автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Экспериментально-расчетное обоснование проектного ресурса трубного пучка парогенератора ПГВ-1000МКП на основе исследований коррозионных процессов

004684925

На правах рукописи УДК 621.18:621.039

ПОПАДЧУК ВАЛЕРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНОГО РЕСУРСА ТРУБНОГО ПУЧКА ПАРОГЕНЕРАТОРА ПГВ-1000МКП НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЙ КОРРОЗИОННЫХ

ПРОЦЕССОВ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подольск-2010

1 О ИЮН 2010

004604925

На правах рукописи УДК 621.18:621.039

ПОПАДЧУК ВАЛЕРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНОГО РЕСУРСА ТРУБНОГО ПУЧКА ПАРОГЕНЕРАТОРА ПГВ-1000МКП НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЙ КОРРОЗИОННЫХ

ПРОЦЕССОВ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подольск-2010

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

Николай Борисович Трунов

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Александр Степанович Зубченко

кандидат технических наук Харина Ирина Лазаревна

Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций» (ОАО «ВНИИАЭС»)

Защита состоится^! июня 2010 года в 11 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д418.001.01 ОКБ "ГИДРОПРЕСС" по адресу: 142103, г. Подольск Московской области, ул. Орджоникидзе, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОКБ "ГИДРОПРЕСС".

Отзыв на автореферат диссертации в количестве двух экземпляров, заверенных гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 142103, г. Подольск Московской области, ул. Орджоникидзе, 21, ученый совет ОКБ "ГИДРОПРЕСС".

Автореферат разослан «_» мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

А.Н. Чуркин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Согласно Федеральной целевой программе "РАЗВИТИЕ АТОМНОГО ЭНЕРГОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ НА 2007 - 2010 ГОДЫ И НА ПЕРСПЕКТИВУ ДО 2015 ГОДА" предусматривается ускоренное строительство атомных электростанций и ввод в эксплуатацию 10 новых энергоблоков атомных электростанций общей установленной мощностью не менее 9,8 ГВт. Основная часть этих энергоблоков будет оснащена реакторными установками с ВВЭР.

В АЭС с легководяными реакторами типа ВВЭР одним из важнейших элементов РУ является парогенератор (ПГ).

В настоящее время на АЭС с ВВЭР эксплуатируются ПГ типа ПГВ440 и ПГВ-1000. На ряде АЭС парогенераторы типа ПГВ-440 эксплуатируются за пределом проектного срока службы 30 лет. Максимальная наработка ПГВ-1000 различных модификаций достигла более 170 тысяч часов.

Всего в эксплуатации находится 162 ПГ типа ПГВ-440 и 112 типа ПГВ-1000. Строятся и вводятся в эксплуатацию новые АЭС с ВВЭР-1000.

Для АЭС с ВВЭР-1000 нового поколения разработан парогенератор ПГВ-1000МКП с коридорной компоновкой ТОТ в трубном пучке, для которого установлен проектный срок эксплуатации 60 лет.

Процесс генерации пара сопровождается накоплением на теплообменной поверхности отложений продуктов коррозии, поступающих с питательной водой, и концентрированием в них коррозионно-активных примесей.

По мере роста толщины отложений концентрация хлоридов в них возрастает, достигая у поверхности ТОТ критических значений, при которых происходит разрушение защитной оксидной пленки на стали 08Х18Н10Т, которая является конструкционным материалом ТОТ. При этом могут возникнуть условия для развития локальных дефектов, таких как растравы и питтинги. Вершины питгингов, являясь эффективными концентраторами напряжений, могут служить исходными участками для коррозионного растрескивания материала ТОТ в процессе эксплуатации ПГ, что в конечном итоге приводит к приводит к выходу ТОТ из строя.

Так по причине проблем с ТОТ, на различных АЭС заменены 248 вертикальных ПГ и 11 горизонтальных. Но если для вертикальных ПГ выход из строя трубчатки и их замена помимо коррозионных повреждений были также обусловлены виброизносом, денгингом, то все горизонтальные ПГ были заменены по причине коррозионных повреждений ТОТ.

Основными требованиями к ПГ для АЭС, как известно, являются:

- надежное и постоянное охлаждение активной зоны реактора во всех режимах работы АЭС;

- высокие требования по обеспечению межконтурной плотности элементами теплообмена, которые помимо выполнения теплотехнических функций являются границей (барьером) высокорадиоактивного теплоносителя первого контура.

Именно высокие требования к обеспечению межконтурной плотности элементами теплообмена делают проблему повышения надежности и ресурса трубного пучка ПГ в процессе эксплуатации весьма актуальной, особенно, при увеличении срока службы как АЭС с ВВЭР нового поколения, так и находящихся в эксплуатации. При этом, обеспечение увеличенного ресурса теплообменных труб (ТОТ) ПГ связано с решением задачи снижения коррозионной деградации трубного пучка в процессе его эксплуатации.

Настоящая работа проведена для обоснования проектного ресурса трубного пучка ПГ для новых АЭС с реакторными установками (РУ) типа ВВЭР-1000 и рекомендаций по совершенствованию регламентов режимов их эксплуатации на основе проведения специальных экспериментальных и исследовательских работ по изучению коррозионных процессов на ТОТ в процессе эксплуатации горизонтальных ПГ.

Эксперименты и исследования проводились в ОКБ «ГИДРОПРЕСС» на модели трубных пучков в составе стенда-имитатора АЭС.

Цель проводимых работ

Целью диссертационной работы являлось экспериментальное уточнение закономерностей образования и развития коррозионных повреждений трубчатки горизонтальных ПГ в процессе различных режимов эксплуатации; исследования несущей способности ТОТ с дефектами; проведение расчетных оценок образования и развития коррозионных повреждений металла ТОТ в процессе эксплуатации горизонтальных ПГ для прогноза их ресурса; экспериментальное обоснование конструкторских решений и рекомендаций по мероприятиям, направленным на совершенствование регламентов эксплуатации и минимизацию коррозионных процессов на трубном пучке ПГ.

Научная новизна

1. На основании экспериментальных исследований развиты представления по воздействию различных режимов эксплуатации ПГ и их нарушений на коррозионные процессы на ТОТ и разработана блок-схема сценариев влияния режимов эксплуатации ПГ как на зарождение и развитие дефектов, так и на минимизацию коррозионных процессов.

2. Впервые экспериментально показано влияние стояночного и нестационарных режимов эксплуатации горизонтального ПГ на зарождение и развитие трещин в металле ТОТ.

3. Впервые проведены исследования несущей способности ТОТ с натурными дефектами.

4. Экспериментально обоснованы конструкторские решения, направленные на повышение надежности и обеспечение проектного ресурса трубного пучка ПГ типа ПГВ-1000МКП.

5. Экспериментально обоснованы разработанные и внедренные мероприятия, направленные на совершенствование регламента эксплуатации и минимизацию коррозионных процессов на трубном пучке ПГ

Практическая значимость

Результаты проведенных работ по оценке влияния режимов эксплуатации ПГ и их нарушений на коррозионные процессы на ТОТ дают возможность принятия

обоснованных решений по совершенствованию регламента отдельных режимов эксплуатации ПГ (стоянки, гидравлических испытаний, пуска, работы на мощности, останова).

Разработанные и экспериментально обоснованные рекомендации по совершенствованию регламентов режимов эксплуатации были использованы при разработке инструкций по эксплуатации ПГ для действующих и новых АЭС с ВВЭР.

Проведенными экспериментальными работами и расчетными оценками обоснован проектный ресурс трубного пучка ПГ типа ПГВ-1000МКП.

Достоверность

Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается применением при проведении экспериментов аттестованных контрольно-измерительных приборов, применением современных средств исследований материалов, соответствием полученных результатов известным литературным данным по теоретическим основам коррозионных процессов и результатам исследований других авторов.

Личный вклад автора в полученные результаты

Автор диссертационной работы принимал непосредственное участие в постановке задач на экспериментальные исследования, разработке программ-методик проведения экспериментов и исследований, проведении экспериментов, исследований, обработке результатов и выпуске научно-технических отчетов.

На защиту выносятся

Результаты экспериментальных исследований по влиянию режимов эксплуатации горизонтальных ПГ на образование и развитие коррозионных дефектов на ТОТ.

Результаты экспериментов по оценке несущей способности ТОТ с дефектами;

Экспериментальное обоснование конструкторских решений трубного пучка ПГ типа ПГВ-ЮООМКП.

Расчетные оценки по обоснованию проектного ресурса трубного пучка ПГ типа ПГВ-ЮООМКП.

Апробация работы и публикации

По результатам работы сделаны сообщения на Международных семинарах по горизонтальным парогенераторам в 2004, 2006 и 2010 г.г. в г. Подольске, Международной конференции по водно-химическим режимам (ВХР) атомных электростанций (АЭС) в г. Берлине, Германия, в 2008 г. и Международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» в г. Подольске в 2009 г.

По теме диссертационной работы имеются публикации в рецензируемых журналах «Атомная энергия», «Тяжелое машиностроение» и «Теплоэнергетика».

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 разделов и выводов, 122 страницы текста, 50 иллюстраций, 22 таблиц и списка литературы из 58 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы и практическая ценность диссертационной работы, показана целесообразность проведенных экспериментальных исследований и научная новизна, сформулированы решаемая научно-техническая задача, цель и основные положения, выносимые на защиту, приведены сведения о структуре и общем содержании диссертации.

