АО «Атомпроект» – ведущее предприятие госкорпорации «Росатом», осуществляющее комплексное проектирование объектов ядерной энергетики, научные исследования и разработку новых энерготехнологий ядерной отрасли.
Компания проектирует атомные электростанции со всеми типами реакторов, разделительные и радиохимические производства и осуществляет проектное сопровождение объектов использования атомной энергии на всех этапах жизненного цикла.

АО «Атомпроект» является генеральным проектировщиком АЭС «Ханхикиви-1» – одноблочной атомной электростанции в Финляндии с реактором ВВЭР-1200. Для оценки прочности контайнмента АЭС «Ханхикиви-1» при действии аварийных нагрузок выше проектных компания «Атомпроект» обратилась к специалистам «МЦД».

Анализ прочности защитной оболочки под действием аварийных нагрузок выше проектных разрабатывался в рамках документации, необходимой для получения лицензии на строительство и удовлетворения требованиям руководства по ядерной безопасности. В результате проведённого анализа было определено значение избыточного внутреннего давления, при котором конструкция теряет свою несущую способность. Данные, полученные в результате этого анализа, далее использовались заказчиком для анализа безопасности и вероятностной оценки риска при тяжёлой аварии на АЭС.

Защитная оболочка является элементом здания реактора, представляющим собой сооружение цилиндрической формы с полусферическим куполом. Назначение внутренней оболочки – не допустить выброс радиоактивных материалов во внешнюю среду в случае максимальной проектной аварии, ограничить выбросы в случае запроектных аварий, а также оградить оборудование и внутренние конструкции здания реактора от возможных внешних воздействий.

Система преднапряжения защитной оболочки (СПЗО) предназначена для обжатия внутренней оболочки здания реактора с целью компенсации растягивающих усилий, возникающих при действии внутреннего избыточного давления в случае аварии. Таким образом, обеспечивается прочность и трещиностойкость железобетонных сечений оболочки при малых процентах армирования железобетона.

Учтенные при проектировании потери предварительного напряжения обеспечивают функционирование преднапряженной конструкции в течение расчетного срока эксплуатации без замены пучков и их дополнительной подтяжки.
При расчетах рассматривались как функциональный (потеря герметичности облицовки), так и структурный (потеря несущей способности конструкции) отказ элементов конструкции.

Оценка прочности контайнмента осуществлялась с использованием метода конечных элементов в программном пакете Ansys Mechanical. С его помощью было выполнено моделирование пучков СПЗО, арматуры, материала бетона и материала стали.

В ходе анализа рассматривались и сравнивались результаты расчетов по двум сценариям нагружения:

• Сценарий 1: постоянные нагрузки (собственный вес конструкции, преднапряжение оболочки) с последующим приложением избыточного внутреннего давления;
• Сценарий 2: постоянные нагрузки (собственный вес конструкции, преднапряжение оболочки) с последующим приложением избыточного внутреннего давления и учётом аварийных температур, действующих на оболочку.

Моделирование сил преднапряжения в оболочке выполнялось следующим образом: для каждого пучка было определено распределение сил преднапряжения с учетом потерь. Вычисления проводились для начала и конца срока службы станции. В начале срока службы в бетоне реализуются наибольшие сжимающие напряжения, конец срока службы наиболее опасен для аварийного воздействия с повышением давления, так как силы обжатия уменьшаются.

Была выполнена приближённая аналитическая оценка моментов отказа элементов контайнмента. Расчёт проводился в предположении об упругой деформации всех элементов конструкции и не учитывал нелинейные свойства материалов.

Согласно приближённой аналитической оценке, учитывающей только упругие деформации, было рассчитано значение избыточного внутреннего давления, при котором конструкция теряет свою несущую способность.