автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Анализ состояния и прогнозирование дефектности теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР

На правах рукописи УДК 621.18

ТЕСЛЕНКО МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДЕФЕКТНОСТИ ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ АЭС С ВВЭР

Специальность 05.14.03 "Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию, и вывод из эксплуатации"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 АВГ 2013

005532078

Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Ордена Трудового Красног Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро «ГИДРОПРЕСС» (ОАО ОК «ГИДРОПРЕСС»)

Научный руководитель:

доктор технических наук Трунов Николай Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, главный научны сотрудник ОАО «ВНИИАЭС» Бараненко В. И.

кандидат технических наук, начальник отдела ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС» Харченко С. А.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «Московский энергетическг'й институт»

Защита состоится 19 сентября 2013 г. в 11-30 часов на заседании диссертационного совет Д 418.001.01 в ОКБ «Гидропресс» по адресу: 142103, г. Подольск, ул. Орджоникидзе,21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОКБ «Гидропресс».

Ученый секретарь, к.т.н.

А.Н.Чуркин

На правах рукописи УДК 621.18

ТЕСЛЕНКО МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДЕФЕКТНОСТИ ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ АЭС С ВВЭР

Специальность 05.14.03 "Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию, и вывод из эксплуатации"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро «ГИДРОПРЕСС» (ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС»)

Научный руководитель:

доктор технических наук Трунов Николай Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, главный научный сотрудник ОАО «ВНИИАЭС» Бараненко В. И.

кандидат технических наук, начальник отдела ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС» Харченко С. А.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт»

Защита состоится 19 сентября 2013 г. в 11-30 часов на заседании диссертационного совета Д 418.001.01 в ОКБ «Гидропресс» по адресу: 142103, г. Подольск, ул. Орджоникидзе,21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОКБ «Гидропресс».

Ученый секретарь, к.т.н.

А.Н.Чуркин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Парогенератор АЭС с ВВЭР является составной частью циркуляционной петли ядерной аропроизводящей установки. При эксплуатации парогенераторов (ПГ) на теплообменных зубах (ТОТ) образуются дефекты, которые могут стать причиной разгерметизации первого онтура АЭС. Основным механизмом повреждения ТОТ является коррозионное астрескивание под напряжением, которое обуславливается наличием коррозионно-активной реды и воздействием механических напряжений.

В период планово-предупредительного ремонта на АЭС проводится вихретоковый онтроль (ВТК) теплообменных труб парогенераторов. ВТК позволяет обнаруживать дефекты а теплообменных трубах. Если глубина дефекта превышает пороговое значение, то еплообменная труба, на которой он расположен, подлежит выводу из эксплуатации глушению).

ВТК позволяет получать большие объемы информации о состоянии ТОТ. Для хранения, бработки, представления и анализа этой информации в ОКБ «ГИДРОПРЕСС» с участием втора разработана информационно-аналитическая система (НАС) «Парогенераторы АЭС», акопленный за время эксплуатации системы опыт свидетельствует о необходимости ересмотра некоторых подходов к анализу данных ВТ (вихретокового) контроля. Практика оказала, что для оценки состояния ПГ на основе данных ВТ контроля необходима азработка новых параметров оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик оответствующих этому состоянию ВТ сигналов. В связи с необходимостью решения роблемы повышения надежности и увеличения сроков службы парогенераторов разработка овых параметров оценки состояния ТОТ на основе данных ВТК является актуальной адачей.

НАС «Парогенераторы АЭС» содержит картограммы ПГ - сечение пучка еплообменных труб, на котором цветом выделены трубы с обнаруженными дефектами. На егодняшний день подобные картограммы являются основным средством отображения ефектов на ТОТ парогенераторов. Но картограмма и различные двумерные схемы не дают олного представления о положении дефектов в объеме трубного пучка. Разработка рехмерной модели расположения дефектов в объеме трубного пучка ПГ позволяет выявить акономерности распределения дефектов на ТОТ.

Для оценки целостности ТОТ ПГ нормативные документы предписывают проводить не только ретроспективный, но и перспективный анализы по результатам контроля трубчатки в последующий (до следующего контроля) период эксплуатации. В США широко используется практика формирования прогнозного распределения параметров дефектов (амплитуд, глубин) на следующий период эксплуатации. В качестве перспективного анализа в данной работе предлагается использовать прогнозы количества ТОТ, которые будут заглушены после проведения очередного ВТК, рассчитываемые по разработанной методике.

Цели и задачи научного исследования

Главной целью является повышение уровня безопасности эксплуатации парогенераторов на основе более точной оценки состояния теплообменных труб. Для этого ставились следующие задачи:

- разработать новые параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик соответствующих этому состоянию ВТ сигналов;

- разработать трехмерную модель расположения дефектов в объеме трубного пучка ТОТ;

- установить закономерности распределения дефектов на ТОТ;

- провести статистический анализ появления и развития дефектов на основе данных ВТК всех ПГ за все время проведения ВТК.

- разработать методику прогноза количества ТОТ, которые будут заглушены после проведения очередного ВТК.

Научная новизна:

1 Разработаны новые параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик соответствующих этому состоянию ВТ сигналов (анализ амплитуд вихретоковых сигналов от индикаций, анализы количества новых дефектов и индикаций). С использованием результатов статистической обработки накопленных данных вихретокового контроля выявлены статистические закономерности количественного распределения дефектов, образующихся на поверхности ТОТ.

2 С использованием разработанной трехмерной модели расположения дефектов теплообменных труб выявлены закономерности распределения дефектов по объему трубного пучка парогенераторов.

3 Разработана и реализована методика краткосрочного прогноза количества теплообменных труб парогенераторов, которые будут заглушены после проведения очередного ВТК.

Практическая значимость.

Разработаны новые параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик оответствующих этому состоянию ВТ сигналов. Был введен анализ амплитуд ВТ сигналов от ефектов и индикаций. Практика показала, что количественная оценка динамики озникновения новых дефектов наилучшим образом характеризует интенсивность протекания оррозионных процессов в металле ТОТ. Поэтому были разработаны параметры оценки ефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик соответствующих этому состоянию ВТ игналов. Разработанные параметры использовались при выпуске отчетов «Анализ состояния ОТ ПГ АЭС с РУ ВВЭР по итогам ВТ контроля» за 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 годы в ОКБ <ГИДРОПРЕСС».

Картограммы и различные двумерные схемы не дают полного представления о оложении дефектов в объеме трубного пучка. Была программно реализована трехмерная одель расположения дефектов ТОТ в парогенераторах. На основе анализа расположения ефектов во всех ПГ представлены закономерности расположения дефектов в объеме рубного пучка ПГ. Разработанная трехмерная модель расположения дефектов ТОТ в ПГ спользовалась при выпуске отчетов «Анализ состояния ТОТ ПГ АЭС с РУ ВВЭР по итогам Т контроля» за 2011, 2012 год.

Разработана и реализована методика краткосрочного прогнозирования количества аглушенных труб парогенераторов. Под краткосрочным прогнозом понимается прогноз оличества ТОТ, которые будут заглушены, на 1, 2 и 3 года вперед. По данной методике ормировались прогнозы количества заглушённых ТОТ, которые включались в ежегодные тчеты «Анализ состояния ТОТ ПГ АЭС с РУ ВВЭР по итогам ВТ контроля» с 2009 года, аблюдается хорошее совпадение прогнозных и реальных количеств глушений ТОТ.

