http://stars-casino.net/ru/support/
Ведомственный метрологический надзор Прогнозирование повреждений теплообменных трубок парогенератора

Разработка методики прогнозирования повреждений теплообменных трубок парогенератора

Обеспечение надежной работы теплообменных трубок (ТОТ) парогенераторов (ПГ) является важнейшей задачей для различного типа АЭС как в отечественной атомной энергетике, так и за рубежом.

Тонкостенные теплообменные трубы парогенератора являются важной частью границы первого контура и для того, чтобы исполнять функции эффективного барьера, теплообменные трубы не должны иметь сквозных дефектов или дефектов, требующих глушения ТОТ.

На ПГ российского производства повреждения теплообменного пучка имеют место в различной степени на всех блоках АЭС и являются в настоящее время основным фактором, определяющим остаточный ресурс ПГ. 

3.2 Особенности эксплуатации ТОТ парогенераторов АЭС с ВВЭР

3.2.1. Объект исследования

Характерными особенностями парогенераторов АЭС с ВВЭР являются [8]:

горизонтальный цилиндрический корпус с расположенными внутри горизонтальными змеевиками теплообменных труб, заделанных в вертикальные коллекторы теплоносителя;

- использование верхней части объема корпуса для гравитационной сепарации;

- применение в качестве теплообменной поверхности труб размером 16х1,4 мм (для ПГВ-440) и 16х1,5 мм (для ПГВ-1000) из нержавеющей стали.

В 2001 году был завершен проектный срок службы энергоблоков первого поколения АЭС с ВВЭР-440, к каким относятся блоки №3,4 НВАЭС и №1,2 КАЭС. Эти энергоблоки находились в работоспособном состоянии, когда решался вопрос о том, что замещающих энергетических мощностей в стране не вводилось, и стал актуальным вопрос продления срока службы незаменяемого оборудования  указанных блоков. К такому оборудованию относятся и парогенераторы.

Работы по продлению срока службы парогенераторов сверх проектного значения заключались в анализе и оценке их технического состояния по результатам эксплуатационного контроля. 

3.2.2. Критерии глушения ТОТ

Коррозионное повреждение теплообменных труб парогенераторов является одним из самых важных факторов, влияющих на ресурс парогенераторов.

Дефектные трубы подвергаются глушению, а сварные швы могут быть отремонтированы. Трубы с дефектами небольших размеров могут находиться в эксплуатации, если возникшая и зафиксированная межконтурная течь не превышает допустимых регламентных пределов.

В последнее время в мире преобладает тенденция установления критерия глушения в зависимости от типа дефекта и его расположения.

В России ведется работа по разработке критериев глушения с учетом параметров дефектов. Так при выборе критериев глушения на ПГ-3 блока НВАЭС принимались во внимание следующие браковочные признаки:

- величина параметра "нехватка материала" (разъедание материала вследствие коррозионного процесса) при обследовании;

- скорость роста дефектов по данным нескольких проверок более 10% за год в диапазоне 60-70 % от толщины стенки;

- близкое расположение нескольких дефектов в критичной зоне (до 15 мм между индикациями);

- появление и интенсивный рост вновь образовавшихся индикаций в критической зоне, т.е. там, где наблюдается интенсивная деградация.

Наиболее часто критерием глушения  является предельное значение размера дефекта, определяемое в результате эксплуатационного контроля.

Контроль плотности и поиск неплотных теплообменных труб ПГ ВВЭР производится в период планово-предупредительного ремонта (ППР) гидравлическим или пневмогидравлическим аквариумным способами и собственно гидравлическими испытаниями. 

В последнее время для оценки состояния ТОТ широко используется вихретоковый контроль (ВТК), который является основным источником информации о коррозионном состоянии теплообменных труб ПГ. Данные ВТК позволяют получать численные характеристики, связанные с состоянием каждой теплообменной трубы. Применение систем ВТК для обнаружения дефектов в теплообменных трубах и выборочное глушение дефектных труб позволяет повысить надежность работы парогенераторов и блока в целом.

По результатам ВТК производится выборочное глушение дефектных труб, что позволяет избежать во время эксплуатации возможного раскрытия имеющегося дефекта до сквозного и, соответственно, внепланового останова реакторной установки.

