Svařování komponent jaderných elektráren

Celý primární okruh bloku s jaderným reaktorem, čtyřmi parogenerátory, cirkulačními čerpadly atd. je umístěn v plnotlakém železobetonovém kontejnmentu – hermetické ochranné obálce. V sekundárním okruhu bloku je turbogenerátor o elektrickém výkonu 1.000 MW. V aktivní zóně reaktoru je 163 palivových kazet (312 proutků v kazetě) a 61 regulačních tyčí. Každý parogenerátor vyrobí 1.470 t páry za hodinu o tlaku 6,3 MPa a teplotě 278,5 °C na výstupu. Turbína pracuje na 3.000 ot./min.
Palivem našich jaderných elektráren s tlakovodními reaktory je oxid uraničitý UO₂ s průměrně 3,5% obohacením uranu o štěpitelný izotop uran 235. Palivo pro Jadernou elektrárnu Temelín dodává americká společnost Westinghouse, která je také dodavatelem nového systému kontroly a řízení.

Obr. 1 – Schéma Jaderné elektrárny Temelín

Tepelná energie uvolňovaná při řízeném štěpení jader uranu 235 je z aktivní zóny reaktoru odváděna demineralizovanou vodou primárního okruhu do čtyř tepelných výměníků – parogenerátorů. Řídicími tyčemi a změnou koncentrace boru v chladivu je možné řídit produkci tepla v reaktoru. Cirkulaci chladicí vody, uzavřené pod tlakem v primárním reaktorovém okruhu, zajišťují čtyři potrubní smyčky s parogenerátory a čerpadly. V parogenerátorech předává voda uzavřeného primárního okruhu své teplo okruhu parní turbíny – okruhu sekundárnímu.
Sekundární okruh je opět uzavřený, s demineralizovanou vodou. V parogenerátorech se voda sekundárního okruhu vaří a vznikající pára je vedena k turbíně. V elektrárně najdeme dvě turbíny, přičemž každá je určena k pohonu jednoho 1.000 MW alternátoru, který generuje elektrický proud při napětí 24 kV. Celé turbosoustrojí pro temelínskou elektrárnu vyrobila Škoda Plzeň. Za turbínou kondenzuje pára na chladném povrchu titanových trubek zpět na vodu ve třech kondenzátorech. Průtokem chladné vody terciálního (chladicího) okruhu kondenzátorovými trubkami je páře odebíráno kondenzační teplo. Okruh je pak vyveden do čtyř chladicích věží, ve kterých se voda terciálního okruhu opět ochlazuje odparem přirozeného tahu vzduchu. Do vzduchu tak stoupá jen čistá vodní pára.
Důležitou součástí zajištění bezpečného provozu je vysoká profesionální úroveň personálu. Pro jejich přípravu byl v areálu Jaderné elektrárny Temelín vybudován plnorozsahový simulátor blokové dozorny. Je to přesný matematický model chování reaktoru i primárního a sekundárního okruhu vsazený do přesné kopie řídicího sálu reaktorového bloku.
Po roce 1990 došlo v projektu elektrárny Temelín k řadě úprav za účelem zvýšení spolehlivosti a bezpečnosti na úroveň západních elektráren. Od roku 1991 byla elektrárna podrobena již 21 prověrkám inspektorů Mezinárodní agentury pro atomovou energii a jejich doporučení ke zlepšení spolehlivosti a bezpečnosti elektrárny byla v průběhu výstavby a spouštění realizována. Zkušební provoz prvního bloku byl zahájen 10. června 2002. Na druhém bloku pak začal 18. dubna 2003.
V roce 2003 vyrobila temelínská elektrárna 12,11 TWh elektřiny a v roce 2004 již 13,4 TWh. Uvedením dvou temelínských bloků do zkušebního provozu se spolu s Jadernou elektrárnou Dukovany zvýšil podíl výroby jaderných zdrojů akciové společnosti ČEZ v roce 2003 na 42,5 %.