В первом разделе рассмотрены конструкция горизонтальных ПГ и их теплогидравлические параметры. Показано, что в процессе эксплуатации ПГ на поверхности ТОТ имеет место образование коррозионных дефектов, представляющих собой питгинги, трещины различной глубины и коррозионные язвы, а также установлены основные зоны трубных пучков, подверженные коррозионной деградации.

Проведен (по результатам контроля методом вихревых токов трубных пучков ПГ различных блоков) анализ динамики повреждений ТОТ ПГ в процессе эксплуатации и показано, что скорости роста зафиксированных дефектов в процессе эксплуатации ПГ очень малы и практически не зависят от глубины дефектов. Отмечен факт, что имели место неоднократные течи в ТОТ по сквозным дефектам в местах, где их наличие при ВТК не фиксировалось, что указывает на необходимость получения информации о влиянии условий и различных режимов эксплуатации ПГ (стоянки, гидравлических испытаний, пуска, работы на мощности, останова) на образование и развитие коррозионных дефектов.

Выполнен, применительно к материалу ТОТ, обзор исследований по механизмам образования и развития коррозионных дефектов и установлено, что данный процесс подчиняется известным представлениям об электрохимическом характере коррозионных процессов и происходит по механизму анодного растворения металла при локальном концентрировании на его поверхности активаторов коррозии (в основном, хлоридов) и наличии окислителя. Отмечено, что при наличии меди на теплообменных поверхностях создаются условия для развития язвенной коррозии металла ТОТ.

Основными факторами, обеспечивающими реализацию электрохимических процессов на металле ТОТ и зарождение и развитие коррозионных дефектов, является загрязнение теплообменной поверхности продуктами коррозии конденсатно-питательного тракта ПГ и накопление в них коррозионно-активных примесей. Важным сопутствующим фактором является водно-химический режим второго контура и связанное с ним содержание коррозионно-активных примесей в котловой воде ПГ.

Сделан вывод о принципиальной невозможности полного исключения загрязнения ТОТ отложениями и образования на них дефектов в процессе эксплуатации ПГ, но в то же время сведение к минимуму процессов деградации трубчатки (при разработке и внедрении соответствующих мероприятий) является реально осуществимой задачей.

Обзор расчетных методов оценки и прогнозирования ресурса ТОТ показал, что существующие методы, как правило, ориентированы на оценку времени до появления трещин и не позволяют достоверно оценить остаточный ресурс и возможность эксплуатации ТОТ с образовавшимся дефектом. Исключением является метод,

разработанный в ФГУП ЦНИИ КП «Прометей» на основе стадийной модели деградации металла ТОТ, но данный метод нуждается в экспериментальном обосновании.

На основе проведенного анализа литературных источников сформулированы основные задачи исследований.

Во втором разделе приведены результаты исследований коррозионных процессов на ТОТ полученные в процессе испытаний модели трубных пучков с различной компоновкой ТОТ («коридорной» и «шахматной») на стенде-имитаторе АЭС с ВВЭР. Теплогидравлические параметры испытаний модели соответствовали соответствующим значениям для ПГ типа ПГВ-1000МКП.

Модель (рисунок 1) состоит из корпуса со съемной крышкой, трубных пучков, входной и выходной камер теплоносителя первого контура, торцевых камер трубных пучков, коллектора питательной воды.

КОРПУС

Рисунок 1 - Схема экспериментальной модели трубных пучков

Трубный пучок с «шахматной» компоновкой ТОТ представляет собой пакет, состоящий из 23 труб диаметром 16 х 1,5 мм с шагами по вертикали и горизонтали 19 мм и 23 мм соответственно.

Трубный пучок с «коридорной» компоновкой ТОТ представляет собой пакет состоящий из 20 труб диаметром 16 х 1,5 мм с шагами по вертикали и горизонтали 22 мм и 24 мм соответственно.

Материал труб в модели - сталь 08Х18Н1 ОТ.

В каждом трубном пучке установлены аналогичные штатным для ПГВ-ЮООМ и ПГВ-ЮООМКП дистанцирующие элементы, расположенные на расстоянии 60, 360 и 796 мм от коллекторов входа-выхода теплоносителя первого контура.

Торцевые камеры трубных пучков оснащены съемными крышками, что обеспечивало контроль ТОТ методом вихревых токов в процессе промежуточных ревизий модели.

Экспериментальный стенд позволяет проводить испытания теплообменных

пучков модели в температурных условиях и при перепадах давления между первым и вторым контурами характерными для ПГВ-1000М и ПГВ-ЮООМКП, а также имитировать различные режимы эксплуатации ПГ (стояночный режим, гидравлические испытания на прочность и плотность, пуск, работа на мощности, останов).

В процессе испытаний на стенде возможна реализация различных показателей водно-химического режима в воде второго контура, определение и сравнение следующих показателей:

- химического состава воды второго контура (общего для обоих трубных пучков);

- характера распределения отложений на поверхности теплообменных труб;

- температуры воды второго контура вблизи стенок труб;

- химического состава отложений на теплообменных трубах.

Всего проведено десять различных по условиям этапов ускоренных коррозионных испытаний, имитирующих режимы эксплуатации натурного ПГ, с наработкой модели в режиме генерации пара 4600 ч. Продолжительность режимов генерации пара на этапах с первого по десятый составляла 400, 420, 500, 500, 850, 730, 300,300 и 600 ч, соответственно.

Характеристика этапов испытаний приведена в виде диаграммы на рисунке 2.

На диаграмме указаны количество обнаруженных по результатам ВТК дефектов, удельное загрязнение ТОТ модели отложениями после каждого этапа, интервалы значений содержания хлоридов и значений pH в воде второго контура стенда на отдельных этапах.

В качестве факторов, ускоряющих коррозионные процессы и образование локальных повреждений, были приняты повышенные содержания примесей, образующих отложения на ТОТ (Fe203, Fe304, CuO, H2Si03, Ca(OH)2, MgS04), и хлоридов в воде второго контура стенда.

Этапы с первого по пятый, седьмой, девятый и десятый имитировали стационарную работу ПГ в режимах генерации пара (рабочий режим), но отличались по ВХР.

В процессе десятого этапа проводились измерения электрохимического потенциала среды второго контура с использованием специального датчика, разработанного и изготовленного в ОАО «Головной институт «ВНИПИЭТ».

Испытания шестого этапа представляли собой режим стоянки влажной модели в корпусе при свободном доступе воздуха и проводился с целью оценки влияния такого режима (при наличии отложений с накопленными коррозионно-активными примесями на ТОТ, влаги в отложениях и свободного доступа кислорода из воздуха к трубчатке модели) на активизацию развития питгангов по механизму электрохимической коррозии под отложениями. Также проверена возможность развития под воздействием напряжений в стенках ТОТ точечных дефектов типа питтингов, которые не обнаруживаются при ВТК, в дефекты, идентифицируемых ВТК. Напряжения в стенках ТОТ при этом обусловлены штатной процедурой проведения гидравлических испытаний на прочность с давлением внутри ТОТ равном (250 ± 1) МПа.

Испытания восьмого этапа были проведены в циклических режимах «разогрев трубных пучков до температуры 100 °С при свободном доступе воздуха - охлаждение» и при перепаде давления между первым и вторым контурами порядка 4 МПа

I II

400ч 420ч

ГУ////1

III 500ч

IV 500ч

V 850ч

ГчУчУчЧ СЯНДУД

400 420

Этап работы на мощности

Испытания в режиме циклов «нагрев до 100°С — охлаждение - осушение трубчатки» с перепадом давления между первым и вторым контурами 4,2 МПа

Этап работы на мощности с периодической (1 раз/1 сут) заменой - 50% воды во втором контуре

ВТК и число дефектов ( Гидравлические испытания

Формирование отложений на трубчатке методом выпаривания воды второго контура

, X 600 Номера этапов испытаний Ресурс в режиме генерации пара на этапе

VI

VII 730ч

VIII 300ч

IX 300ч

X 600ч

ниш.....

25,1-38,0 (0.10-0,05) рН= 9,0-7,1

V

Сухая стоянка вне стенда

Мокрая стоянка с доступом воздуха

Мокрая стоянка без доступа воздуха

Сухая стоянка в составе стенда

Удельная загрязненность трубчатки после окончания этапа, г/м2; содержание хлоридов в воде второго контуре (в скобках), мг/дм ; величина рН

Формирование отложений посредством ввода примесей в воду второго контура

Рисунок 2 - Общая характеристика этапов испытаний модели трубных пучков

(имитация начальной стадии пуска ПГ при наличии кислорода в воде второго контура). Также в процессе этого этапа были проведены испытания и исследования по оценке эффективности процедуры «сухой консервации» ПГ типа ПГВ-1000М при наличии отложений продуктов коррозии на трубном пучке.

В процессе проведения всех этапов испытаний проводился периодический (после завершения отдельных этапов) контроль состояния ТОТ модели методами визуального осмотра и ВТК.

Контролировалась также удельное загрязнение ТОТ модели после каждого этапа.

После окончания десятого этапа была произведена вырезка из модели образцов ТОТ (верхние и нижние ряды) для проведения исследований.

Визуальный осмотр модели в процессе промежуточных ревизий показал, что образование дефектов началось в процессе третьего этапа, и выражалось в появлении питтингов на отдельных участках ТОТ с отслаиванием отложений в местах их образования (рисунок 3).

в г

а - первый этап; б - второй этап; в - третий этап; г - четвертый этап

Рисунок 3 - Состояние поверхности ТОТ модели после первых четырех этапов После четвертого этапа интенсификации образования питтингов не наблюдалось, участки с питтингами, зафиксированные после предыдущего этапа были покрыты отложениями.