Степень достоверности результатов работы подтверждается применением пробированного математического аппарата статистических исследований к обработке и нализу больших объемов реальных данных эксплуатационного ВТК и совпадением рогнозируемых характеристик о состоянии ТОТ ПГ с полученными на практике езультатами.

Автор лично разработал:

1 Новые параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик

соответствующих этому состоянию ВТ сигналов (анализ амплитуд вихретоковых сигналов от индикаций, анализ количества новых дефектов и индикаций).

2 Трехмерную модель расположения дефектов теплообменных труб в объеме трубного пучка парогенераторов и результаты анализа расположения дефектов на теплообменных трубах.

3 Методику краткосрочного прогноза количества теплообменных труб парогенераторов, которые будут заглушены после проведения очередного ВТК.

На защиту выносятся:

1 Новые параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик

соответствующих этому состоянию ВТ сигналов (анализ амплитуд вихретоковых сигналов от индикаций, анализ количества новых дефектов и индикаций).

2 Результаты разработки трехмерной модели расположения дефектов теплообменных труб в объеме трубного пучка парогенераторов; результаты анализа расположения дефектов на теплообменных трубах;

3 Методика краткосрочного прогнозирования количества теплообменных труб парогенераторов, которые будут заглушены после проведения очередного ВТК.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

- 8 международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» г. Подольск, ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС" 28 - 31 мая 2013 г.

- научная сессия НИЯУ МИФИ-2013, секция «Современные проблемы надежности оборудования АЭС», Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ, г. Обнинск, 2013 год;

- международная научно-техническая конференция «Конструкционная прочность материалов и ресурс оборудования АЭС "РЕСУРС-2012"». Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко, г. Киев, 2012 год;

- 14-я международная конференция молодых специалистов по ядерным энергетическим установкам. ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2012 год;

- международный форум «Молодежь - Инновации - Производство», секция «Диагностика техпроцессов», г. Новосибирск, 2011 год;

- 11-я научно-техническая конференция молодых специалистов. ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2009 год.

Результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах, в том числе в рецензируемом журнале «Тяжелое машиностроение», а также в отчетах ОКБ «ГИДРОПРЕСС».

Структура и объем диссертации

Работа изложена на 90 страницах, содержит введение, три главы, выводы, 76 рисунков, 9 таблиц, и список литературы из 60 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, указываются ее цели и сформулирована научная новизна результатов исследований, приводятся данные об использовании полученных результатов.

В первой главе представлено описание конструкции парогенераторов ПГВ-1000 АЭС с ВВЭР, кратко рассматривается водно-химический режим второго контура. Рассматривается вихретоковый контроль теплообменных труб парогенераторов: кратко описываются вихретоковые установки, используемые на российских АЭС, а также используемая терминология, относящаяся к этой области.

Рассмотрены виды и механизмы повреждения ТОТ, описанные в литературных источниках. Основным видом повреждения ТОТ ПГ АЭС с ВВЭР является коррозионное растрескивание под напряжением (КРН), которое приводит к выходу ТОТ из строя. КРН обуславливается наличием растягивающих напряжений и воздействием среды, содержащей коррозионно-активные примеси.

В первой главе рассматриваются методики оценки состояния ТОТ АЭС с ВВЭР. Анализ

количественного состава дефектов ТОТ ПГ осуществляется с использованием ИАС

"Парогенераторы АЭС". Эта система предназначена для хранения, обработки, анализа и

визуализации данных ВТК ТОТ. Система содержит информацию обо всех ВТ контролях на

всех российских ПГ АЭС с ВВЭР. Рассматриваются 16 параметров оценки количественного

состава дефектов ТОТ, динамики изменения числа дефектов, а также характеристик

соответствующих им вихретоковых сигналов, по которым оценивалась дефектность ТОТ

7

парогенераторов. Практика применения этих параметров показала, что для оценки состояния ТОТ ПГ на основе данных ВТ контролей необходима разработка новых параметров оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик соответствующих этому состоянию ВТ сигналов.

Приводится краткое описание стадийной модели зарождения и развития дефектов ТОТ ПГ на микроуровне и делается вывод о возможности расчета средней скорости роста

дефектов на основе данной модели.

Рассматривается методика оценки остаточного ресурса ТОТ ПГ, используемая в РД «Методика оценки остаточного ресурса парогенераторов атомных станций с реактором ВВЭР-1000 по критерию достижения предельно минимальной величины теплопередающей поверхности (трубной системы)». Методика базируется на статистическом анализе результатов вихретокового контроля и является основой долгосрочного прогнозирования

количества заглушённых ТОТ ПГ.

Рассматривается метод долгосрочного прогнозирования количества заглушённых труб с целью определения срока службы ПГ, предложенный в США. Этот метод использует распределение Вейбула. Данный подход базируется на утверждении, что величина N^tO/NcyM имеет распределение Вейбула (N^- общее количество заглушённых ТОТ после эксплуатации ПГ в течении tj лет, NcyM - количество ТОТ в ПГ).

Рассматриваются методики оценки и прогнозирования состояния ТОТ парогенераторов АЭС с PWR в США. Кратко описываются объемы коррозионного повреждения ТОТ ПГ из основных сталей, применяемых в США для изготовления ТОТ ПГ. Одним из основных документом США, устанавливающим требования к объему контроля и критерии оценки результатов контроля, является «Steam generator tube integrity. DG-1074». Основными составляющими оценки состояния ТОТ для определения возможности дальнейшей эксплуатации являются «Condition monitoring» и «Operational assessment».

Condition monitoring в документах определяется как «Сравнение результатов инспекции с критериями целостности и критериями аварийной течи. Оценка Condition monitoring производится в конце каждого эксплуатационного цикла».

Operational assessment определятся как «Прогноз состояния ТОТ ПГ, который используется для обеспечения того, чтобы критерии целостности и аварийной течи не были превышены во время следующего цикла. При этом должны учитываться такие факторы как погрешности неразрушающего контроля и рост индикаций».

Прогноз опирается на распределение амплитуд вихретоковых сигналов от дефектов или на распределение глубин дефектов. Прогнозное распределение строится путем применения метода Монте-Карло. Детально формирование прогноза прописано в документе Steam Generator Integrity Assessment Guidelines, но данный документ не доступен для России. Но формирование прогнозного распределения детально описано в документе МАГАТЭ Strategy for assessment of WWER Steam Generator Tube Integrity. Для формирования прогноза берется распределение амплитуд или глубин дефектов, которое корректируется с помощью POD -вероятности обнаружения. Строится распределение приростов дефектов. Случайным образом выбирается глубина и суммируется со случайно выбранным приростом дефекта. Эта операция повторяется порядка 100 тысяч раз и таким образом, в результате получается прогнозное распределение. Также учитывается погрешность ВТК. В рамках condition monitoring производится сравнение прогнозного и реально полученного распределения глубин дефектов. Малые объемы контроля российских парогенераторов не позволяют сформировать представительное распределение приростов глубин дефектов, поэтому методика, применяемая для краткосрочных прогнозов состояния парогенераторов на АЭС США напрямую неприменима для российских парогенераторов.

