av hög strålningseffekt vid tankens vägg inom reaktorkärnans område, erfordrades en ståltjocklek upp till 100 mm för avskärmningen. Den nedre delen av skärmen var vridbar och försedd med skjutbara gallerier för att komma åt reaktortankväggen och matarvattensystemets anslutningar. Även strålskärmen mot reaktortankens botten 1 är försedd med skjutbara öppningar för att underlätta åtkomligheten av bottenstutsarna. Resultatet blev en väl fungerande arbetsplats i botten av reaktortanken. Radioaktiviteten sänktes med 99,88 % Efter dekontamineringen med CORD-metoden, högtrycksspolning samt montering av strålskärmar hade radioaktiviteten sänkts i tankens nedre del med 99,88%. De uppmätta stråldoserna hade vid tankens botten reducerats med en faktor >1000, från 20 msv/h till mindre än 0,02 msv/h. Därmed kunde arbetena genomföras utan några väsentliga begränsningar. Av säkerhetsskäl bar personalen ändå hel skyddsdräkt under arbetet nere i tanken. Oförstörande provning Innan reparationsarbetena började, genomfördes en grundlig inspektion av svetsar i tankens nedre del och dess an- ABB Tidning /

3 Reparation och modernisering av reaktortanken och interna delar i kärnkraftverket Oskarshamn 1 inom ramen för FENIX-projektet 2 1 Reparation av moderatortanken 2 Byte av skruvförband mellan moderatortank och moderatortankstativ 3 Byte av moderatortankens stativ 4 Byte av nivåmätsystemets rör och montage av två nya Pluggning av instrumentstutsar som inte mera används 6 Rör för tryckfallsmätning Reparation av neutrondetektorhus 8 Byte av nödkylsystemets rör, stutsar och backventiler 9 Byte av stutsar och matarvattenledningar innanför reaktortanken upp till övre delen av moderatortankens stativ Reaktortanken med extra stålcylinder samt strålskyddsskärm och personhiss 1 Reaktorhallsplan 6 Reaktortankens fläns 2 Reaktorbassäng Tredelad teleskopisk 3 Stålcylinder strålskyddsskärm 4 Servicebassäng 8 Personhiss (separerad från reaktorbassängen) 9 Reaktortankens bottenstutsar Reaktorns interna delar slutningsstutsar. Speciellt undersöktes tankbotten med alla bottenstutsar, innan OKG tog det slutgiltiga beslutet om reparation. Återstart av reaktorn I april 1994 fick ABB Atom i uppdrag att utarbeta ett förslag till åtgärdsprogram för att återställa reaktortanken och dess anslutningar så att de uppfyller myndigheternas krav för säker drift. OKG gav ABB Atom i uppdrag att även ansvara för den övervägande delen av dessa arbeten. Uppdraget omfattade bland annat byte av sex matarvattenrör i reaktortanken med genomföringar, byte av genomföringar för härdstrilsystemet, byte 2 m ABB Tidning /1996

4 av nivåmätrör, reparation av neutrondetektorhus och byte av moderatortankstativ samt återställning av reaktortanken för drift. Konstruktiva och arbetsmetodiska förbättringar För att minska omfattningen av återkommande inspektion har ABB Atom föreslagit förbättrade konstruktioner på flera ställen. Exempelvis utrustades vägggenomföringar för matarvattenrören genom reaktortanken med smidda komponenter i stället för tidigare genomföringar med flera svetsfogar. Byte av moderatortankstativet på Stålcylindern med strålskyddsskärmen och personhissen grund av ytsprickor i flänsen var en särskild sedd uppifrån 4 utmaning. För att kunna lossa det gamla stativet, ställdes en stor flyttbar svarv på reaktortankens botten 6. Tekniken betena. Vid byte av moderatortankstati- Nya möjligheter för äldre underlättade även arbetet då vet valdes t ex rostfritt stål av kvalitet reaktorer de nya fogarna färdigställdes. Dessa uppvisade en avvikelse på max ± 0,2 mm vid en innerdiameter på ca 000 mm. De helautomatiska svetsmetoderna hade i ett fullskale mock-up provats och godkänts. 316NG (Nuclear Grade) i stället för typ 304 som användes i det ursprungliga stativet. Det nya stålet har mycket låg kolhalt, max 0,02%, vilket gör det närmast opåverkbart av interkristallin spänningskorrosion (IGSCC, InterGranular Stress Erfarenheterna från de inspektions- och reparationsarbeten som genomförts inom FENIX-projektet i den drygt 20-åriga reaktoranläggningen Oskarshamn 1 visar att det är möjligt att rengöra reaktortanken och installera måttsydda strålskärmar Corrosion Cracking) i sin miljö. som effektivt sänker den radioaktiva Utvärdering av senaste materialkunskap Alltsedan ABB Atom levererade den första reaktoranläggningen har stora resurser, såväl egna som sponsrade forskningsprojekt från kraftverksindustrin, lagts ned på att bygga upp en omfattande kunskapsbas över olika materials egenskaper i nukleär miljö. Denna erfarenhetsbank har bland annat byggts upp genom prov i eget materiallaboratorium. Analyser med provbitar har också genomförts i några av de reaktorer som är i drift för att studera vattenkemins påverkan på materialet. Resultaten från de årliga inspektionerna samt materialforskningen har haft stor betydelse vid valet av reparationsmetoder och material i de nu genomförda ar- Svetsning av matarvattenrör i reaktortanken ABB Tidning /

5 strålningen till en nivå som är fullt acceptabel ur arbetsmiljösynpunkt. Inspektionerna har också visat att det egentliga reaktortryckkärlet är intakt och inte visar tecken på onormala förslitningsskador efter drygt 20 års drift. Genom att byta ut vissa tidigare valda material mot nya, som visat sig ha bättre egenskaper i nukleär driftmiljö, kan anläggningens driftsäkerhet höjas och den tekniska livslängden utökas. Arbetena i Oskarshamn 1 visar att detta är tekniskt möjligt. Kapning av moderatortankstativet 6 Sensibiliseringstiden t för rostfritt stål med varierande kolhalter C och vid olika temperaturer T 900 C C = 0,08 0, , ,04 0,03 T 0, min t Författarnas adress Niclas Säll Tore Waltersten ABB Atom AB S Västerås Fax: +46 (0) ABB Tidning /1996