Моделирование работы участка контроля герметичности ядерного реактора

Заказчик:

Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» — российский государственный холдинг, объединяющий более 360 предприятий атомной отрасли. В состав «Росатома» входят все гражданские атомные компании России, предприятия ядерного оружейного комплекса, научно-исследовательские организации, а также атомный ледокольный флот.

Госкорпорация является одним из лидеров мировой атомной промышленности, занимает второе место в мире по запасам урана и пятое по объёму добычи, четвёртое место в мире по производству атомной энергии, контролирует 40 % мирового рынка услуг по обогащению урана и 17 % рынка ядерного топлива.

Разработчики модели: Юрий Подвальный, Денис Герасимов.

Описание проблемы:

На стадии проектирования участка контроля герметичности оболочек тепловыделяющих элементов реактора (ТВЭЛ) разработчикам необходимо было собрать данные о параметрах работы системы в ситуациях появления брака.

Участок входит в состав автоматизированной линии для сборки ТВЭЛ. Контроль базируется на проверке партий элементов с помощью нагревания: при нагревании из бракованных элементов истекает контрольный газ, который фиксируется течеискателем. Бракованная партия разделяется на две. Каждая партия проходит контроль до полной «размотки» партии, пока не выявлено бракованное изделие.

Проектировщикам системы требовалось определить зависимость годовой выработки от размера входного накопителя и размера партии твэлов, загружаемых в печь при различных частотах появления брака. Дополнительно необходимо было определить количество потерянных твэлов из-за простоя системы при заполнении входного накопителя.

Решение:

Поскольку частота возникновения брака носит вероятностный характер, авторы проекта разработали имитационную модель участка контроля и провели многократные эксперименты, тестируя разные алгоритмы работы оборудования.

Моделирование производства ядерного топлива

Скриншот имитационной модели

Модель, построенная с помощью AnyLogic, имитирует два алгоритма работы участка контроля. Разница между ними состоит в способе обнаружения бракованного твэла после обнаружения бракованной партии.

При первом алгоритме работы после обнаружения бракованной партии поддон выгружается из печи, половина партии перегружается на поддон второй печи. Далее оба поддона перегружаются в печи, и начинается новая проверка. Годная партия выгружается в выходной накопитель. Бракованная снова делится и т.д.

Если обе партии бракованные. тогда половина каждой выгружается в выходной накопитель и начинается проверка оставшейся половины каждой партии. Затем проверяются партии выгруженные в выходной накопитель. В это время входной накопитель принимает твэлы, поступающие с заданной частотой. Таким образом, бракованная партия "разматывается" двумя печами. Загрузка новой партии не начинается, пока не будет найден бракованный твэл. После определения бракованного твэла, новая партия загружается в печь следующую по очереди. При отсутствии брака печи работают по очереди и не могут работать одновременно. Вторая печь "ожидает" окончания проверки партии в печи №1.

При втором алгоритме каждая печь работает независимо. Бракованная партия "разматывается" каждой печью по отдельности, пока не будет найден бракованный твэл. Пока одна партия не будет проверена полностью, загрузка новой партии в печь не производится. При отсутствии брака загружается первая освободившаяся печь. При этом печи могут работать одновременно.

Пользователь модели может варьировать параметры для любого из двух алгоритмов:

В рамках исследования модели для каждой комбинации входящих параметров было сделано 100 «прогонов» длительностью один год "модельного" времени каждый.

Результаты:

Выводы:

Проведение экспериментов над реальной системой в период проектирования потребовало бы больших затрат времени и финансов. Анализ данных, собранных с помощью модели, позволил определить оптимальные проектные параметры участка контроля для обеспечения максимальной выработки. На стадии техпроекта были найдены решения, которые значительно улучшили производительность. При минимальных затратах, без проведения дорогостоящих натурных испытаний, была выбрана наилучшая конфигурация автоматической линии с точки зрения пропускной способности, надёжности и количества потерь.

В дальнейшем заказчик сможет использовать имитационную модель для будущих изменений внутри производственной линии – например при принятии решения о расширении мощностей добавить в модель дополнительные печи не составит труда. Пользователи могут экспериментировать с разными параметрами, менять вводные данные через интерфейс модели. Эта модель будет служить заказчику оборудования инструментом поддержки принятия решений в течение долгого времени.

Похожие проекты

Другие истории успеха