Глава 2. Так как объемы информации о дефектах после проведения ВТК значительны, то для хранения, обработки, представления и анализа информации требуется информационная система. Практически каждая страна, имеющая блоки АЭС, разрабатывает и использует такие системы. Практика анализа данных ВТК показала, что для оценки состояния ТОТ ПГ на основе данных ВТ контролей необходима разработка новых параметров оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик соответствующих этому состоянию ВТ сигналов. Поэтому в информационно-аналитической системе «Парогенераторы АЭС» были разработаны и реализованы новые параметры.

Основным параметром, по величине которого принимается решение о глушении, является глубина дефекта в стенке трубы. Глубина определяется аналитиком по фазе сигнала ВТК прибора от индикации. Тем не менее, амплитуда сигнала является важным параметром, так как она пропорциональна объему дефекта. Поэтому амплитуда ВТ сигнала также учитывается при принятии решения о глубине дефекта и соответственно при принятии решения о глушении ТОТ. В настоящее время обсуждается введение глубино-амплитудного критерия глушения на российских парогенераторах. Поэтому был введен анализ амплитуд ВТ

9

сигналов от индикаций: распределение амплитуд для каждого ВТК, вычисление и отображение средних скоростей изменения (роста) амплитуд вихретоковых сигналов от индикаций между ВТК.

Практика показала, что количественная оценка динамики появления новых дефектов наилучшим образом характеризует интенсивность протекания коррозионных процессов в металле ТОТ. Поэтому был расширен анализ новых дефектов и индикаций - рассчитывается относительное количество новых индикаций и дефектов (рисунок 1); проводятся амплитудный и глубинный анализы дефектов - формируется амплитудное и глубинное распределение новых дефектов; рассчитывается доля новых дефектов в новых индикациях.

I 2,175 |

Относительное колкмвство новых индикзди

индика#1и всех типов индика1+*и типа ММ -е- индикации типа С£ индикар« типа ГС

Рисунок 1. Относительное количество новых индикаций

Особенности контроля многих ПГ (нерегулярность контроля, малые объемы контроля, контроль непересекающимися зонами), а также специфика деградации разных ПГ I (расположение индикаций, наличие типичных и нетипичных зон интенсивной деградации), резко снижают возможности анализа на основе абсолютных величин количеств индикаций и дефектов. Переход к отслеживанию динамики величин, отнесенных к объемам контроля (относительных величин), позволяет повысить качество анализа. Поэтому в системе «Парогенераторы АЭС» были реализованны новые виды расчетов относительных величин. Был реализован расчет относительных параметров: относительное количество индикаций (ОКИ); для каждого ВТК рассчитывается абсолютное и относительное количество труб с более чем N индикациями, где N - задаваемая величина.

Основной составляющей систем анализа данных ВТК является картограмма - сечение пучка теплообменных труб, на котором цветом выделены трубы с обнаруженными дефектами. На рисунке 2 приводится картограмма парогенератора ПГВ-440 информационно-

аналитической системы «Парогенераторы АЭС», разработанной и используемой в ОКБ '«ГИДРОПРЕСС».

lM:WWSG_D«c6«e\SSiW< ndb

Рисунок 2. Картограмма ПГ 440 в ИАС «Парогенераторы АЭС»

Зеленым цветом обозначены трубы с допустимыми дефектами, красным цветом - трубы недопустимыми дефектами. На сегодняшний день подобные картограммы являются основным средством отображения дефектов на ТОТ парогенераторов. Но картограмма и различные двумерные схемы не дают полного представления о положении дефектов в объеме грубного пучка. Поэтому, было реализовано трехмерное представление, которое наглядно показывает как расположены дефекты в парогенераторе (рисунок 3).

При вихретоковом контроле в России используются проходные зонды, выходной сигнал -оторых представляет собой суперпозицию (интеграл) сигналов от дефектов, расположенных ^о окружности в одном сечении теплообменной трубы. Это означает, что если в одном сечении трубы есть два дефекта, то проходной зонд выдаст сигнал об одном дефекте с Некоторой усредненной глубиной и амплитудой, равной амплитуде суммарного комплексного Сигнала, полученного суммированием векторов составляющих сигналов на комплексной плоскости. При ВТК длина дефектов не измеряется, фиксируется только координата дефекта. Поэтому все дефекты условно отображаются одинаковой длины (рисунок 3). Для улучшения качества отображения дефектов дистанционирующие решетки и коллектора отображаются

»'СЛОВНО.

JCIJSI JSIil

Бдшеш

О №3886 # N-'788 Й- О Пет по-3 & N-37 Ф №789 Ь О Пвтяя-4

Рисунок 3. Трехмерная модель расположения дефектов ТОТ в парогенераторе

Трехмерное представление наглядно показывает как расположены дефекты в трубном пучке парогенератора. На рисунке 3 зеленым цветом обозначены допустимые дефекты, красным цветом - недопустимые дефекты.

Результаты анализа трехмерного представления подтверждают индивидуальный характер деградации каждого парогенератора даже среди парогенераторов одного блока. Так, на однотипных парогенераторах наблюдается достаточно равномерное распределение дефектов по объему (рисунок 3) и плотные скопления дефектов (рисунок 4). Однако, обнаруживается и много сходных особенностей. На парогенераторах, на которых есть критические зоны, дефекты плотно сосредоточены в этих зонах (по длине ТОТ). Трехмерное представление позволяет более наглядно отображать и оценивать критические зоны.

В трехмерном представлении реализованы следующие возможности (рисунок 3):

- отображение только новых дефектов;

- отображение дефектов за все контроли, за один выбранный контроль, всех дефектов вплоть до выбранного контроля;

- отображение дефектов только выбранного типа и подтипа;

- выделение дефектов, превышающих заданную глубину или амплитуду ВТК сигнала.

- вращение и увеличение масштаба трехмерного представления;

На трехмерном представлении совместно с дефектами возможно отображение зафиксированных вихретоковым контролем шлама и отложений. Данные, поступающие в ОКБ «ГИДРОПРЕСС», содержат только номер ТОТ и координату, соответствующую максимуму интенсивности отложений или середине отложений на ТОТ. Данные не содержат информацию о длине отложений на ТОТ, толщине или профиле отложений.

В связи с неполной информацией возможно только условное отображение отложений и шлама на трехмерном представлении. На рисунке 5 представлен ПГВ-440 с отображением отложений и шлама. Отложения и шлам обозначены синим цветом. В связи с неполнотой передаваемой информации возможны только качественные оценки. На парогенераторах ПГВ-440 и ПГВ-1000 скопления дефектов типа «ММ» (дефекты между решетками) и скопления электропроводящих отложений (тип «ЭБ») располагаются в непосредственной близости. В качестве примера на рисунке 6 приводится ПГВ-440, у которого на длинной стороне имеются по два скопления дефектов, в отличии от ПГВ-1000, у которых на длинной стороне горячего коллектора наблюдается одно скопление дефектов. Данное расположение дефектов характерно для всех ПГВ-440 всех блоков данной АЭС. Такое расположение дефектов определяется расположением отложений, которые также отображаются синим цветом на рисунке 6. На теплообменных трубах, на которых при ВТК обнаруживаются отложения, более вероятно появление дефектов.

~ Рисунок 6. Дефекты, индикации, отложения и шлам в ПГВ-440

В целом, использование трехмерного представления дефектов позволяет точнее оценивать состояние парогенераторов и лучше понимать процессы деградации на них.