PRIMÁRNÍ OKRUH JE TEMELÍN
V primárním okruhu se nacházejí základní části systému – reaktor a parogenerátor (viz obr. 2 a 3). V reaktoru se ohřívá teplota vody z 290 °C na 320 °C při tlaku 15,7 MPa. Funkce parogenerátoru spočívá v zajištění přenosu tepelné energie z chladiva primárního okruhu do vody sekundárního okruhu. Voda sekundárního okruhu, tzv. napájecí voda, v parogenerátoru vyplňuje prostor mezi teplosměnnými trubičkami, kterými protéká chladivo primárního okruhu.

Obr. 2 – Nádoba reaktoru při montáži

Obr. 3 – Parogenerátor

SEKUNDÁRNÍ OKRUH JE TEMELÍN
Základní částí sekundárního okruhu elektrárny je turbína, ke které se sběrným potrubím z parogenerátoru přivádí pára na první vysokotlaký díl a následně (z přehříváků) na nízkotlaké díly (viz obr. 5).

Obr. 4 – Zavážecí stroj palivových článků s bazénem vyhořelého paliva

Obr. 5 – Turbína Jaderné elektrárny Temelín 1.000 MW

TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ NA JE TEMELÍN
Proces svařování na jaderných elektrárnách tvoří nezastupitelnou technologii při výstavbě, provozu i opravách jednotlivých komponent. Technologie svařování dílů ať primární, či sekundární části jaderné elektrárny přísně podléhají pravidlům stanoveným Státním úřadem pro jadernou bezpečnost, ze kterých vyplývá jednoznačný postup a schvalování svarových spojů dle evropských norem (WPS a WPQR). Jednou z organizací zajišťujících schvalování postupů svařování je Český svářečský ústav při Vysoké škole báňské – Technické univerzitě Ostrava (obr. 6). Vlastní technologie svařování jsou navrhovány s ohledem na základní materiál, tepelná a tlaková namáhání svarových spojů a v neposlední řadě i na možnosti oprav na vlastním zařízení. Zkoušení svarových spojů provádí nezávislá zkušebna Vítkovice Testing Center.

Obr. 6 – Inspekční certifi kát se schváleným postupem svařování

Základní materiály, které se svařují, lze rozdělit do několika skupin: vysokolegované austenitické materiály a žáropevné materiály používané převážně v primární časti elektrárny, žáropevné materiály a konstrukční oceli používané v sekundární části elektrárny.
Z hlediska svarových spojů se v obou částech vyskytují základní typy spojů, ale i speciální typy spojů, používané např. při opravách dílů nebo náhradách jednotlivých komponent v průběhu provozu.
Na ukázku jsou na obr. 7 znázorněny přivařované nátrubky na primární straně vysokotlakého potrubí. Pro zajištění oprav komponent jaderných elektráren byly vytvořeny speciální postupy svařování aplikovatelné na konkrétní typy vad. Jako příklad lze uvést zaslepování netěsných trubek vody výměníků (obr. 8) nebo technologie provádění montážních svarů kapilár (tubičky o průměru 6,2 mm) pro snímání fyzikálních veličin v primárním okruhu elektrárny. Svařování v jaderné energetice je široká oblast, jež má zásadní vliv na jadernou bezpečnost při provozu elektráren.

Obr. 7 – Nátrubky vysokotlakého potrubí primární časti elektrárny

Obr. 8 – Způsob zaslepení netěsné trubky výměníku

Obr. 9 – Provádění montážích svarů kapilár (průměr trubek 6,2 mm)

LITERATURA

• Firemní literatura ČEZ, Jaderná elektrárna Temelín, www.cez.cz
• Firemní literatura Českého svářečského ústavu, Ostrava, www.csuostrava.eu

Autor

• Doc. Ing. Hlavatý Ivo Ph.D.