После окончания пятого этапа интенсификации образования питтингов визуально не также не наблюдалось, а после седьмого этапа отмечено значительное увеличение количества питтингов (рисунок 4а). Еще более значительное увеличение количества питтингов обнаружено после проведения восьмого этапа, а после девятого и десятого этапов интенсификации процессов образования питтингов по сравнению с восьмым

а б

в г

а - пятый этап; б - седьмой этап; в - восьмой этап; г - десятый этап Рисунок 4 - Состояние поверхности ТОТ модели после пятого, седьмого,

восьмого и десятого этапов этапом при визуальном осмотре не зафиксировано (рисунки 4в и 4г), но новые питгинги имели место.

Первые индикации дефектов по результатам ВТК были зарегистрированы после четвертого этапа ресурсных испытаний (рисунок 3).

В течение пятого и седьмого этапов развития зарегистрированных и образования новых дефектов не отмечалось, хотя модель на этих этапах испытьшалась, в весьма жестких по содержанию коррозионно-активных примесей в воде второго контура режимах.

Испытания этапа восемь, привели к значительному увеличению количества индикаций по результатам ВТК (идентифицировано 28 новых дефектов).

После испытаний девятого этапа в результате ВТК зафиксировано одиннадцать новых дефектов (развития старых дефектов не отмечено), а после десятого этапа развития имеющихся дефектов и образования новых, идентифицируемых при ВТК, не зафиксировано.

Результаты контроля загрязнения ТОТ отложениями в процессе этапов испытаний приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, в процессе испытаний на первых четырех этапах, сопоставимых по ресурсу и по условиям движения среды первого контура (периодическое изменение направления движения среды от этапа к этапу), загрязненность отложениями ТОТ «шахматного» пучка превышает загрязненность ТОТ «коридорного» пучка на величину порядка 30 %.

Результаты оценки загрязненности ТОТ после пятого этапа сравнивать с результатами предыдущих этапов некорректно, так как на этом этапе направление

Таблица 1 - Удельное загрязнение и содержание хлоридов в отложениях после

отдельных этапов испытаний в режимах генерации пара

Номер этапа Удельное загрязнение, г/м2 Массовое содержание хлоридов в отложениях, %

«шахматный» пучок «коридорный» пучок «шахматный» пучок «коридорный» пучок

1 25,1 38,0 не определялось

2 40,3 39,7 0,020 0,029

3 463 34,5 0,028 0,028

4 81,9 56,1 0,147 0,194

5 89,0 102,6 0,138 0,192

7 45,6 54,8 0,142 0,197

9 50,8 61,4 до 0,2 (по результатам микроанализа) до 0,2 (по результатам микроанализа)

10 54,6 63,8

движения среды первого контура было аналогичным предыдущему этапу («коридорный» пучок работал при более высокой температуре), а ресурс этапа в режиме генерации пара почти вдвое превышал отдельные ресурсы предыдущих этапов.

Снижение загрязнения ТОТ на обоих трубных пучках после седьмого этапа связано с тем, что испытания этого этапа проводились после замены системы трубопроводов стенда на новую, не загрязненную продуктами коррозии, и часть поверхностного слоя отложений (не уплотнившихся) в процессе проведения испытаний была смыта. При этом, скорость увеличения загрязнения обоих трубных пучков модели на последующих этапах был примерно одинакова, несмотря на более высокую температуру эксплуатации «коридорного» трубного пучка

Таким образом, экспериментально подтверждено, что применение трубного пучка с «коридорной» компоновкой ТОТ приводит к увеличению скорости циркуляции воды в нем и, соответственно, к снижению скорости роста отложений на ТОТ.

Как видно из результатов ревизий модели трубных пучков в процессе ресурсных ускоренных коррозионных испытаний имеет место «цикличность» образования как питтингов, так и трещин, но ни на одном из этапов испытаний не наблюдалось развития трещин, зафиксированных после предыдущего этапа.

Поскольку отдельные этапы испытаний отличались по условиям проведения, рассмотрим их с точки зрения прохождения возможных коррозионных процессов на ТОТ модели с учетом данных, приведенных на рисунках 2-4. При этом началом этапа испытаний считается проведение гидравлических испытаний перед началом вывода модели в режим генерации пара, окончанием - монтаж модели в корпус для проведения следующего этапа.

В процессе первого этапа условий для интенсивных коррозионных процессов на ТОТ реализовано не было и, после его завершения каких-либо повреждений на ТОТ не наблюдалось.

На втором этапе модель эксплуатировалась в режиме генерации пара (рабочий режим) при высоком содержании хлоридов, низком содержании кислорода и большую часть времени при высоком рН. После останова стенда, модель порядка 240 ч находилась в состоянии стоянки при свободном доступе воздуха к влажным трубным пучкам, что согласно известным представлениям об электрохимическом характере

коррозионных процессов, должно приводить к активизации электрохимических процессов под отложениями, с накопленными в процессе режима генерации пара хлоридами, и образованию на внешней поверхности ТОТ шптингов. Однако внешнего проявления коррозионных процессов при обследовании модели после извлечения из корпуса не наблюдалось. В связи с этим можно считать, что процесс образования шптингов в таких условиях является «скрытым».

На третьем этапе в рабочем режиме модель эксплуатировалась при высоком содержании хлоридов и большую часть времени при повышенном содержании кислорода и низком рН. При этом, в образовавшихся на втором этапе питтингах, в условиях кислой среды в воде второго контура и, соответственно, у поверхности металла ТОТ, происходило интенсивное кипение, накопление коррозионно-активных примесей и увеличение глубины шптингов с образованием продуктов коррозии (о чем свидетельствует отслаивание отложений в местах образования питпшгов). После останова стенда модель, как и на втором этапе, находилась в режиме мокрой стоянки со свободным доступом воздуха (электрохимические процессы продолжались), а после ее извлечения из корпуса визуально было зафиксировано наличие шптингов.

На четвертом этапе при проведении гидравлических испытаний в части питпшгов в условиях действия активной пластической деформации, наличия значительного количества окислителя в воде заполнения стенда (вода с кислородом на линии насыщения) и хлоридов в полости питпшгов, произошло образование трещин по механизму анодного растворения. Эксплуатация модели в рабочем режиме была проведена большую часть времени при высоком содержании хлоридов, нейтральном и повышенном значениях рН и низком содержании кислорода. В этих условиях в питгингах, образовавшихся после третьего этапа, и у поверхности металла ТОТ электрохимические процессы были заторможены, произошла пассивация шптингов и закупорка трещин плотными продуктами коррозии (рисунки Зг, 5 и 6). После останова стенда модель находилась в составе стенда в режиме стоянки без доступа воздуха (стенд после останова был герметичным вплоть до извлечения модели из корпуса), что также не способствовало активизации электрохимических процессов. В процессе ревизии модели питтинговая коррозия визуально не наблюдалась, но при ВТК были зафиксированы первые дефекты типа трещин.

На пятом этапе при проведении гидравлических испытаний новые трещины, в связи с отсутствием «свежих» питтингов после четвертого этапа, не образовались. Эксплуатация модели в рабочем режиме была проведена большую часть времени с высоким содержанием хлоридов и кислорода и низких значениях рН. При этом данный этап был самым продолжительным по времени рабочего режима. Однако, несмотря на такой продолжительный и жесткий по условиям эксплуатации этап, при отсутствии «свежих» питтингов после предыдущего этапа, признаков усиления деградации ТОТ в процессе, как визуального осмотра, так и по результатам ВТК обнаружено не было. Следует отметить, что после останова стенда модель, как и после четвертого этапа, находилась в корпусе без доступа воздуха к трубным пучкам вплоть до демонтажа на ревизию.

По результатам первых пяти этапов испытаний можно заключить, что образование питтингов происходит только в режимах стоянки при наличии влажных

50 мкм

отложении с накопленными коррозионно-активными примесями в них и при свободном доступе воздуха к трубному пучку, а трещины образуются из части наиболее острых и глубоких питтингов в процессе проведения гидравлических

испытаний. Для подтверждения данного заключения был проведен шестой этап.

Шестой этап, в процессе которого модель трубных пучков находились в течение 1000 ч в режиме стоянки с влажными отложениями при свободным доступом воздуха, привел к активизации электрохимических процессов под отложениями и образованию «свежих» питтингов. После проведения гидравлических испытаний на одной из ТОТ модели при проведении ВТК был зафиксирован новый дефект глубиной 20 % от толщины стенки. При этом внешний вид трубного пучка модели оставался таким же, как и после окончания пятого этапа.

Седьмой этап был аналогичен третьему этапу как по предыстории (мокрой стоянкой являлся шестой этап), так и по условиям проведения рабочего режима, но отличался более чем в 1,5 раза по продолжительности, и на данном этапе модель после останова стенда находилась в корпусе без доступа воздуха вплоть до демонтажа на ревизию. При ревизии модели были зафиксированы такие же проявления питтинговой коррозии, как и на третьем этапе, но в большем объеме. Образования новых дефектов типа трещин и развития, ранее образовавшихся дефектов, по результатам ВТК не обнаружено.

Поскольку, как видно из результатов ревизий модели на предыдущих этапах, количество образовавшихся трещин существенно меньше количества имеющихся питтингов, можно сделать вывод, что возможность образования дефектов из питтингов на ТОТ была полностью исчерпана в процессе шестого этапа.