В третьей главе приводится статистический анализ появления и развития дефектов. Принципиальным отличием данного анализа от нескольких известных является обобщение данных по всем российским ПГ за все время проведения ВТК. Повторный контроль теплообменных труб в различные ВТК позволяет фиксировать и статистически оценивать

14

явление новых дефектов и изменение ранее обнаруженных дефектов. Обнаруженный кект считается новым, если ранее теплообменная труба была проконтролирована, и в ином месте не фиксировался дефект. На рисунке 7 приводится гистограмма распределения вых дефектов по глубине за все вихретоковые контроли на всех ПГВ-1000 и ПГВ-440. его за все вихретоковые контроли на всех ПГВ-1000 было обнаруженно порядка 1600 вых дефектов (они представлены на гистограмме на рисунке 7 (а), на ПГВ-440 было наружено порядка 8600 дефектов (представлены на гистограмме на рисунке 7 (б).

Распределение новых дефектов по глубине за все контроли на всвх ПГВ-1000

Распределение новых дефектов по глубине за все контроли на всех ПГВ-440

20 ОД ВО во 100 о 10 20 30 ОД 60 60 70 ВО 00 100

Глубина нового дефекта Глубина нового дефекта

а) б)

1сунок 7. Гистограмма распределения новых дефектов по глубине за все контроли на всех В-1000 (а) и ПГВ-440(б).

Для иллюстрации текущего состояния на рисунке 8 приводится гистограмма определения новых дефектов по глубине за последний вихретоковый контроль на всех ГВ-1000 и ПГВ-440.

Распределение новых дефектов по глубине за последний контроль на всех ПГВ-1000

Распределение новых дефектов по глубине за последний контроль на всех ПГВ-440

\

1 / \ \

/ t \ V V

/ \ V

о 10 20 30 40 50 ео 70 80 90 100

Глубина нового дефекта

б)

о 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Глубина нового дефекта

а)

|исунок 8. Гистограмма распределения новых дефектов по глубине за последний контроль на рех ПГВ-1000 (а) и ПГВ-440(б).

Сравнение рисунков 7 и 8 показывает, что наиболее вероятная глубина нового дефект: уменьшилась. Но на рисунках 7 и 8 видно, что глубина значительного количества новы, дефектов превышает критерий глушения 60% - 75% (в разное время и на разных АЭС критерий глушения был различным).

Для оценки изменения ранее обнаруженных дефектов рассматриваются изменени глубин дефектов, соотнесенные ко времени между ВТК. На рисунке 9 представлен:;' гистограммы изменения глубин дефектов за все контроли на всех ПГВ-1000 (а) и ПГВ-440(б) Для всех ПГВ-1000 за все контроли рассматриваются поряка 3100 изменений (приростов глубин; для ПГВ-440 - порядка 4650 изменений (приростов) глубин.

а) б)

Рисунок 9. Гистограмма распределения изменения глубин дефектов за все контроли на всех ПГВ-1000 (а) и ПГВ-440(б).

Для иллюстрации текущего состояния на рисунке 10 приводится гистограмм распределения изменения глубин дефектов за последний вихретоковый контроль на все; ПГВ-1000 и ПГВ-440. На гистограмме на рисунке 10 (а) показано распределение 321, величины, на рисунке 10 (б) - порядка 1660 величин.

По результатам измерений изменения глубин дефектов могут быть отрицательными. Bj данной работе не рассматриваются физические аспекты данного измерительного факта. Однако факты наличия отрицательных изменений глубин дефектов наблюдаются не только! на ПГВ АЭС с ВВЭР. В качестве примера отрицательных приростов глубин дефектов bi диссертации приводится распределение изменения глубин дефектов, отнесенное ко времени между ВТК, на АЭС Arkansas Nuclear One, Unit 2 (ANO-2) с PWR в США.

Изменение глубины дефекта, %/год Изменение глубины дефекта, %/год

а) б)

юунок 10. Гистограмма распределения изменения глубин дефектов за последний контроль I всех ПГВ-1000 (а) и ПГВ-440(б).

Так как новые дефекты образуются с относительно большими глубинами (примерно в >ловине случаев превышающими 60%), то требуется рассмотрение того, как изменяются эвые дефекты в дальнейшем при эксплуатации. Для этого была построена двумерная ютограмма распределения глубин и изменения глубин новых дефектов, обнаруженных за ;е контроли (рисунок 11).

гистограмма распределения новых дефектов по глубине и по изменению глубины за все контроли на всех ПГВ-1000

Рисунок 11. Гистограмма распределения новых дефектов по глубине и по изменению лубины за все контроли на всех ПГВ-1000

На гистограмме видно, что большинство (69%) изменений глубин дефектов находится интервале -3% до 3%. Это означает, что новые дефекты обнаруживаются с относительн большими глубинами, но затем при эксплуатации практически не изменяются (не растут) п глубине. В диссертации приводится аналогичная гистограмма для ПГВ-440. Рассмотрени гистограмм на рисунках 7-11 позволяет сделать вывод о том, что в большинстве случаев пр глушении ТОТ по глубинному критерию глушения причиной является появление новы дефектов.

Для оценки целостности ТОТ ПГ нормативные документы предписывают проводить н только ретроспективный, но и перспективный анализы по результатам контроля трубчатки последующий (до следующего контроля) период эксплуатации. В США широко используете практика формирования прогнозного распределения параметров дефектов (амплитуд, глубин на следующий период эксплуатации (см. главу 1 п. 1.7). В качестве перспективного анализа в данной работе предлагается использовать прогноз количества заглушённых ТОТ.

В методике, рассмотренной в главе 1 п. 1.7 для формирования прогнозного распределения методом Монте-Карло используется распределение приростов амплитуд сигналов ВТК или приростов глубин дефектов (если производится прогноз распределения глубин дефектов). Данная методика в основном применяется для парогенераторов, ТОТ которых изготовлены из сплава 600МА. На практике жесткие требования по объемам контроля для ПГ с ТОТ из сплава 600МА приводили к 100% объемам контроля в течении многих лет. Малые объемы контроля российских парогенераторов не позволяют сформировать представительное распределение приростов глубин дефектов. Поэтому методика, применяемая для краткосрочных прогнозов состояния парогенераторов на АЭС США напрямую не применима для российских парогенераторов.

Поэтому была разработана и реализована программно методика краткосрочного прогнозирования количества глушений теплообменных труб (ТОТ) парогенераторов, основанная на расчете средних скоростей роста (изменения) глубин дефектов. Прогноз рассчитывается, как сумма ТОТ, которые будут заглушены по причине появления новых дефектов и роста старых дефектов, обнаруженных в течение последнего ВТК. Прогноз рассчитывается на 1, 2 и 3 года вперед.

Для прогноза количества глушений труб из-за изменения глубины дефектов используется следующая методика:

1) вычисляются средние скорости роста глубины дефектов по двум последним ВТК;

2) к глубине каждого дефекта, обнаруженного в течение последнего ВТК, прибавляется прирост дефекта за выбранный промежуток времени, который рассчитывается как произведение средней скорости роста глубин дефектов на этот промежуток времени;

3) если полученная на предыдущем шаге сумма превышает критерий глушения труб по глубине, то прогнозируется, что трубка с данным дефектом будет заглушена.

