Роботы в атомной промышленности
Вывод из эксплуатации
Тема применения роботов для вывода ядерных объектов из эксплуатации имеет некоторое пересечение с рассмотренной выше темой аварийной робототехники, однако относится к мероприятиям, проводимым после останова объекта использования атомной энергии 7Объекты использования атомной энергии - это исследовательские и промышленные реакторы, комплексы, реализующие ядерный топливный цикл, объекты обработки и хранения радиоактивных материалов .
Вывод из эксплуатации упомянутых объектов сопряжен со значительной опасностью для персонала вследствие большого количества радиоактивных веществ, находящихся на установках и площадках и остаточной активности радионуклидов (в виде загрязнений).
Вывод из эксплуатации включает ряд этапов. Как правило, первым этапом является комплексное инженерное и радиационное обследование, позволяющее составить план мероприятий по демонтажу и дезактивации. После проведения радиационной разведки осуществляются работы по дезактивации, демонтажу технологического оборудования и строительных конструкций, по извлечению, фрагментации и сортировке радиоактивных отходов.
Обычно радиационно-химическое загрязнение по объему конструкционных элементов выводимых из эксплуатации объектов распределено неравномерно. Поэтому демонтаж целесообразно проводить так, чтобы обеспечить разделку материала с распределением его по степени опасности, что позволяет упростить транспортировку отходов к месту переработки или захоронения.
Вывод из эксплуатации - это комплексная процедура, которая требует привлечения как легких, так и тяжелых роботов, оборудованных различными приспособлениями для демонтажа (молот, режущие инструменты, специальные захваты).
Первые проекты по выводу из эксплуатации были связаны с ликвидацией объектов, на которых производилось ядерное оружие. Для этих работ потребовались роботы удаленного управления для раз- бора и погрузки радиоактивно загрязненных строительных конструкций. Позднее роботы стали использовать при выводе из эксплуатации атомных электростанций.
Первые атомные станции были рассчитаны на срок службы около тридцати лет, однако после реконструкции некоторые из них оказались способны продолжать работать. Более поздние АЭС увеличили срок эксплуатации до 50 и более лет. Однако по окончании срока службы любой электростанции ее необходимо вывести из эксплуатации, очистить и освободить место в конечном виде для так называемой "зеленой лужайки".
К выводу из эксплуатации могут быть отнесены также работы по ликвидации самих хранилищ с радиоактивными отходами и реабилитации территории.
В атомной отрасли могут применяться не только специализированные сервисные роботы, но и решения на базе промышленных роботов. Например, компания KUKA, один из крупнейших производителей промышленных роботов, имеет существенный опыт по созданию робототехнических систем для атомной отрасли. Компания наработала компетенции в области вывода из эксплуатации ядерных объектов, включая работы по обработке и сортировке отходов, уменьшению размеров отходов, подлежащих хранению, герметизации емкостей и др. KUKA разрабатывает как автономные роботизированные ячейки, так и решения для выполнения удаленных операций с использованием джойстиков [ "Источники использованной литературы" ].
Являясь поставщиком автоматизированных систем для вывода ядерных объектов из эксплуатации, KUKA участвует во многих крупных проектах. В городе Хейлсоуэне (Halesowen, Великобритания) создан глобальный центр передового опыта KUKA в области вывода из эксплуатации ядерных объектов.
Существуют специализированные роботы для резки отдельных частей выводимого из эксплуатации оборудования. Например, робот Charli, разработанный в компании Framatome, способен работать внутри замкнутых трубопроводных конструкций, выдерживая жесткие условия эксплуатации - высокие температуры и уровень радиации.
Оснащенный камерами технического зрения и роботизированной рукой с лазерной режущей головкой, этот компактный аппарат был применен при выполнении операций по резке трубопроводов внутри корпуса реактора SuperPhenix, находящегося на стадии вывода из эксплуатации [ "Источники использованной литературы" ].