На восьмом этапе эксплуатация модели, проведенная в условиях имитации стадии пуска ПГ (разогрев модели до 100 "С при свободном доступе воздуха через

н

а - питгинг; б - профиль питтинга Рисунок 5 - ЗЭ-изображение единичного питтинга с запассивированной поверхностью

Яш тШШШж Ш ж Шш

Рисунок 6 - Микрофотографии дефекта на образце ТОТ

открытый смотровой люк, было проведено пять таких режимов), показала, что при наличии окислителя в воде второго контура произошла значительная активизация электрохимических процессов и интенсивное образование коррозионных дефектов по механизму анодного растворения при активной пластической деформации, обусловленной наличием перепада давления между первым и вторым контурами стенда (4,9 ±0,1 МПа).

При ревизии модели была обнаружена значительная питтинговая коррозия, а также по результатам ВТК зафиксировано 28 новых дефектов типа трещин. Полученные результаты хорошо согласуются с данными работы Andersen, в которой отмечена высокая склонность стали типа 304 (примерный аналог стали 08Х18Н10Т) к коррозионному растрескиванию процессе испытаний образцов в воде при температурах до 200 °С, наличии хлоридов и массовой концентрации кислорода 0,2 мг/дм3 (условия, сходные по температуре испытаний для начальной стадии пуска горизонтальных ПГ).

В испытаниях восьмого этапа хлориды в отложениях были накоплены в процессе длительного седьмого этапа испытаний (массовое содержание хлоридов в отложениях составляло от 0,14 до 0,20 %). При этом, как следует из литературных источников, концентрация хлоридов в питтингах может превышать их среднюю концентрацию в отложениях.

Также в процессе этапа модель находилась в режиме мокрой стоянки со свободным доступом воздуха к трубному пучку, что также способствовало активизации электрохимических процессов и образованию «свежих» галтингов.

В то же время, даже в таких жестких условиях испытаний, развития ранее зафиксированных трещин не произошло.

На девятом этапе начальные условия были аналогичны четвертому этапу по предшествующему режиму мокрой стоянки и наличию значительной питтинговой коррозии. Рабочий режим также был сопоставим по продолжительности с четвертым этапом, и проводился, как и на четвертом этапе, при высоком рН, но без ввода в среду второго контура хлоридов. Также на этапе проводилась периодическая замена «на ходу» порядка половины воды во втором контуре стенда, что приводило к высокому содержанию кислорода во втором контуре в течение большей части этапа. Таким образом, в процессе проведения этапа в электрохимических реакциях анодного растворения металла в качестве активатора коррозии могли участвовать только те хлориды, которые были накоплены в отложениях и в полостях питгингов и трещин в процессе предыдущих этапов. При этом, очевидно, что, как и на предыдущих этапах, в «свежих» питтингах должно было происходить интенсивное кипение. После останова стенда модель находилась в составе стенда без доступа воздуха вплоть до извлечения ее на ревизию, т.е. непосредственно в режиме стоянки условия для активизации электрохимических процессов на металле ТОТ отсутствовали.

В процессе ревизии модели усиления питтинговой коррозии, по сравнению с предыдущим этапом, визуально не обнаружено, но питтинги, аналогичные приведенным на рисунке Зв, имели место. Также по результатам ВТК были зафиксированы 11 новых дефектов типа трещин, но развития ранее образовавшихся трещин, как и на предыдущих этапах не отмечено. Новые трещины образовались, наиболее вероятно, в процессе проведения процедуры гидравлических испытаний

испытаний модели в условиях активного действия электрохимических процессов и «включенного» механизма анодного растворения в полостях «свежих» питтингов с накопленными хлоридами, образовавшихся на восьмом этапе во время его проведения и на мокрой стоянке со свободным доступом воздуха.

На десятом этапе условия рабочего режима были аналогичны седьмому этапу по пониженному значению pH, высокому содержанию хлоридов и низкому содержанию кислорода в процессе практически всего этапа, а также по времени эксплуатации модели в этом режиме. Также отсутствовала мокрая стоянка со свободным доступом воздуха на предыдущем этапе.

Таким образом, условия для образования и развития коррозионных дефектов в рабочем режиме практически отсутствовали, что подтвердилось при ревизии модели. Внешних проявлений усиления питганговой коррозии и развития ранее зафиксированных трещин при ВТК модели не наблюдалось.

На отсутствие условий для образования дефектов при эксплуатации модели и, соответственно, ПГ в рабочем режиме указывают и измерения окислительно-восстановительного потенциала в среде второго контура модели на этапе. В процессе измерений при эксплуатации стенда в рабочем режиме значимого изменения потенциалов при изменении ВХР во втором контуре стенда не отмечалось.

Так ввод примесей продуктов коррозии и снижение величины pH среды второго контура до величины 3,78 привело к увеличению разности потенциалов: для пары электродов «Pt- 08Х18Н10Т» на 18,3 мВ; для пары электродов «Zr- 08Х18Н10Т» на 10,0 мВ.

Аналогично, незначительное изменение разности потенциалов на обоих парах электродов наблюдалось и при вводе во второй контур стенда кислорода до концентрации 0,16 мг/дм3.

Вместе с тем, исследования образцов ТОТ после завершения этапа показали, что на поверхности металла имеют место растравы металла и питгинги в них, которые были обнаружены только после удаления отложений (рисунок 7). При этом металл ТОТ в области таких питтингов имел (после удаления отложений) соломенный цвет, что свидетельствует о весьма малой толщине оксидной пленки (менее 0,01 мкм). Также в растравах были обнаружены так называемые «туннельные» питгинги, глубина которых составляла до 0,25 мм. Данные питгинги, согласно схеме приведенной B.JI. Богоявленским, могут быть начальной стадией образования трещины при группировании их в цепочку и наличии соответствующих напряжений, а для образования таких питтингов, как показали Dean, Beck, и Staehle необходима высокая концентрация хлоридов на поверхности металла. Так впервые такие питгинги были обнаружены ими на начальной стадии стандартных испытаний на склонность к коррозионному растрескиванию аустенитных хромоникелевых сталей в кипящем растворе MgCh и сделан вывод о достаточности нескольких минут для их образования. Наличие высокой концентрации хлоридов, способствующее образованию «туннельных» питтингов было подтверждено при исследованиях образцов ТОТ с использованием рентгеноспектрального микроанализа. Так в отложениях на поверхности ТОТ содержалось (в процентах от их общей массы) 0,2 % хлора. А в питтингах содержание хлора достигало порядка 12% (рисунок 8).

а - растрав; б - профиль растрава Рисунок 7 - ЗО-изображение растрава с «туннельным» питтингом

а б

Рисунок 8 - Изображения питгинга на образце ТОТ, полученные в режиме регистрации вторичных электронов (а) и в характеристическом излучении хлора(б)

Наиболее вероятным временем образования обнаруженных растравов и пштингов, можно считать заключительную часть этапа. Тогда, при измерениях по оценке влияния значительного количества окислителя у поверхности металла ТОТ (в эксперименте - специально введенный кислород до концентрации 320 мг/дм3) и низкого рН = 3,9 + 4,8 на окислительно-восстановительный потенциал стали 08Х18Н10Т, в процессе останова стенда были достигнуты значения потенциалов (в единицах стандартной водородной шкалы) от минус 150 до 0 мВ (рисунок 9), что хорошо согласуется с результатами, полученными в ЦНИИ КМ «Прометей» при исследованиях потенциалов образования питгингов на стали 08Х18Н10Т.

Проведенный анализ результатов экспериментов на модели трубных пучков по оценке влияния режимов эксплуатации на образование коррозионных дефектов, позволил разработать блок-схему «благоприятных» и «неблагоприятных» с точки зрения минимизации образования и развития дефектов на ТОТ сценариев эксплуатации ПГ в различных режимах, представленную на рисунке 10, на которой также отражены и мероприятия, способствующие минимизации коррозионных процессов на ТОТ в процессе эксплуатации ПГ.

Таким образом, по результатам ускоренных коррозионных испытаний и исследований на модели трубных пучков и в соответствии с разработанной на основе анализа полученных результатов блок-схемой влияния режимов эксплуатации ПГ на образование и развитие дефектов на ТОТ показано, что:

- интенсивному образованию на трубчатке дефектов типа питгингов, как правило,

150 т 100 * 50 1 0 | -50

5 -100

-150 | -200 с -250

-300

0 50 100 150 200 250 300

Время, мин

Рисунок 9 - Изменение во времени значений потенциалов в единицах

стандартной водородной шкалы на заключительной стадии десятого этапа предшествует режим стоянки с влажными отложениями при свободном доступе воздуха. Питтинги образуются под отложениями продуктов коррозии и при обследованиях трубного пучка методами визуального наблюдения могут не выявляться;

- фиксации по результатам ВТК дефектов типа трещин в процессе эксплуатации ПГ предшествует образование питтингов на ТОТ перед очередным запуском. В дальнейшем, в результате предпусковых режимов гидравлических испытаний и в режиме выхода на мощность из части питтингов развиваются трещины (результаты ВТК непосредственно после шестого этапа), которые обнаруживаются в период следующего ППР (результаты ВТК после четвертого этапа). Интенсификации процесса образования трещин в процессе режима пуска ПГ способствует наличие окислителей в среде второго контура или на поверхности ТОТ (результаты ВТК после восьмого этапа). По наиболее глубоким трещинам возможно сквозное раскрытие и течь из первого во второй контур, на что указывают результаты эксплуатации натурных ПГ на ряде АЭС;