4) учитывается разница в объемах контроля: количества ТОТ, на которых глубина дефектов превысит критерий глушения в планируемый период, умножается на

коэффициент *„ = —, где Л^-планируемый объем контроля (количество ТОТ, шт);

N

N - объем контроля за последний ВТК (количество ТОТ, шт).

Скорость росте глубин дефектов все* топов ее период между смежными ППР

Щр I

ЯП

1938 - 2000 2000 - 2002 2002 - 2004 2004 - 2006 2006 - 2010

Годы проведения Г1ПР

I I Скорость с учетом отр. и нул. приростов l£*fUM Скорость с учетом нулевых приростов .

I_[ Скорость без учета отр. и нул. приростов ¡^И Скорость: все отрицательные приросты - 0 |

I Рисунок 12. Средние скорости роста глубин дефектов

Средняя скорость роста дефекта может быть вычислена следующими способами рсунок 12):

1) Отношение суммы всех приростов глубин дефектов к количеству повторяющихся фектов и к времени между ВТК («Скорость с учетом отрицательных и нулевых приростов»

рисунке 12). V, = = —Ap 1Д"—, где Д-все приросты глубин, Ар-положительные

п • t (пр + п0 + и„) • /

иросты глубин, дп -отрицательные приросты глубин; п - количество повторяющихся |фектов, t - время между ВТК,

,п0,пп- количество повторяющихся дефектов соответственно с положительными, нулевыми отрицательными приростами глубин.

2) Отношение суммы приростов глубин дефектов, в которой отрицательны приросты были заменены нулями к количеству повторяющихся дефектов и к времени межд

ВТК («Скорость: все отрицательные приросты =0» на рисунке 12) У2 =

(,пр +п0 + п„)Ч

3) Отношение суммы всех положительных и нулевых приростов глубин дефектов количеству повторяющихся дефектов с положительными или нулевыми приростами глубин к времени между ВТК («Скорость с учетом нулевых приростов» на рисунке 12) У3

Д,

4) Отношение суммы всех положительных приростов глубин дефектов к количеств повторяющихся дефектов с положительными приростами глубин («Скорость без учет

отрицательных и нулевых приростов» на рисунке 12) У4 = .

Очевидно, что У4 >= У3 >= У2 >= Уь так как Д"->= -^->= А" ^А" ^

Различные методы расчета скоростей соответствуют разным степеням консервативност прогнозов. Прогноз на основе средней скорости без учета отрицательных и нулевые приростов (У4) является самым консервативным, так как в нем учитываются тольк положительные приросты. Прогноз на основе средней скорости с учетом отрицательных I нулевых приростов (V]) является наименее консервативным.

Для прогноза количества глушений труб из-за изменения глубины дефектов строите; график (рисунок 13). Каждая из прогнозных кривых на рисунке 13 соответствует одной и: средних скоростей изменения глубин дефектов.

Прогноз на основе ППР |ОЭ2010 -) Портовое значен!« глуЛены. * [75 р Учнтъвать раэднищ о&ьенов контроля |[Рассчитвть]| Рассчитать для все« ПГ

П пантрзе.к^й оЬьам ыхтроло через 1 Г!*д.шг|1«С Плалтрузмый объем пмтропя через 2 года. шт |14С0 Планаденый абьт ксмтроля через Э года, итт 11ДОО

Су.»*ар«еЛ прогноз полелеян новы* и роста дефектов | Прогноз появления новей дефекте» Прогноз роста дефектов | Птоетоз ■ "у» —ну тотиз-зерзста ц»(«тоз

Рисунок 13 - прогноз количества заглушённых труб из-за изменения глубины дефектов

20

Прогноз появления новых дефектов рассчитывается как произведение числа новых оектов, превышающих критерий глушения, обнаруженных во время последнего ВТК, на .ффициент, учитывающий разницу в объемах контроля (рисунок 16). При этом ^полагается, что каждый новый дефект появится на отдельной трубе.

Для того чтобы уменьшить влияние различий в объемах и расположении зон контролей юльзуется разбиение трубного пучка на зоны и расчет относительного количества новых |,ектов отдельно для каждой зоны. Для ПГВ-1000 используется разбиение (рисунок 14) на 6

[сунок 14. Схема разбиения трубного пучка 111 B-1UUU на зоны

тя

ПГВ-440 предлагается разбиение на четыре зоны (рисунок 15).

Ш шщ & ЩКШмш^ШвпШ;, УШ&тт

Wfe. ЕЭ : '1 ш И ■ШшШШшШИЖ ^н

исунок 15. Схема разбиения трубного пучка ПГВ-440 назоны

случае, если известно расположение зоны планируемого контроля, то прогноз появления ювых дефектов рассчитывается для ПГВ-1000 как:

. -1 . ,Л \т5 Агб

р

Kv з +N-V>

plan + Vplan + ~ + "5 VP+ D6 i>'<" '

рЪ рюп р4 Р"" р5 ' р

|дя ПГВ-440 прогноз появления новых дефектов

+ где-

« pi plan pi v plan pi y plan T p4 y plan > »Mb.

К - прогнозное количество новых дефектов;

количество новых дефектов, обнаруженных во время последнего контроля, соответственно в 1...6 зонах трубного пучка ПГ;

Р'...Р6- пересечения зоны последнего контроля со всеми предыдущими зонами контролен соответственно в 1 ...6 зонах трубного пучка ПГ;

^'plan '' 'plan

-планируемые объемы контроля соответственно в 1 ...6 зонах трубного пучка ПГ.

В случае, если известен только объем планируемого контроля, но не известно расположение зоны планируемого контроля, то прогноз появления новых дефектов рассчитывается для ПГВ-1000 и ПГВ-440 как:

N. г/

= -jf-VpLa, где:

Nu - количество новых дефектов, обнаруженных во время последнего контроля; Р - пересечение зоны последнего контроля со всеми предыдущими зонами контролен; vPhn -планируемый объем контроля.

При расчете прогноза считается, что глубина новых дефектов будет изменяться с

средней скоростью изменения глубин всех дефектов за период между последними смежным;

контролями.

Прогхга не ссяив ППР ■ JQ92010 Поютаюе г^шы * ¡75 р Ычпыигь paaiwia овьемте .«рог» Рвс™татьплЯЯм*п^

Пг»Н1!т>1Йойьвммжтро/1д«рм1 ги шг|М00 овьем вдиттага черве 2 гии.шг|!«0 Пмивдм^йойьем««фолячврееЗгте шт|1НЮ

Су^ир^ЛгТОНтпствпаыоииыяиксгадв««™ Пигноэ поделено теы.цеф«.тсе | Пропни ростадефектов | "-Ц|> ,|

Рисунок 16 - прогноз появления и изменения новых дефектов.

В большинстве случаев при глушении ТОТ по глубинному критерию глушения «иной является появление новых дефектов.

Прогноз рассчитывается, как сумма ТОТ, которые будут заглушены по причине вления новых дефектов и роста старых дефектов, обнаруженных в течение последнего К. Результаты прогноза выводятся в виде графика (рисунок 17).

Основными факторами, снижающими достоверность прогнозов, являются:

1. Нерегулярный и недостаточный по объему ВТК теплообменных труб.