Для объективной картины состояния теплообменных труб ПГ блоков целесообразно проведение 100%-ного контроля ТОТ каждого парогенератора блока АЭС, в то время как до последнего времени осуществляется проверка лишь части ТОТ ПГ. Минимальный объем контроля не должен быть меньше 10% (560 труб для ПГВ-440 и 1100 труб для ПГВ-1000). При минимальном объеме контроля трубы должны контролироваться на полную длину.

На основании полученных данных по дефектам ТОТ ПГ необходимо делать анализ состояния ПГ, оценивать их ресурс или принимать меры, позволяющие оперативно влиять на процесс старения ТОТ ПГ. 

3.2.3 Продление ресурса ТОТ парогенераторов

Информация о состоянии ТОТ ПГ, полученная с Российских АЭС, собрана в едином банке данных, который регулярно и оперативно пополняется результатами эксплуатационного контроля.

Для снижения отложений на поверхности ТОТ осуществляются химические промывки, что приводит к положительному влиянию на состояние ПГ, замедляется процесс возникновения новых дефектов. 

Как показывает опыт эксплуатации, основным фактором, влияющим на работоспособность трубчатки, является водно-химический режим. Наблюдаются значительные различия фактического состояния трубчатки парогенераторов разных энергоблоков, а в отдельных случаях даже в пределах одного энергоблока.

Теплообменные трубы являются основным фактором, определяющим ресурс парогенератора. Продление ресурса парогенераторов выполняется при значительной неопределенности остаточного ресурса теплообменных труб, т.к. до настоящего времени отсутствует методика определения ресурса ТОТ ПГ с коррозионными дефектами, учитывающая все эксплуатационные факторы.  Так, для продления на 15 лет ресурса парогенераторов НВАЭС и КАЭС по решению Главного конструктора ПГ включено обязательное выполнение следующих требований:

- выполнение работ по совершенствованию методики ВТК;

- оптимизация критериев глушения, периодичности и объемов контроля;

- обеспечение водно-химического режима второго контура, в том числе ограничение присосов охлаждающей воды в конденсаторах турбин и недопущение накопления отложений более 150 г/м2 на любом контролируемом участке теплообменной поверхности;

- проведение с участием главного конструктора  парогенераторов ежегодного всестороннего анализа (условий эксплуатации ПГ, ведения водно-химического режима второго контура, состояния теплообменных труб и других элементов парогенераторов с выполнением раз в 5 лет расчетно-аналитического обоснования ресурса трубного пучка, выдачей рекомендаций по корректировке условий дальнейшей эксплуатации).

Принятая в атомной энергетике стратегия управления ресурсом трубчатки ПГ базируется на вероятностных методах с учетом исследования динамики повреждаемости ПГ действующих блоков. При этом необходим индивидуальный подход к каждому ПГ. Продление срока службы парогенераторов блоков АЭС с ВВЭР сверх проектного значения напрямую зависит от работоспособности теплообменного пучка ПГ.

Для реализации действующей стратегии управления ресурсом необходимы следующие подходы:

- оптимизации объемов и периодичности контроля;

- внедрения мероприятий, направленных на снижение поступления коррозионно-активных примесей в воду парогенератора;

- совершенствования водно-химического режима второго контура;

- повышение эффективности химических и механических промывок.

- совершенствование и соответствующая аттестация систем неразрушающего контроля;

- мониторинг и прогнозирование процессов деградации при помощи современных статистических методов;

- выработка управляющих рекомендаций, направленных на устранение процесса коррозионного износа и возникновения дефектов ТОТ ПГ.

Для управления ресурсом ПГ важной задачей является разработка методов прогнозирования количества поврежденных и заглушенных теплообменных труб парогенераторов для энергоблоков АЭС с ВВЭР.

Проблемы, возникающие при разработке алгоритмов управления ресурсом ПГ, а также алгоритма прогнозирования повреждений ТОТ ПГ, определяются следующими обстоятельствами:

- имеется ограниченная статистика по количеству заглушенных (поврежденных)  труб, которая фиксируется по результатам ВТК ежегодно в период ППР блока ( в среднем 0,2% от суммарного количества ТОТ ПГ); 

- отсутствуют данные о химических и физических характеристиках среды, способствующей развитию коррозионных повреждений;

- отсутствуют данные о видах коррозионных повреждений, включая повреждения, вызванные наличием соединений серы, мышьяка, соединений свинца, комплексного воздействия  окружающей среды;

- недостатком данных и теоретических исследований о взаимодействии металла с коррозионной средой, содержащей агрессивные элементы. 

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