- в процессе эксплуатации ПГ в режиме генерации пара при отсутствии нарушений норм ВХР основная масса дефектов пассивируются, забиваются плотными продуктами коррозии и далее не развиваются, на что указывают результаты ВТК модели после всех этапов испытаний модели в режиме генерации пара, металлографических исследований образцов ТОТ из модели, а также результаты ВТК трубных пучков ПГ на АЭС, показывающие многочисленные случаи отсутствия развития, ранее обнаруженных дефектов. В то же время, при наличии свежеобразовавшихся питтингов, часть их не пассивируется и является центрами интенсивного кипения и накопления хлоридов и других примесей до концентраций, значительно превышающих среднюю в отложениях, а также может в дальнейшем служить источником образования трещин;

- эксплуатация ПГ в режиме генерации пара в условиях нарушения ВХР (например, при наличии присосов из КПТ) приводит к усилению накопления коррозионно-активных примесей в отложениях, а в процессе режима останова, как показали измерения электрохимических потенциалов - к активизации электрохимических процессов на поверхности металла ТОТ, достижению потенциалов пробоя пассивной пленки и образованию, при наличии окислителей, питтингов. При

Диапазон значений рН от 3,8 до 5

1 V

.... —Чж

1 ,

/ Образование питтингов

♦ 4\ /

V К"

1 1

Стационарный режим генерации па_п_£и_нал ич ии присосов _из_КПТ Интенсификация накопления хлориде* в отложениях. При наличии окислителей возможно «включениеч механизма анодного растворения металла ТОТ и образование трещин и питтинаое

Ж

Стационарный режим генерации пара при наличии

________мгаугриА лУШ________

Рост отложений, накопление хлоридов. При отсутствии отклонений от норм ВХР условия для образования дефектов отсутствуют

_ ______ Рвжим^ останов ки_ ___ __

~7)ри отсутствии отклонений от норм 5ХР ~

условия для образования дефектов отсутствуют. Частичный выход е воду солей из отложений

Стационарный режим генерации пара при реализации мероприятий по

снижению выноса пред улов _________

Рост отложений и накопление хлоридов миниыизировмны. При отсутствии отклонений от норм ВХР условия для образования дефектов отсутствуют

Режим стоянки опорожненного ПГ при реализации мер по осушению

——___одд2.»ИнЛй______

Электрохимические процессы в отложениях не реализуются -питтинеи не образуются

Режим стоянки опорожненного ПГ с влажными отложениями при свободном

______3 остуте во ______

Активные электрохимические процессы на металле ТОТ под о/пло.чганиям» -образование питтингое

Е

Режим стоянки без опорожнения ПГ Электрохимические процессы в отложениях у поверхности ТОТ подавлены - /словил для зарождения питтингое минимизированы

При ВТК Дефекты не фиксируются

При ВТК дефекты не фиксируются

Заполнение ПГ водой с дозированием _______аму1?зка_______ Электрохимические процессы в отложениях у поверхности ТОТ заторможены - условия для развития питтингое минимизированы Заполнение ведой без дозирования аммиака Активные электрохимические процессы на металле ТОТ под отложениями и рск:т питтингое

1

Заполнение ПГ водой с дозированием

Электрохимические процессы в отложениях у поверхности ТОТ заторможены - условия для развития питтингое минимизированы

Гидравлические испытания

Вероятность образования трещин минимизирована

Из части питтингое образуются трещины

Режим стоянки по

Соответствующие процессы

При ВТК фиксируются дефекты

Дальнейшее развитие трещин ("вплоть ¿о размеряю, превышающих допустимые) и питтингое

Вероятность развития дефектов минимизирована

Стационарный режим генерации пара при наличии отложений на ТОТ

Рост отложений, накопление хлоридов

1 «свежих»1 питтинзал интенсивное кипение

и накопление хлоридов. Пассивация части питтингое и закупорка мелких трещин плотными продуктами коррозии

Возможна течь по наиболее «?лу5о*им трещинам

Пассивация питтингое, закупорка мелких трещин плотными продуктами коррозии

__Режим остановки _

~При отсутствии отклонений от норм "БХРусловияЪля образования дефектов отсутствуют. Частичный выход в воду солей из отложений

Режим стоянки по одному из сценариев

Соответствующие процессы_

Проведени Фиксация дефектов. Количество об нарушенных дефектов зависит от объема контроля е ВТК Новые дефекты не фиксируются. Развития ранее зафиксированных дефектов не наблюдается

1 г

Повторение цикла по одному из сценариев |

Рисунок 10 - Блок-схема влияния различных режимов эксплуатации ПГ на зарождение и развитие дефектов на ТОТ

этом, местами пробоя и растворения пассивной пленки могут служить, что следует из результатов исследования ТОТ модели и одного из натурных ПГ, и риски от операции шлифовки поверхности труб при изготовлении;

- подтверждена и экспериментально обоснована безусловная необходимость выполнения для обеспечения проектного ресурса ПГ типа ПГВ-1000МКП мероприятий и конструкторских решений, направленных на обеспечение минимизации процессов образования коррозионных дефектов в процессе эксплуатации ПГ, как разработанных и предлагаемых к внедрению, так и уже внедренных на ряде АЭС и в проектах новых РУ:

- совершенствование ВХР для снижения поступления продуктов коррозии в ПГ и исключение медьсодержащих сплавов в оборудовании КПТ для минимизации поступления окислителей во второй контур;

- совершенствование методов отмывки ПГ от отложений и своевременное их проведение;

- совершенствование регламента проведения стояночных и пусковых режимов в части подавления электрохимических процессов у поверхности металла ТОТ;

- применение коридорной компоновки трубного пучка.

В третьем разделе приведены результаты исследований по оценке несущей способности теплообменных труб с дефектами.

Допускаемая величина дефектов для парогенераторов АЭС с ВВЭР России, определенная консервативным путем, составляет 60 % от глубины стенки ТОТ и определена из условия отсутствия условий для массовой деградации ТОТ и наличии достоверной информации о состоянии ТОТ, что обеспечивается выполнением требований к проведению, периодичности и объемам проведения ВТК.

Для снижения консерватизма оценки допускаемой глубины дефектов ТОТ конкретного ПГ проводятся соответствующие расчетно-экспериментальные обоснования и используются методы контроля, которые дают информацию о морфологии дефекта (длине и других параметрах). Также, основанием для снижения консерватизма критерия глушения является информация о несущей способности ТОТ с дефектами, используемая в дальнейшем при расчетах.

С целью получения такой информации, были проведены испытания по оценке несущей способности ТОТ с реальными эксплуатационными дефектами, образовавшимися в процессе эксплуатации трубного пучка ПГ на одной из АЭС с ВВЭР-1000.

Испытания проводились посредством нагружения образцов с дефектами гидравлическим давлением до 50 МПа по внутренней полости при комнатной температуре. Нагружению давлением были подвергнуты пять образцов из десяти. Скорость подъема давления до величины до 50 МПа составляла от 0,4 до 0,6 МПа/мин.

После нагружения образцов проводилась выдержка в течение 5 мин и визуальный осмотр образцов для выявления падения давления или наличия течей.

В процессе проведении испытаний при нагружении внутренним давлением на образцах с натурными дефектами с амплитудой сигнала при ВТК до 5,98 В и глубиной до 86 % от толщины стенки отсутствовали разрывы стенки труб и течи. Результаты измерений в процессе испытаний показали, что перемещения стенок обратимы, т. е. испытания проведены в упругой области деформаций металла образцов с сохранением

исходной формы, а в результате ВТК образцов до и после испытаний (таблица 2) установлено, что статистически значимое (±10%) изменение глубины дефектов от нагружения внутренним давлением вплоть до 50 МПа отсутствует. Таблица 2 - Результаты ВТК образцов ТОТ с дефектами до и после гидравлических

испытаний

Номер образца Номер дефекта Результаты контроля характеристик дефектов

Тип индикации Амплитуда, В Фаза, 0 Глубина, %

исходная после испытаний исходная после испытаний исходная после испытаний

87+11 1 Наружная 0,81 0,76 93 91 72 70

94+16 1 Наружная 1,12 1,16 138 65 86 87

2 Наружная 1,25 1,41 110 93 69 69

94+30 1 Наружная 0,99 1,06 110 116 60 53

2 Наружная 1,30 1,77 86 78 77 79

97+7 1 Наружная 1,02 1,17 89 80 75 78

93+5 1 Наружная 4,33 4,87 95 86 71 74

2 Наружная 0,63 0,66 86 83 77 76

Таким образом, несущая способность стенки ТОТ с эксплуатационным дефектом при отсутствии коррозионных процессов достаточно высокая и, следовательно, возможна эксплуатация таких ТОТ при условии минимизации процессов, вызывающих коррозию трубных пучков ПГ и внедрении методов контроля дающих более полную информацию о морфологии дефектов.

Испытания на разрушение образцов с дефектами глубиной более 65 % от толщины стенки показали, что характеристики разрушения (овализация и остаточная деформация) для образцов с толщиной стенки 1,3 и 1,5 мм имеют близкие значения, а само разрушение имеет одинаковый характер (без раскрытия). Однако при эксплуатации ПГ нельзя полностью исключить возможности образования на поверхности ТОТ групп дефектов, язвенной коррозии, дефектов с глубиной, превышающей 85%. При этом, ТОТ с толщиной стенки 1,5 мм обеспечит большие прочность, жесткость и запас металла, по сравнению с аналогичной трубой с толщиной стенки 1,3 мм, что снижает вероятность разрушения ТОТ в процессе эксплуатации ПГ в течение 60 лет и, следовательно, обосновано применение трубы диаметром 16x1,5 мм для ПГ типа ПГВ-ЮООМКП.