2. Отсутствие информации о планируемом объеме и зоне контроля (в каком количестве и в какой части трубного пучка будут проконтролированны ТОТ). При проведении расчетов прогнозов условно в качестве планируемого объема контроля берется объем последнего ВТК. (Если объем последнего ВТК был менее 500 ТОТ, то в качестве планируемого объема контроля берется 2000 ТОТ).

3. Возможные погрешности при определении координат дефектов.

4. Наличие человеческого фактора при определении параметров дефектов по ВТ сигналу и при принятии решения о глушении ТОТ.

'HI.'.IJ!l.4.IJ..IJ!l.!I.IJI!imHI—inillli Г П. - • -------

Прогноз на основе ППР • 109.2010 ^J Пороговое значение глубины X [75 F Убывать раздницу объемов контроля |ГРассчигатъ)| Рассчитать для всех ПГ |

П лагкруемы?. объем контроля через 1 год. шт (1400 Ппанируемый объем контроля через 2 гада, ил ¡1400 Планируемяй объем контроля через 3 года, шт fÍ400~

Суммарный прогноз появ ления новых и роста дефектов | Прогноз появления новьк дефектов) Прогноз роста дефектов |

—в—скорость с учетом отрицательных и нулевых приростов( 1.00) о скорость без учете отрицательных и нулевых приростов( 2,56) —»—скорость с учетом нулевых приростов( 2,31 ) » скорость: все отрицательные приросты «0( 1,7 ) • Глушения___

Рисунок 17 - прогноз количества заглушённых труб

Суммэдньй прогноз тушения ТОТ из-м появления новых и роста старых дефектов

Для того чтобы иметь возможность проверки адекватности прогноза ретроспективны методом была реализована возможность выбора ВТК, на основе которого будет составлять прогноз. Если выбирается год не последнего ВТК, то на графике также выводится реальн число наблюдавшихся дефектов, превышающих критерий глушения, что и обеспечивае ретроспективную проверку предложенной методики.

В качестве окончательного прогноза используется прогноз, рассчитанный на основ скорости У2, так как она не учитывает только отрицательные приросты дефектов. С 2009 год с помощью разработанной методики и программного средства рассчитываются прогноз глушений ТОТ для всех парогенераторов АЭС с ВВЭР. Наблюдается хорошее совпадени прогнозных и реальных количеств глушений.

Принципиальным отличием данной методики от других является учет всех дефектов каждом конкретном парогенераторе, а также отслеживание их индивидуальной динамики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны новые параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик тветствующих этому состоянию ВТ сигналов:

- введен анализ амплитуд вихретоковых сигналов от индикаций: распределение амплитуд ВТ сигналов для каждого ВТК, вычисление и отображение средних скоростей изменения (роста) амплитуд индикаций между ВТК;

- анализ новообразований: рассчитывается относительное количество новых индикаций и дефектов; проводится амплитудный и глубинный анализ дефектов: формируется амплитудное и глубинное распределение новых дефектов; рассчитывается доля новых дефектов в новых индикациях;

- расчет относительных параметров: относительное количество индикаций; для каждого ВТК рассчитывается абсолюное и относительное количество труб с более чем N индикациями, где N - задаваемая величина.

2. Разработана и реализована трехмерная модель расположения дефектов теплообменных б в парогенераторах. Реализовано отображение отложений и шлама в объеме трубного

чка ТОТ. Использование трехмерного представления дефектов позволяет точнее оценивать

стояние ТОТ парогенераторов.

3. На парогенераторах ПГВ-440 и ПГВ-1000 скопления дефектов типа «ММ» (дефекты жду решетками) и скопления электропроводящих отложений (тип «ЭО») располагаются в посредственной близости. На теплообменных трубах, на которых при ВТК наруживаются отложения, более вероятно появление дефектов.

4. Рассмотрены и статистически обобщены данные по появлению новых дефектов и витию ранее обнаруженных дефектов на всех парогенераторах за все время проведения

ГК. Образование новых дефектов на ТОТ парогенераторов ПГВ-440 и ПГВ-1000 оисходит с относительно большой глубиной (в более половине случаев превышающей 60% лщины стенки трубы). Затем при эксплуатации глубина дефектов практически не меняется (не растет). В большинстве случаев при глушении ТОТ по глубинному критерию шения причиной является появление новых дефектов.

5. Разработана и реализована методика краткосрочного прогнозирования количества шений теплообменных труб парогенераторов. Прогноз рассчитывается, как сумма ТОТ,

торые будут заглушены по причине появления новых дефектов и роста старых дефектов, наруженных во время последнего ВТК.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах

1. Тесленко М. В. Расположение дефектов на теплообменных трубах парогенераторо Прогнозирование количества заглушённых труб. Москва: журнал «Тяжело машиностроение» № 8,2012 год.

2. Тесленко М. В., Бергункер В. Д. «Развитие информационно-аналитической систем «Парогенераторы АЭС»», Научно-технический сборник «Вопросы атомной науки техники» серия «Обеспечение безопасности АЭС» выпуск 26, Подольск, 2010 год, стр. 113

3. Тесленко М. В. Анализ состояния теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР н основе данных вихретоковых контролей. Международная научно-техническая конференци «Конструкционная прочность материалов и ресурс оборудования АЭС "РЕСУРС-2012"> Тезисы докладов. Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко, г. Киев, 2012 год, с 206.

4. Тесленко М. В. Трехмерное представление дефектов теплообменных труб парогенератора, Научно-технический сборник «Вопросы атомной науки и техники» сери «Обеспечение безопасности АЭС» выпуск 31, Подольск, 2012 год, стр. 62.

5. Тесленко М. В. Расположение дефектов на теплообменных трубах парогенераторо Годовой отчет об основных научно-технических работах ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС» з 2011 год. Подольск, 2012 год, стр. 226.

6. Тесленко М. В. Анализ состояния теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР н основе данных вихретоковых контролей. Научная сессия НИЯУ МИФИ-2013, секци «Современные проблемы надежности оборудования АЭС», Аннотации докладов, том1 Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ, г. Обнинск, 2013 год, стр. 238.

7. Тесленко М. В. Анализ состояния и прогнозирование дефектности теплообменных тру парогенераторов АЭС с ВВЭР с применением информационной системы. Материалы 8-о международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС ВВЭР», ISBN 978-5-94883-130-5. ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, 2013 год.

Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени

и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС"

04201361133

ТЕСЛЕНКО МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДЕФЕКТНОСТИ ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ АЭС С ВВЭР

Специальность 05.14.03 - «Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации»

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

на правах рукописи

Подольск-2013

Введение.........................................................................................................................................4

Глава 1. Обзор методов оценки и прогнозирования состояния ТОТ ПГ АЭС........................7

1.1 Конструктивное исполнение парогенераторов ПГВ-1000 АЭС с ВВЭР.......................7

1.2 Водно-химический режим парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000....................................9

1.3 Вихретоковый контроль ТОТ...........................................................................................10

1.4 Виды и механизмы повреждения ТОТ............................................................................12

1.5 Методики оценки и прогнозирования состояния ТОТ АЭС с ВВЭР...........................14

1.5.1 Параметры оценки дефектного состояния ТОТ......................................................14

1.5.2 Модель зарождения и роста дефектов......................................................................20

1.5.3 Методика оценки остаточного ресурса ТОТ ПГ.....................................................21

1.6 Метод долгосрочного прогноза количества заглушённых ТОТ...................................24