При создании специализированных роботов для проведения работ по выводу ядерных объектов из эксплуатации коммерческие компании сотрудничают с ведущими университетами. Например, в 2016 г. Манчестерским университетом и британской компанией Forth Engineering был разработан робот паук Latro, оснащенный камерами, лазерными сканерами, режущими инструментами и другими устройствами, предназначенными для удаления и сортировки радиоактивных материалов. В частности, робота Latro планировалось использовать для демонтажа британской АЭС "Селлафилд", построенной в 1950-е годы и остановленной в 2007 г. [ "Источники использованной литературы" ].
Для вывода ядерных объектов из эксплуатации используют и группы взаимодействующих умных машин. Примером подобного проекта можно назвать разработку специалистов Университета Глазго, Манчестерского университета, Бристольской лаборатории робототехники и Университета Хериота под названием в SMuRFs8От англ. symbiotic multi-robot fleet - "симбиотический парк роботов". Система включает уже неоднократно упомянутого робота Spot компании Boston Dynamics, а также колесных и воздушных роботов. Группа роботов позволяет собирать и анализировать информацию с 1,6 тыс. датчиков, прикрепленных к умным машинам. Испытания SMuRFs, проведенные в конце 2023 года, позволили составить трехмерную карту одного из объектов атомного комплекса в Селлафилде [ "Источники использованной литературы" ].
В 2023 г. на ядерном объекте Селлафилд прошел испытания другой дистанционно управляемый робот-спасатель, разработанный и изготовленный британской инженерной компанией Forth. Робот построен на платформе 1,6-тонного экскаватора JCB compactor, оснащен высокотехнологичными робототехническими системами и беспроводными технологиями.
В число функций робота входят: специализированный инструмент для преодоления препятствий; грейферный крюк для перемещения объектов; средства проведения дезактивации. Робот может управляться из безопасного места в центре управления на расстоянии до 150 метров. Аппарат был успешно испытан на площадке в Селлафилде и используется на этой площадке для выполнения аварийных работ. Компания Forth собирается внедрить машину на других объектах Великобритании [ "Источники использованной литературы" ].
Для проведения работ по выводу из эксплуатации остановленных блоков атомных станций, ядерно и радиационно опасных объектов активно применяются дистанционно управляемые машины шведской компании Brokk [ "Источники использованной литературы" ].
Успешное применение этой техники на объектах атомной промышленности объясняется наличием в ней средств повышения автономности (видеокамер, позволяющих управлять машиной дистанционно из операторской комнаты; наличием резервной системы управления, позволяющей машине в экстренных ситуациях и при потере питания выйти из зоны работ; системы автоматической смены навесного оборудования). А также возможностью оснащения машины системами измерительных комплексов, включая приборы измерения уровня радиации. Компания Brokk реализовала систему мер по снижению влияния радиоактивного излучения за счет использования радиационно стойкой электроники радиационно стойких камер, а также использования фильтров, защищающих от проникновения радиационной пыли.
Техника Brokk комплектуется навесным оборудованием, включая различного рода захваты (двух- и трехпалые, пинцетные, грейферные и лепестковые для погрузки материалов), фрезы, шлифы и скрубберы с кожухами, и системой пылеудаления, телескопически- ми удлинителями, крюками, пилами и т. п.
На 2023 г. в атомной промышленности работало более 400 машин этой компании, в том числе около 40 единиц техники на российских объектах. Существуют множество примеров участия техники Brokk>в проектах по выводу из эксплуатации ядерных объектов. Среди них вывод из эксплуатации исследовательского реактора в НИЦ "Курчатовский институт", блоков Нововоронежской АЭС, вывод из эксплуатации промышленных уран-графитовых реакторов в ФГУП "ГХК" (г. Железногорск), промышленных уран-графитовых реакторов в АО "ОДЦ УГР" (г. Северск), выгрузка отработанного ядерного топлива (ОЯТ) из Здания №5 в губе Андреева (ООО "Спецтехкомплект", Мурманская область), извлечение твердых радиоактивных отходов (ТРО) из хранилища ОНАО на Кольской АЭС (г. Полярные Зори), ликвидация аварийного хранилища РАО (ЦСООР "ЛИДЕР" МЧС России, г. Москва), извлечение ТРО из ячеек хранилища на Балаковской АЭС, извлечение (ТРО) из хранилищ на Нововоронежской АЭС.