В четвертом разделе приведены результаты расчетных оценок интенсивности деградации ТОТ при эксплуатации ПГ.

Расчетные оценки проведены в соответствии с разработанной в ЦНИИ КМ «Прометей» стадийной моделью деградации ТОТ ПГ, которая была уточнена по результатам проведенных в настоящей работе экспериментов и исследований:

стадия I - рост отложений продуктов коррозии на ТОТ до критических значений удельной загрязненности с одновременным накоплением хлорид-ионов и других активаторов под отложениями до критических концентраций;

стадия II - зарождение питтингов (пробой окисной пленки) при достижении критической концентрации хлорид-ионов в отложениях при работе на мощности или при подкислении среды в отложениях при гидролизе солей в результате дифференциальной аэрации поверхности ТОТ в период стоянки ПГ;

стадия III - рост питтингов по механизму анодного растворения при наличии окислителей и их транспортировке в зону реакции;

стадия IV - зарождение и рост коррозионных трещин во время активного локального пластического деформирования микрообъемов металла.

В соответствии с приведенной стадийной моделью, срок службы ТОТ тр до образования дефекта в процессе эксплуатации, является суммой продолжительносгей последовательных стадий коррозионного повреждения:

Тр = Тотл+Т3„+Тр„+(Тп-Ирт) (1)

где: тотл - продолжительность роста отложений до критической толщины и накопления в них коррозионно-активных примесей до критических концентраций; тш - продолжительность стадии зарождения питгингов; Трп - продолжительность стадии роста питгингов до зарождения растравов; Тзт - продолжительность стадии зарождения трещин; Трт - продолжительность стадии роста трещин.

Продолжительность стадии роста отложений и накопления коррозионно-активных примесей определяется концентрацией железа (Срс) и меди (Сси) в питательной воде, концентрацией коррозионно-активных примесей (СО в продувочной воде, удельной паропроизводительностью на локальных участках ТОТ (<!,), толщиной отложений (5ОТЛ):

Тотл = <1Срс, Сси, Сса, СмЁ1 Сбюз, Сд., С 504, CNa+, Сса2+, Смг2+> • ■., 6ОТЛ) (2) Продолжительность стадии зарождения питгингов определяется составом отложений (содержание окислов железа, меди и других), концентрацией окислителя (кислорода, Си2+), концентрацией коррозионно-активных примесей (СГ, Ре3+ и других), инициирующих зарождение питтинга под отложениями, величиной рН среды под отложениями, состоянием поверхности ТОТ (Яа):

Т» = №е3+, Си2+]отл, Сш, Са, Сг=з+, рН, Яа,...) (3)

Продолжительность стадии роста питгингов до зарождения растравов определяется толщиной и плотностью отложений (рэтл), локальным содержанием окислителя (Сок) в отложениях вблизи пштинга, а также содержанием кислорода в стояночных режимах, составом и концентрацией электролита в питгинге (ЕС,), электрохимической неоднородностью структуры металла Дфп в электролите внутри питтинга, вызывающей линейные растравы:

Трп ~ Кб ОТЛ» ротл > ^ок» £Сь Дфп) (4)

Продолжительность стадии зарождения и роста трещин определяется составом и концентрацией электролита в питгинге, локальным содержанием окислителя в отложениях вблизи питтинга, суммой остаточных (оя), термических (стО и рабочих (<тр) напряжений вызывающих активную пластическую деформацию в вершинах растравов: Тэт (Трт) = Ш, Е(стк), (а,), (ар)) (5)

Поскольку в оборудовании КПТ РУ с ПГ типа ПГВ-ЮООМКП отсутствуют медьсодержащие сплавы, при проведении расчетных оценок принималось минимальное содержание меди (как наиболее сильного окислителя в отсутствие кислорода) в воде второго контура (до 1 мкг/дм3). Концентрация хлорид-ионов, достаточная для зарождения питгингов, в первом приближении была принята на

уровне 1 г/дм3.

Выполненный в ОКБ «ГИДРОПРЕСС» (по имеющимся фактическим данным содержания железа и меди в питательной воде ПГ энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000) расчет показал, что удельное загрязнение при котором в отложениях у поверхности металла ТОТ достигается концентрация хлорид-ионов, достаточная для инициации пробоя оксидной пленки (стадия I) составляет от 70 до 450 г/м2, а концентрации хлорвд-ионов на поверхности металла ТОТ под отложениями, необходимые для начала роста питтингов (стадия II) могут достигаться при удельном загрязнении от 1200 до 2000 г/м2 в диапазоне концентраций хлорид-ионов в воде ПГ от 10 до 1000 мкг/дм3. При нарушении ВХР по содержанию хлорид-ионов в воде ПГ опасные концентрации хлорид-ионов в отложениях могли быть достигнуты и при меньшей толщине отложений (порядка от 200 до 300 мкм).

Длительность подрастания питтингов (стадия III) до глубины 0,01 мм для блоков АЭС с ВВЭР-1000, имеющих ПНД с трубками из нержавеющей стали, составляет 10000-17000 ч. При этом, средняя скорость роста питтингов на начальной стадии их развития составляет (0,6-5-1,0)10"6 мм/ч или 0,004-5-0,007 мм/год и, следовательно, при длительности кампании порядка 7000 ч вероятность зарождения питтингов мала, а при проведении регулярных химических промывок 1 раз в 4 года рост таких питтингов прекратится уже после первой промывки и максимальная их глубина не превысит 0,1 мм.

Для стадии IV при расчетной оценке длительности подрастания трещин приняты следующие консервативные условия:

- исходная одиночная магистральная коррозионная трещина полуэллиптической формы развивается в плоскости, проходящей через ось ТОТ до максимально допустимого размера а = 1,05 мм (0,76ст);

- уровень локальных напряжений в металле ТОТ обеспечивает активную пластическую деформацию микрообъемов металла перед фронтом растущей трещины;

- рост коррозионных трещин происходит по механизму анодного растворения. Скорость развития трещин определяется плотностью тока анодного растворения, которая ограничивается скоростью поступления окислителя в зону трещины (при безусловном наличии активаторов - хлорид-ионов, сульфат-ионов и др.);

- ток анодного растворения распределяется по фронту трещины в полосе, равной ширине раскрытия берегов вблизи вершины трещины Wv = 1 мкм.

Были рассчитаны средние скорости подрастания трещин, развивающихся из питтинга глубиной 0,01 мм до глубины а = 0,3 мм, 0,6 мм и 0,9 мм и показано, что в процессе эксплуатации ПГ типа ПГВ-1000МКП в конденсатно-питательном тракте которых отсутствуют медьсодержащие сплавы в случае наличия отложений с величиной удельного загрязнения от 150 до 360 г/м2 длительность роста имеющихся в ТОТ трещин до максимально допустимого размера а =1,05 мм (70% от толщины стенки ТОТ) составит для одиночной трещины от 32 до 12 лет, а при удельном загрязнении от 40 до 150 г/м2 - от времени, превышающего ресурс 60 лет до 28 лет, соответственно.

Из приведенных в разделе расчетных оценок следует, что внедрение мероприятий по обеспечению чистоты ТОТ и снижение поступления железа в ПГ является одним из

основных условий предотвращения повреждения ТОТ ПГ на АЭС с ВВЭР, поскольку отложения являются эффективными концентраторами коррозионно-агрессивных примесей из воды второго контура ПГ.

Указано (на примере ведения этаноламинового ВХР на энергоблоке №2 Балаковской АЭС и морфолинового ВХР на 1 блоке Ростовской АЭС), что снижение поступление продуктов коррозии железа возможно при внедрении альтернативных ВХР с величиной рН питательной воды более 9,2.

Также должны быть модернизированы регламенты стояночных режимов ПГ, как опорожненного, так и заполненного водой, в части минимизации влаги в отложениях и наличия кислорода в воде, соответственно.

При проведении гидравлических испытаний и пуска ПГ необходимо обеспечение минимального количества окислителя (кислорода) в воде второго контура

Таким образом, при соблюдении приведенных выше рекомендаций по совершенствованию режимов эксплуатации ПГ обеспечивающих снижение загрязнения ТОТ, минимизацию окислителей в воде второго контура и минимизацию возможности образования и развития дефектов на ТОТ, работоспособность ТОТ 16x1,5 мм из нержавеющей стали аустенитного класса 08Х18Н10Т не является фактором, ограничивающим ресурс ПГ.

ВЫВОДЫ

1 В целях обоснования проектного ресурса трубного пучка ПГ типа ПГВ-1000МКП показана необходимость экспериментального уточнения закономерностей образования и развития коррозионных повреждений трубчатки горизонтальных ПГ в процессе различных режимов эксплуатации, исследований несущей способности ТОТ с дефектами, проведения расчетных оценок образования и развития коррозионных повреждений металла ТОТ в процессе эксплуатации горизонтальных ПГ для прогноза их ресурса и экспериментального обоснования конструкторских решений и рекомендаций по мероприятиям, направленным на совершенствование регламентов эксплуатации и минимизацию коррозионных процессов на трубном пучке ПГ.

2 По результатам проведенных экспериментов установлены закономерности образования коррозионных дефектов на ТОТ в различных режимах эксплуатации ПГ и разработана блок-схема влияния различных режимов эксплуатации ПГ на зарождение и развитие дефектов на ТОТ.

3 Экспериментально обосновано применение «коридорной» компоновки ТОТ в трубном пучке ПГВ-1000МКП для снижения загрязнения ТОТ в процессе эксплуатации ПГ.