1.7 Методики оценки и прогнозирования состояния ТОТ АЭС с Р"\\П в США...............25

1.8 Рекомендации МАГАТЭ по методикам оценки и прогнозирования состояния ТОТ АЭС с ВВЭР.............................................................................................................................29

1.9 Выводы по первой главе...................................................................................................33

Глава 2. Параметры оценки дефектного состояния теплообменных труб парогенераторов. Расположение дефектов и отложений на ТОТ ПГ...................................................................34

2.1 Параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ.......................................................34

2.1.1 Анализ амплитуд ВТ сигналов от дефектов и индикаций......................................34

2.1.2 Анализ новых дефектов и индикаций......................................................................35

2.2 Расположение дефектов и отложений на теплообменных трубах парогенераторов..39

2.2.1 Информационно-аналитические системы для хранения, обработки и анализа данных вихретоковых контролей.......................................................................................39

2.2.2 Трехмерная модель расположения дефектов ТОТ в парогенераторах.................41

2.2.3 Расположение дефектов, индикаций и отложений на теплообменных трубах парогенераторов..................................................................................................................46

2.3 Выводы по второй главе...................................................................................................51

Глава 3. Прогноз количества глушений теплообменных труб...............................................53

3.1 Относительные параметры дефектности и химические показатели продувочной воды в парогенераторах..........................................................................................................53

3.2 Статистический анализ появления и развития дефектов..............................................61

3.2 Методика краткосрочного прогнозирования количества глушений теплообменных

труб...........................................................................................................................................67

Выводы по третьей главе........................................................................................................74

2

Основные результаты работы....................................................................................................75

Перечень принятых сокращений................................................................................................77

Литература...................................................................................................................................79

Приложение. Коэффициенты корреляции между параметрами дефектности и концентрациями примесей в продувочной воде второго контура..........................................84

Введение

Парогенератор АЭС с ВВЭР является составной частью циркуляционной петли ядерной паропроизводящей установки. При эксплуатации парогенераторов (ПГ) на теплообменных трубах (ТОТ) образуются дефекты, которые могут стать причиной разгерметизации первого контура АЭС. Основным механизмом повреждения ТОТ является коррозионное растрескивание под напряжение, которое обуславливается наличием коррозионно-активной среды и воздействием механических напряжений.

В период проведения планово-предупредительного ремонта на АЭС проводится вихретоковый контроль (ВТК) теплообменных труб парогенераторов. ВТК позволяет обнаруживать дефекты и индикации на теплообменных трубах. Под индикацией в ВТК ТОТ понимается любое отклонение сигнала контролирующей установки от эталонных значений. Дефект - это индикация с приписанной глубиной. Если глубина дефекта превышает пороговое значение, то теплообменная труба, на которой он расположен, подлежит выводу из эксплуатации (глушению).

ВТК позволяет получать большие объемы информации о состоянии ТОТ. Для хранения, обработки, представления и анализа этой информации в ОКБ «ГИДРОПРЕСС» с участием автора разработана информационно-аналитическая система (ИАС) «Парогенераторы АЭС». Накопленный за время эксплуатации системы опыт свидетельствует о необходимости пересмотра некоторых подходов к анализу данных ВТК контроля. Практика показала, что для оценки состояния ПГ на основе данных вихретокового (ВТ) контроля необходима разработка новых параметров оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик соответствующих этому состоянию ВТ сигналов. Так, в частности, введение глубино-амплитудного критерия глушения ТОТ ПГ потребует более детального анализа амплитуд дефектов. В связи с необходимостью решения проблемы повышения надежности и увеличения сроков службы парогенераторов разработка новых параметров оценки состояния ТОТ на основе данных ВТК является актуальной проблемой.

ИАС «Парогенераторы АЭС» содержит картограммы ПГ - сечение пучка теплообменных труб с выделенными цветом ТОТ, на которых были обнаружены дефекты. На сегодняшний день подобные картограммы являются основным средством отображения дефектов на ТОТ парогенераторов. Но картограмма и различные двумерные схемы не дают полного представления о положении дефектов в объеме трубного пучка. Разработка трехмерной модели расположения дефектов ТОТ в объеме трубного пучка ПГ позволила бы выявить закономерности распределения дефектов на ТОТ.

Для оценки целостности ТОТ ПГ нормативные документы предписывают проводить не только ретроспективный, но и перспективный анализы по результатам контроля трубчатки в последующий (до следующего контроля) период эксплуатации. В США широко используется практика формирования прогнозного распределения параметров дефектов (амплитуд, глубин) на следующий период эксплуатации. В качестве перспективного анализа в данной работе предлагается использовать прогнозы количества ТОТ, которые будут заглушены после проведения очередного ВТК.

Цели и задачи научного исследования

Главной целью является повышение уровня безопасности эксплуатации парогенераторов на основе более точной оценки состояния теплообменных труб. Для этого ставились следующие задачи:

- разработать новые параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик соответствующих этому состоянию ВТ сигналов;

- разработать трехмерную модель расположения дефектов в объеме трубного пучка ТОТ;

- установить закономерности распределения дефектов на ТОТ;

- провести статистический анализ появления и развития дефектов на основе данных ВТК всех ПГ за все время проведения ВТК.

- разработать методику прогноза количества ТОТ, которые будут заглушены после проведения очередного ВТК.

Научная новизна:

1 Разработаны новые параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик соответствующих этому состоянию ВТ сигналов (анализ амплитуд вихретоковых сигналов от индикаций, анализы количества новых дефектов и индикаций). С использованием результатов статистической обработки накопленных данных вихретокового контроля выявлены статистические закономерности количественного распределения дефектов, образующихся на поверхности ТОТ.

2 С использованием разработанной трехмерной модели расположения дефектов теплообменных труб выявлены закономерности распределения дефектов по объему трубного пучка парогенераторов.

3 Разработана и реализована методика краткосрочного прогноза количества

теплообменных труб парогенераторов, которые будут заглушены после проведения очередного ВТК.

Степень достоверности результатов работы подтверждается применением апробированного математического аппарата статистических исследований к обработке и анализу больших объемов реальных данных эксплуатационного ВТК и совпадением прогнозируемых характеристик о состоянии ТОТ ПГ с полученными на практике результатами.

Практическая ценность выполненных работ заключается в следующем:

Разработаны новые параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик соответствующих этому состоянию ВТ сигналов. Был введен анализ амплитуд ВТ сигналов от дефектов и индикаций. Практика показала, что количественная оценка динамики возникновения новых дефектов наилучшим образом характеризует интенсивность протекания коррозионных процессов в металле ТОТ. Поэтому были разработаны параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ и характеристик соответствующих этому состоянию ВТ сигналов. Разработанные параметры использовались при выпуске отчетов «Анализ состояния ТОТ ПГ АЭС с РУ ВВЭР по итогам ВТ контроля» за 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 годы в ОКБ «ГИДРОПРЕСС».

Картограммы и различные двумерные схемы не дают полного представления о положении дефектов в объеме трубного пучка. Была программно реализована трехмерная модель расположения дефектов ТОТ в парогенераторах. На основе анализа расположения дефектов во всех ПГ представлены закономерности расположения дефектов в объеме трубного пучка ПГ. Разработанная трехмерная модель расположения дефектов ТОТ в ПГ использовалось при выпуске отчетов «Анализ состояния ТОТ ПГ АЭС с РУ ВВЭР по итогам ВТ контроля» за 2011, 2012 год.