Помимо зарубежной техники, на предприятиях Госкорпорации "Росатом" применяются и отечественные разработки. Можно упомянуть дистанционно управляемые роботы ATLANT. Эти машины производятся на заводе "Специальная Строительная Техника" (Пермский край) с 2014 г. и предназначены для динамического разрушения конструкций в различных отраслях, и в том числе в атомной при работе в условиях повышенной радиации.
В 2012 г. коллективом "СКТБ ПР" разработан мобильный робототехнический комплекс МРК-28 и, начиная с 2013 г., налажено производство малых партий этого комплекса. Комплексы МРК 28 были поставлены в ряд организаций Росатома, включая ФГУП ПО "Маяк", ФГУП АТЦ, ФГУП ВНИИА им. Н.Л. Духова.
В 2021 г. компания "СКТБ ПР" разработала специализированный мобильный робототехнический комплекс для демонтажа графитовой кладки уран-графитовых реакторов. Управляемый робот оснащен магазином со специальным электрическим отрезным инструментом и позволяет дистанционно выполнять демонтажные работы на уран-графитовых реакторах, которые ранее широко применялись на атомных электростанциях или промышленных объектах и в последнее время активно выводятся из эксплуатации. Робот обладает грузоподъемностью до 100 кг, достаточной для извлечения графитовых блоков [204].
"СКТБ ПР" поставили МРК 28 с кабельным управлением с манипулятором грузоподъемностью 100 кг с набором инструментов на АО "ОДЦ УГР"), где робот в течение года участвовал в разборке графитовых блоков и на нем отрабатывалась технология применения мобильного робота с различным навесным оборудованием.
"СКТБ ПР" имеет большой опыт создания мобильных роботов для нужд Госкорпорации "Росатом", например в проектировании машин, которые применялись при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС в 1986-1987 гг. (Мобот-Ч-ХВ2). Мобильные роботы "СКТБ ПР" также применялись при ликвидации источников радиационной активности во ВНИИЭФ - Арзамас-16 (МРК-25 "Кузнечик") в 1997 г.
Роботы МРК-27 и МРК-35 демонстрировались во время учений в составе Аварийно-технического центра - ИТУЦР Госкорпорации "Росатом" [205]. Роботами МРК-02, МРК-26 и МРК-27 (мобильный робототехнический комплекс), сконструированными в Специальном конструкторско-технологическом бюро робототехники, укомплектованы ряд предприятий Госкорпорации "Росатом".
МРК 28 использовался при проведении аварийно-спасательных работ в условиях химического заражения и зонах повышенной радиации [ "Источники использованной литературы" ].
Согласно [ "Источники использованной литературы" ], на Белоярской АЭС используется мобильный дистанционно управляемый робототехнический комплекс для извлечения кассет с ОЯТ на остановленных энергоблоках № 1 и 29Первый энергоблок Белоярской АЭС с реактором АМБ-100 отработал с 1964 по 1981 год, второй - АМБ-200 - с 1967 по 1989 год . Этот комплекс (МРК-27-МА-БАЭС) разработан коллективом "СКТБ ПР", налажено его производство в малых партиях, и в том числе осуществлены поставки на Белоярскую АЭС [ "Источники использованной литературы" ] для выполнения дистанционных транспортно-погрузочных действий при работах по перегрузке кассет с топливом.
В 2023 г. производственное объединение "Маяк" приобрело два робототехнических комплекса - "Мустанг" и "Торнадо", которые спроектированы для выполнения задач вывода из эксплуатации зда- ний и сооружений. Планируется, что в 2024 г. роботы будут использоваться на объектах "Маяка" для обследования выводимых из эксплуатации промышленных уран-графитовых реакторов.
Изготовленный специалистами МГТУ имени Н.Э. Баумана робот "Торнадо" оснащен камерой, гамма-визором 10Прибор, предназначенный для визуального отображения источников гамма- излучения , 3D-сканером и может быстро перемещаться в здании, в том числе по лестничным маршам. Дистанционное управление аппаратом возможно на расстоянии до одного километра [ "Источники использованной литературы" ].