4 Экспериментально доказана возможность образования коррозионных дефектов в стояночных и последующих предпусковых и пусковых режимах.

5 Исследованиями несущей способности ТОТ с дефектами и без дефектов обосновано применение ТОТ диаметром 16x1,5 мм для трубного пучка ПГВ-ЮООМКП и также показана возможность эксплуатации ТОТ с дефектами глубиной до 85 % при внедрении мероприятий по минимизации процессов, вызывающих коррозию трубных пучков ПГ.

6 По результатам проведенных экспериментов и исследований уточнена стадийная модель деградации ТОТ в процессе эксплуатации ПГ типа ПГВ-1000.

Проведенные в соответствии со стадийной моделью расчетные оценки по процессам деградации ТОТ показали, что данная модель в достаточной степени согласуется с результатами эксплуатации ПГ АЭС с ВВЭР-1000 и позволяет оценивать работоспособность трубного пучка при обосновании срока службы ПГ новых проектов.

7 На основе проведенных испытаний, исследований и анализа полученных результатов экспериментально подтверждены и обоснованы мероприятия по минимизации коррозионных процессов на ТОТ и показано, что при соблюдении рекомендаций по совершенствованию режимов эксплуатации ПГ работоспособность ТОТ 16х 1,5 мм из нержавеющей стали аустенитного класса 08Х18Н10Т не является фактором, ограничивающим проектный ресурс ПГ типа ПГВ-1000МКП.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Трунов Н.Б., Попадчук B.C., Брыков С.И., Жуков Р.Ю., Давиденко С.Е. «Исследование коррозионной деградации трубчатки парогенераторов АЭС с ВВЭР» // Атомная энергия, Т. 105, вып. 4, октябрь 2008.

2. Попадчук B.C., Трунов Н.Б., Жуков Р.Ю., Брыков С.И., Тупиков P.A. «Экспериментальные исследования процессов образования коррозионных дефектов на трубчатке парогенераторов типа ПГВ-ЮООМ». // Тяжелое машиностроение, №4, 2010.

3. Трунов Н.Б., Попадчук B.C., Давиденко С.Е., Жуков Р.Ю. «Актуальные проблемы управления сроком службы трубчатки ПГ АЭС с ВВЭР». // Теплоэнергетика, №5,2010.

4. Трунов Н.Б., Сотсков В.В., Попадчук B.C., Тупиков P.A., Жуков Р.Ю. «Ускоренные коррозионные испытания моделей трубных пучков ПГВ-1000» // Труды

6-го Международного семинара по горизонтальным парогенераторам, ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия, 22-24 марта 2004 г.

5. Попадчук B.C., Трунов Н.Б., Харченко С.А., Жуков Р.Ю., Тупиков P.A., Немытов Д.С. «Коррозионные испытания теплообменных труб ПГВ-ЮООМ» // Труды

7-го Международного семинара по горизонтальным парогенераторам, ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия, 3-5 октября 2006 г.

6. Карзов Г.П., Суворов С.А., Федорова В.А., Филиппов A.B., Трунов Н.Б., Попадчук B.C., Жуков Р.Ю. «Динамика зарождения и развития повреждений теплообменных труб парогенераторов типа ПГВ-1000 в рабочих режимах» // Труды 9-й Международной конференции «Проблемы материаловедения при проектировании и эксплуатации оборудования АЭС», ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Пушкин - Санкт-Петербург, Россия, 6-8 июня 2006 г.

7. Попадчук B.C., Трунов Н.Б., Жуков Р.Ю., Брыков С.И., Тупиков P.A., Карзов Г.П., Суворов С.А., Стяжкин П.С. «Экспериментальные исследования процессов образования коррозионных дефектов на трубчатке парогенераторов типа ПГВ-ЮООМ» // Труды 6-ой Международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия, 26-29 мая, 2009 г.

8. Крицкий В.Г., Стяжкин П.С., Софьин М.В., Николаев Ф.В., Попадчук B.C., Жуков Р.Ю., Брыков С.И. «Оперативное диагностирование коррозионной агрессивности теплоносителя II контура АЭС с ВВЭР» // Труды 6-ой Международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия, 26-29 мая, 2009 г.

9. N.B. Trunov, S.I. Brykov, V.S. Popadchuk R.Yu.ZhukovG.P. Karzov, S.A.Suvorov, V.A. Fedorova, A.V. Filippov. Basic mechanisms of heat exchanging tubes degradation at different stages of steam generator operation in WWER-1000 NPP. Int. Conf. on Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems, Germany, 2008.

10. N.B. Trunov, V.S. Popadchuk, S.E. Davidenko, R. Ju. Zhukov. Actual problems of SG Tubing Servise Life Management at WER Plants (DRAFT). Proc. of ICONE 17: 17th Int. Conf. on Nucl. Eng., july 12-16, 2009, Brussels, Belgium. ICONE 17-75096.

Введение.

1 Проблемы при эксплуатации теплообменных труб горизонтальных парогенераторов.

1.1 Конструкция парогенераторов.

1.2 Повреждения теплообменных труб в процессе эксплуатации.

1.3 Динамика повреждений теплообменных труб в процессе эксплуатации.

1.4 Механизмы образования повреждений металла теплообменных труб.

1.4.1 Образование и развитие питтингов.

1.4.2 Образование и развитие трещин.

1.4.3 Образование и развитие коррозионных язв.

1.5 Факторы, влияющие на активизацию механизмов образования дефектов.

1.5.1 Загрязнение теплообменных труб отложениями.

1.5.2 Тепловой поток через стенку геплообменной трубы.

1.5.3 Водно-химический режим второго контура.

1.6 Расчетные оценки ресурса теплообменных груб.

1.7 Выводы по разделу.

2 Исследования коррозионных процессов на теплообменных трубах.

2.1 Экспериментальный стенд и модель трубных пучков.

2.2 Испытания на модели трубных пучков.

2.2.1 Общая характеристика испытаний на модели трубных пучков.

2.2.2 Измерения окислительно-восстановительного потенциала среды второго контура.

2.3 Контроль методом вихревых токов теплообменных труб модели.

2.4 Оценка влияния режимов эксплуатации парогенератора на зарождение и развитие коррозионных дефектов.

2.4.1 Стационарный режим генерации пара.

2.4.2 Нестационарные и стояночный режимы.

2.4.3 Анализ влияния режимов эксплуатации модели трубных пучков на образование дефектов на теплообменных трубах.

2.5 Выводы по разделу.

3 Исследования несущей способности теплообменных труб с дефектами.

3.1 Характеристика проведенных испытаний и исследований.

3.2 Результаты исследований по оценке несущей способности теплообменных труб с искусственными дефектами.

3.3 Результаты исследований по оценке несущей способности теплообменных труб с натурными дефектами.

3.4 Выводы по разделу.

4 Расчетные оценки интенсивности деградации теплообменных труб при эксплуатации парогенераторов.

4.1 Исходные данные для расчетов.

4.2 Расчетная оценка накопления отложений и хлоридов.

4.3 Расчетная оценка критических концентраций хлоридов.

4.4 Расчетная оценка роста питтингов.

4.5 Расчетная оценка роста трещин.

4.6 Выводы по разделу.

В АЭС с легководяными реакторами типа ВВЭР и PWR одним из важнейших элементов РУ является парогенератор. В нем за счет тепла, получаемого в реакторе, вырабатывается пар, используемый в качестве рабочего тела турбины при производстве электроэнергии.

На АЭС с реакторами типа ВВЭР используются горизонтальные ПГ, на АЭС с ректорами типа PWR - вертикальные /1,2/.

Характерными отличиями горизонтальных ПГ от вертикальных являются /2/:

- горизонтальный цилиндрический корпус;

- горизонтальные змеевики поверхности теплообмена, заделанные в вертикальные коллекторы теплоносителя первого контура:

- использование гравитационной сепарации в верхней части объема корпуса;

- применение нержавеющей стали аустенитного класса типа 08Х18Н10Т в качестве материала трубчатки (в вертикальных ПГ используются хромоникелевые сплавы с содержанием никеля 32% и более).

В настоящее время на АЭС с ВВЭР эксплуатируются ПГ типа ПГВ-440 и ПГВ-1000. На ряде АЭС парогенераторы типа ПГВ-440 эксплуатируются за пределом проектного срока службы 30 лет. Максимальная наработка ПГВ-1000 различных модификаций достигла более 170 тысяч часов.

Всего в эксплуатации находится 162 ПГ типа ПГВ-440 и 112 типа ПГВ-1000 /3/. Строятся и вводятся в эксплуатацию новые АЭС с ВВЭР-1000.

Для АЭС с ВВЭР-1000 нового поколения разработан парогенератор ПГВ-1000МКП с коридорной компоновкой ТОТ в трубном пучке, для которого установлен проектный срок эксплуатации 60 лет.

Основными требованиями к ПГ для АЭС являются /1/:

- надежное и постоянное охлаждение активной зоны реактора во всех режимах работы

АЭС;

- высокие требования по обеспечению межконтурной плотности элементами теплообмена, которые помимо выполнения теплотехнических функций являются границей (барьером) высокорадиоактивного теплоносителя первого контура.

Именно высокие требования к обеспечению межконтурной плотности элементами теплообмена делают проблему повышения надежности и ресурса трубного пучка ПГ в процессе эксплуатации весьма актуальной, особенно, при увеличении срока службы как РУ АЭС с ВВЭР нового поколения, так и находящихся в эксплуатации. При этом, обеспечение увеличенного ресурса ТОТ ПГ связано с решением задачи снижения коррозионной деградации трубного пучка в процессе его эксплуатации.

