Ведомственный метрологический надзор Прогнозирование повреждений теплообменных трубок парогенератора

Выбор обобщающих параметров для описания эффектов водно-химического режима

Наибольший масштаб негативных последствий при реализации локальных коррозионных процессов вызывают хлоридо-кислородное коррозионное растрескивание (ХКР) аустенитных хромоникелевых сталей (АХНС), водородное орупчивание углеродистых сталей перлитного и мартенситного классов и коррозионная усталость. В ГОСТ 5272-68 (Коррозия металлов. Термины и определения) утверждается, что КР – это «коррозия металла при одновременном воздействии на металл коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием межкристаллитных или транскристаллитных трещин». Определение коррозии под напряжением (КПН) интерпретируется в том же документе как «коррозия металла при одновременном воздействии коррозионной среды и постоянных или переменных механических напряжений». Следует обратить внимание именно на одновременность действия по крайней мере двух независимо протекающих процессов повреждения.

Впервые случай ТКР АНС в публикациях был отмечен в 1920 г. [5]. К настоящему времени число публикаций по проблеме КР близко к 105 с изложением более 50 вариантов моделей, механизмов и математических интерпретаций этого весьма непростого явления природы.

Трубный пучок кипящего теплообменника

Из статистической физики и из экспериментов известно, что распределение отказов однотипных элементов, находящихся в эксплуатации с одинаковыми характеристиками режимов, подчиняется закону нормального распределения (следствие №1 из Центральной предельной теоремы). Следовательно, текущему значению относительного суммарного числа заглушенных теплообменных трубок Pk в парогенераторе будет соответствовать интеграл вероятности Фk на момент наработки tk .

В [6] изложена методика расчета динамики отказов однотипных элементов из стали марки 08Х18Н10Т применительно к трубным пучкам кипящих теплообменников. В этом случае уже вводится критерий отказа уже не для металла, а в целом для теплообменника: его работоспособное состояние продолжается только до исчерпания технологического запаса теплообменных трубок.

В частности, для кинетики числа повреждений стали марки 08Х18Н10Т был выявлен экспериментально и теоретически обоснован нормальный закон распределения. В формулу для вычисления аргумента интеграла вероятности кроме экспозиции входит также концентрация хлорид-иона. Процедура вычисления прогнозируемого числа теплообменных рубок со сквозными повреждениями сводится к следующей последовательности операций.

Относительные величины суммарного числа поврежденных трубок с фиксированными наработками регистрации дефекта рассматриваются как ряд значений интеграла вероятности. Для этого ряда находятся табличные значения аргумента Хi по известным значениям интеграла вероятности Фk. Затем по известным интервалам времени между двумя последовательными отборами проб воды на анализ химического состава, с одной стороны, а также измеренными концентрациями хлорид-иона в каждой пробе формируется система несовместных уравнений типа (1.1)

  (1.1)

Эта система решается методом наименьших квадратов относительно средних значений a и b. Прогноз суммарного количества поврежденных трубок парогенератора делается на основе:

- наперед заданного на определенный срок эксплуатации значения концентрации хлорид-иона;

- известных средних значений a и b;

- рассчитанного значения эксплуатационного фактора на дату прогноза

- табличные значения аргумента интеграла вероятности (Фпр)i на дату прогноза.

Полученные коэффициенты a и b используются для построения нового уравнения

 (1.1а)

где  и  – соответственно, интервал времени от даты, когда делается  прогноз до даты, на которую желательно знать полное число теплообменных трубок со сквозными дефектами и предполагаемая средняя концентрация хлорид-иона в воде в пределах этого интервала времени.

После этого по таблицам по найденному значению аргумента интеграла вероятности  находится соответствующее значение интеграла вероятности (Фпр)i+1. Эта относительная суммарная ожидаемая величина поврежденных теплообменных  трубок затем умножается на полное число трубок в парогенераторе. 

В итоге получаем суммарное число теплообменных трубок на дату прогноза по наперед заданным наработке и средней концентрации хлорид-иона в воде парогенератора.

Экспозицию до наступления предельного состояния трубной системы парогенератора – исчерпания технологического запаса теплообменных трубок – можно найти, решая (1.5а) относительно τост при заданном значении (CCl- )ост.

 (1.1б)

Поскольку в выражение для вычисления эксплуатационного  фактора входят экспозиция и концентрация хлорид-иона в виде сомножителей, то одинакового приращения аргумента интеграла вероятности можно достичь их разным сочетанием. Это означает, что на всех этапах жизненного цикла трубного пучка существует возможность управления его ресурсом с помощью направленного воздействия техническими средствами на качество воды: малому содержанию хлорид-иона будет соответствовать более длительная эксплуатация. Это общеизвестно. Однако методика позволяет оценить негативные последствия для технического ресурса факт эксплуатации со ступенчатым изменением качества воды, в том числе и для случаев, например, непреднамеренной эксплуатации парогенераторов (сделанных в СССР) при повышенных концентрациях хлорид-ионов, как это имело место на парогенераторах комбината АЭС «Бруно Лейшнер» в 1982 г.

Известно, что в реакторе ВВЭР-440, содержащим порядка 40 тонн ядерного топ-лива, "суммарная активность топлива, обогащением 3% по урану-235, составляет 6х1011 Бк (16 Ku). Через год эксплуатации радиоактивность продуктов, образовав-шихся в процессе деления ядер урана, уже составит 4х1019 Бк (109 Ku), т.е. будет в 100 млн. раз больше исходной" (Л1). Наработка радиоактивности в ядерном топ-ливе почти пропорциональна его количеству в реакторе и времени работы реактора на номинальной мощности.
Меры по повышению безопасности атомной станции