Робот-исследователь "Мустанг", созданный на ПО "Калибр" в г. Миассе Челябинской области, способен производить отбор проб строительных конструкций, определять характеристики окружающей среды, измерять мощность поглощенной дозы радиации, убирать препятствия для прохода робота "Торнадо", с которым может работать в паре.
Согласно публикации за 2022 г., в рамках Федеральной целевой программы "Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016-2020 годы и на период до 2030 года" ПО "Маяк" приобрело мобильный роботизированный комплекс, демонтажный робот "РОИН". Комплекс разработан и собран в России компаний ИНТЕХРОС. Аппарат предназначен для вывода из эксплуатации зданий и сооружений и реабилитации территорий, загрязненных радионуклидами. "РОИН" оснащен грейферными захватами, общеземельным ковшом, гидроножницами, гидромолотом, а также дисковой пилой, способной демонтировать стальные и железобетонные материалы.
"РОИН" может демонтировать и фрагментировать строительные конструкции и промышленное оборудование, производить погрузку материалов, загрязненных радионуклидами.
В Филиале ЮурГУ в г. Миассе спроектирован и изготовлен мобильный робототехнический комплекс МРК-65, предназначенный для проведения визуальной разведки, обнаружения источников радиоактивного излучения и перемещения объектов массой не более 30 кг [ "Источники использованной литературы" ].
Говоря об отечественной практике роботизации, интересно упомя- нуть проект по использованию комплекса лазерной резки производства ТРИНИТИ 11Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") является предприятием Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом". для вывода из эксплуатации газодиффузионных машин на АЭХК12- это одна из главных площадок "Росатома", где сотрудники нарабатывают компетенции для вывода из эксплуатации остановленных объектов атомного производства .
Для обогащения урана на АЭХК использовали газодиффузионные машины, на смену которым пришли центрифуги, после чего тысячи устаревших машин потребовалось выводить из эксплуатации. Для автоматизации процесса использовалась лазерная установка, которая позволяет бесконтактно разрезать выводимые из эксплуатации оборудование с расстояния в несколько метров. Технология позволяет в разы ускорить процесс, а главное - сохранять здоровье сотрудников, которые ранее фрагментировали радиоактивно загрязненное оборудование вручную. В качестве поворотной платформы лазерной головки использовался робот-манипулятор KUKA, что позволило обеспечить высокую точность резки [ "Источники использованной литературы" ].
В 2021 г. совет по развитию и глобализации Госкорпорации "Роса- том" утвердил разработанную ТВЭЛ продуктовую программу по вы- воду из эксплуатации ядерных объектов на 2021-2041 г.г., в рамках которой ведутся проекты по созданию робототехнических комплексов для проведения опасных работ [ "Источники использованной литературы" ].
В концепции нового энергоблока на быстрых нейтронах с реактором БР-1200, разработка которого ведется в рамках проектного направления "Прорыв", рассматривается возможность осуществления значительной части производственных операций роботизированными системами, которые позволят существенно снизить стоимость энергоблока и расходы на его эксплуатацию.
В рамках проекта "Прорыв" создаются опытно-демонстрационный энергокомплекс на площадке Сибирского химкомбината и промышленный энергокомплекс, для которого разрабатываются роботизированные производства по изготовлению уран-плутониевого ядерного топлива и переработке ОЯТ 13Отработавшее ядерное топливо .
"На модулях по фабрикации и переработке топлива Опытно-демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК), который сооружается в рамках проекта "Прорыв", будут применяться новейшие технологические решения. А на модулях Промышленного энергокомплекса, который построят вслед за ОДЭК, самую опасную работу вместо людей будут делать роботы" [ "Источники использованной литературы" ].
Дистанционно управляемые роботы позволяют исключить привлечение людей при разбор крадиационно опасных отходов. Но максимально эффективное применение машин возможно при наличии специализированных инструментов (устройства для плазменной резки, клещи, схваты, перфораторы, дрели и т. п.).