Разработана и реализована методика краткосрочного прогнозирования количества заглушённых труб парогенераторов. Под краткосрочным прогнозом понимается прогноз количества ТОТ, которые будут заглушены, на 1, 2 и 3 года вперед. По данной методике формировались прогнозы количества заглушённых ТОТ, которые включались в ежегодные отчеты «Анализ состояния ТОТ ПГ АЭС с РУ ВВЭР по итогам ВТ контроля» с 2009 года. Наблюдается хорошее совпадение прогнозных и реальных количеств глушений ТОТ.

Глава 1. Обзор методов оценки и прогнозирования состояния ТОТ ПГ АЭС

1.1 Конструктивное исполнение парогенераторов ПГВ-1000 АЭС с ВВЭР

Парогенератор АЭС с ВВЭР является составной частью циркуляционной петли ядерной паропроизводящей установки и предназначен для выработки сухого насыщенного пара за счет тепла, переносимого в парогенератор из активной зоны ядерного реактора теплоносителем первого контура /1/. Сухой насыщенный пар, вырабатываемый парогенератором, используется в турбогенераторных установках для производства электроэнергии.

А

А-А

Рисунок 1. Общий вид парогенератора ПГВ-1000 /2/.

Основные узлы парогенератора: 1 - корпус с патрубками различного назначения; 2 -пучок теплообменных труб с элементами крепления и дистанционирования; 3 - коллектор теплоносителя первого контура; 4 - устройство подвода и раздачи питательной воды; 5 -устройство подвода и раздачи питательной воды в аварийных режимах; 6 - пароприемный

дырчатый лист; 7 - погруженной дырчатый лист; 8 - устройство подачи химических реагентов.

Корпус парогенератора представляет собой сварной горизонтальный цилиндрический сосуд общей длиной 14540 мм (включая крышки люков - лазов), и внутренним диаметром 4000 мм. К цилиндрической части корпуса приварены эллиптические днища. Материал корпуса - легированная конструкционная сталь 10ГН2МФА /3/.

Коллекторы первого контура являются основными составными частями парогенератора и представляют собой вертикальные сосуды, предназначенные для раздачи теплоносителя в теплообменные трубы ("горячий коллектор") и сбора теплоносителя из теплообменных труб ("холодный коллектор"). Коллектор первого контура представляет собой толстостенный цилиндр переменных диаметров и толщин. Общая высота составляет 4970 мм, максимальный диаметр 1176 мм при максимальной толщине стенки 171 мм.

Теплообменная поверхность состоит из 11000 труб 16x1,5 мм из стали 08Х18Н10Т. Теплообменные трубы выполнены в виде и-образных змеевиков и скомпонованы в теплообменный пучок.

Трубы закрепляются в коллекторах путем обварки концов с внутренней поверхностью коллектора. По толщине стенки коллектора проводится вальцовка труб с механической довальцовкой у наружной поверхности коллектора до полного устранения зазора (щели).

Рисунок 2. Устройство дистанционирования ПГВ-1000 /4/.

Коллектор пара расположен над парогенератором. Он состоит из трубы 630x25 мм и днища из стали 16ГС, десяти гнутых труб - колен Ду 200 из стали 20К коллектору пара на монтаже подсоединяется станционный трубопровод пара.

1.2 Водно-химический режим парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000

Нормирование показателей качества водного режима АЭС с ВВЭР осуществляется с целью предотвращения коррозионных и эрозионных повреждений металла и обеспечения минимального уровня отложений на поверхности ТОТ ПГ и другом оборудовании второго контура. Качество питательной и продувочной воды парогенераторов ПГВ-1000 определяется нормами /5/, основные параметры которых приведены в таблице 1.

Таблица 1 Нормы качества питательной и продувочной воды парогенераторов ПГВ-1000.

Наименование пробы Питательная вода Продувочная вода

Гидразинно-аммиачный ВХР Морфо-линовый ВХР Этанол-аминовый ВХР Гидразинно -аммиачный ВХР Морфо-линовый ВХР Этанол-аминовый ВХР

Величина рН 9,0±0,2 8,9-9,3 9,0-9,2 8,5-9,2 8,5-9,4 9,0-9,7

Концентрация морфолина, мг/дм3 - 2,5-4,5 - не нормируется

Концентрация этаноламина, мг/дм3 - - 0,8-1,2 не нормируется

Концентрация о гидразина, мкг/дм > ю не нормируется

Удельная электропроводимость Н-катионированной пробы, мкСм/см <0,3 <5

концентрация натрия, мкг/дм3 не нормируется <300

концентрация хлорид-ионов, мкг/дм3 не нормируется < 100

концентрация сульфат-ионов, мкг/дм3 не нормируется <200

Концентрация железа, мкг/дм <15 не нормируется

Концентрация меди, мкг/дм3 <2,5 не нормируется

Концентрация о кислорода, мкг/дм < ю не нормируется

Концентрация нефтепродуктов, мкг/дм3 < 100 не нормируется

Одними из основных источников загрязнения теплоносителя второго контура являются присосы охлаждающей воды через неплотности конденсаторов турбин /5/.

Для поддержания качества теплоносителя второго контура производится продувка ПГ с целью выведения растворимых и не растворимых примесей. Во время работы на мощности производится непрерывная и периодическая продувка ПГ. Непрерывная продувка осуществляется из «солевого» отсека для поддержания в теплоносителе допустимых концентраций растворенных примесей. Периодическая продувка осуществляется из нижней образующей корпуса ПГ и карманов коллекторов.

9

Периодическая продувка служит для кратковременного сброса относительно больших количеств воды со значительным содержанием твердых частиц.

Для удаления отложений с поверхности ТОТ проводятся химические промывки ПГ. Химические промывки должны проводиться при удельной загрязненности трубного пучка

л

100г/м и более на любом контролируемом участке.

1.3 Вихретоковый контроль ТОТ

Во время проведения планово-предупредительного ремонта на АЭС проводится вихретоковый контроль (ВТК) теплообменных труб парогенераторов /6/. Для проведения вихретоковых контролей используются специальные установки, монтируемые в коллектор парогенераторов (рисунок 3). Внутри теплообменной трубки проходит зонд, формирующий переменное электромагнитное поле. Дефекты искажают это поле. По отклонению сигнала обнаруживают дефект и оценивают его характеристики. По фазе сигнала от дефекта аналитики определяют глубину дефекта, амплитуда сигнала пропорциональна объему дефекта.

Рисунок 3. Установка вихретокового контроля /7/

На российских АЭС с 1995 года используются установки французской фирмы "Интерконтроль". С 2007 года на ряде АЭС началось применение комплексов германского производства фирмы "Сименс" с ВТК - прибором типа "MIZ" (Калининская АЭС и Нововоронежская АЭС) и испанского производства фирмы "Tecnatom S.A." с ВТК-прибором типа "TEDDY 8" (Кольская АЭС) /9/. В новых установках ВТК применяются, отличающиеся от использовавшихся до сих пор, калибровки зондов, методики интерпретации и типизации индикаций. В свою очередь это создает проблемы для автоматизированной обработки результатов измерений и их анализа.

На российских АЭС используются только проходные зонды (рисунок 4). Использование проход