Процесс генерации пара сопровождается накоплением на теплообменной поверхности отложений продуктов коррозии, поступающих с питательной водой, и концентрированием в них коррозионно-активных примесей.

По мере роста толщины отложений концентрация хлоридов в них возрастает, достигая у поверхности теплообменных труб критических значений, при которых происходит разрушение защитной оксидной пленки на стали 08Х18Н10Т. При этом могут возникнуть условия для развития локальных дефектов, таких как растравы и питтинги. Вершины питтингов, являясь эффективными концентраторами напряжений, могут служить исходными участками для КРН материала ТОТ в процессе эксплуатации ПГ, что в конечном итоге приводит к выходу ТОТ из строя.

Так по причине проблем с ТОТ, на различных АЭС заменены 248 вертикальных ПГ и 11 горизонтальных. Но если для вертикальных ПГ выход из строя трубчатки и их замена помимо коррозионных повреждений были также обусловлены виброизносом, дентингом, то все горизонтальные ПГ были заменены по причине коррозионных повреждений ТОТ /4/.

Поскольку замена вертикальных ПГ по причине проблем с трубчаткой была начата еще в 1980 г., к настоящему времени зарубежными исследователями выполнен значительный объем научно-исследовательских работ, посвященных этой проблеме, в том числе, и по коррозии материалов ТОТ. Например, в работе /5/ приведены результаты многолетних исследований коррозионных повреждений трубчатки с представлением различных моделей механизмов коррозионных процессов, применительно к трубчатке вертикальных ПГ. Приведен в данной работе и ряд мероприятий, выполненных на вертикальных ПГ для снижения проблем с коррозионными повреждениями ТОТ -изменение материалов и конструкции элементов дистанционирования трубных пучков, замена материала трубчатки, ужесточение норм ВХР.

Настоящая работа посвящена обоснованию проектного ресурса трубного пучка ПГ для новых АЭС с РУ типа ВВЭР-1000 на основе проведения специальных экспериментальных и исследовательских работ и экспериментальному обоснованию рекомендаций по совершенствованию регламентов режимов эксплуатации ПГ.

Целью проводимых работ является: экспериментальное уточнение закономерностей образования и развития коррозионных повреждений трубчатки горизонтальных ПГ в процессе различных режимов эксплуатации;

- исследования несущей способности ТОТ с дефектами;

- проведение расчетных оценок образования и развития коррозионных повреждений металла ТОТ в процессе эксплуатации горизонтальных ПГ для прогноза их ресурса;

- экспериментальное обоснование конструкторских решений и рекомендаций по мероприятиям, направленным на совершенствование регламентов эксплуатации и минимизацию коррозионных процессов на трубном пучке ПГ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- на основании экспериментальных исследований развиты представления по воздействию различных режимов эксплуатации ПГ и их нарушений на коррозионные процессы на ТОТ и разработана блок-схема сценариев влияния режимов эксплуатации ПГ как на зарождение и развитие дефектов, так и на минимизацию коррозионных процессов;

- впервые экспериментально показано влияние стояночного и нестационарных режимов эксплуатации горизонтального ПГ на зарождение и развитие трещин в металле ТОТ;

- впервые проведены исследования несущей способности ТОТ с натурными дефектами;

- экспериментально обоснованы конструкторские решения, направленные на повышение надежности и обеспечение проектного ресурса трубного пучка ПГ типа ПГВ-1000МКП; экспериментально обоснованы разработанные и внедренные мероприятия, направленные на совершенствование регламента эксплуатации и минимизацию коррозионных процессов на трубном пучке ПГ.

Практическая ценность выполненных работ:

- результаты проведенных работ по оценке влияния режимов эксплуатации ПГ и их нарушений на коррозионные процессы на ТОТ дают возможность принятия обоснованных решений по совершенствованию регламента отдельных режимов эксплуатации ПГ (стоянки, гидравлических испытаний, пуска, работы на мощности, останова); разработанные и экспериментально обоснованные рекомендации по совершенствованию регламентов режимов эксплуатации были использованы при разработке инструкций по эксплуатации ПГ для новых АЭС с ВВЭР, а также применимы для действующих АЭС;

- проведенными экспериментальными работами и расчетными оценками обоснован проектный ресурс трубного пучка ПГ типа ПГВ-1000МКП.

Достоверность

Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается применением при проведении экспериментов аттестованных контрольно-измерительных приборов, применением современных средств исследований материалов, соответствием полученных результатов известным литературным данным по теоретическим основам коррозионных процессов и результатам исследований других авторов.

Личный вклад автора в полученные результаты

Автор диссертационной работы принимал непосредственное участие в постановке задач на экспериментальные исследования, разработке программ-методик проведения экспериментов и исследований, проведении экспериментов, исследований, обработке результатов и выпуске научно-технических отчетов.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований по влиянию режимов эксплуатации горизонтальных ПГ на образование и развитие коррозионных дефектов на ТОТ;

- результаты экспериментов по оценке несущей способности ТОТ с дефектами;

- экспериментальное обоснование конструкторских решений трубного пучка ПГ типа ПГВ-1000МКП;

- расчетные оценки по обоснованию проектного ресурса трубного пучка ПГ типа ПГВ-1000МКП.

Апробация работы и публикации

По теме диссертационной работы были сделаны публикации в рецензируемых журналах, а также доклады на конференциях, в частности:

Трунов Н.Б., Попадчук B.C., Брыков С.И., Жуков Р.Ю., Давиденко С.Е. «Исследование коррозионной деградации трубчатки парогенераторов АЭС с ВВЭР» // Атомная энергия, Т. 105, вып. 4, октябрь 2008.

Попадчук B.C., Трунов Н.Б., Жуков Р.Ю., Брыков С.И., Тупиков Р.А. «Экспериментальные исследования процессов образования коррозионных дефектов на трубчатке парогенераторов типа ПГВ-1000М». // Тяжелое машиностроение, №4, 2010.

Трунов Н.Б., Попадчук B.C., Давиденко С.Е., Жуков Р.Ю. «Актуальные проблемы управления сроком службы трубчатки ПГ АЭС с ВВЭР». // Теплоэнергетика, №5, 2010.

Трунов Н.Б., Сотсков В.В., Попадчук B.C., Тупиков Р.А., Жуков Р.Ю. «Ускоренные коррозионные испытания моделей трубных пучков ПГВ-1000» // Труды 6-го Международного семинара по горизонтальным парогенераторам, ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия. 22-24 марта 2004 г.

Попадчук B.C., Трунов Н.Б., Харченко С.А., Жуков Р.Ю., Тупиков Р.А., Немытов Д.С. «Коррозионные испытания теплообменных труб ПГВ-1000М» // Труды 7-го Международного семинара по горизонтальным парогенераторам, ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия, 3-5 октября 2006 г.

Карзов Г.П., Суворов С.А., Федорова В.А., Филиппов А.В., Трунов Н.Б., Попадчук B.C., Жуков Р.Ю. «Динамика зарождения и развития повреждений теплообменных труб парогенераторов типа ПГВ-1000 в рабочих режимах» // Труды 9-й Международной конференции «Проблемы материаловедения при проектировании и эксплуатации оборудования АЭС», ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Пушкин — Санкт-Петербург, Россия, 6-8 июня 2006 г.

Попадчук B.C., Трунов Н.Б., Жуков Р.Ю., Брыков С.И., Тупиков Р.А., Карзов Г.П., Суворов С.А., Стяжкин П.С. «Экспериментальные исследования процессов образования коррозионных дефектов на трубчатке парогенераторов типа ПГВ-1000М» // Труды 6-ой Международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия, 26-29 мая, 2009 г.

N.B. Trunov, S.I.Brykov, V.S.Popadchuk at al. Basic mechanisms of heat exchanging tubes degradation at different stages of steam generator operation in WWER-1000 NPP. Int. Conf. on Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems, Germany, 2008.

По результатам выполненных по теме диссертации исследований выпущено 10 научно-технических отчетов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 разделов и выводов, 122 страницы текста, 50 иллюстраций, 22 таблиц и списка литературы из 58 наименований.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1 В целях обоснования проектного ресурса трубного пучка ПГ типа ПГВ-1000МКП показана необходимость экспериментального уточнения закономерностей образования и развития коррозионных повреждений трубчатки горизонтальных ПГ в процессе различных режимов эксплуатации, исследований несущей способности ТОТ с дефектами, проведения расчетных оценок образования и развития коррозионных повреждений металла ТОТ в процессе эксплуатации горизонтальных ПГ для прогноза их ресурса и экспериментального обоснования конструкторских решений и рекомендаций по мероприятиям, направленным на совершенствование регламентов эксплуатации и минимизацию коррозионных процессов на трубном пучке ПГ.

2 По результатам проведенных экспериментов установлены закономерности образования коррозионных дефектов на ТОТ в различных режимах эксплуатации ПГ и разработана блок-схема влияния различных режимов эксплуатации ПГ на зарождение и развитие дефектов на ТОТ.

3 Экспериментально обосновано применение «коридорной» компоновки ТОТ в трубном пучке ПГВ-1000МКП для снижения загрязнения ТОТ в процессе эксплуатации ПГ.

4 Экспериментально доказана возможность образования коррозионных дефектов в стояночных и последующих предпусковых и пусковых режимах.

5 Исследованиями несущей способности ТОТ с дефектами и без дефектов обосновано применение ТОТ диаметром 16x1,5 мм для трубного пучка ПГВ-1000МКП и также показана возможность эксплуатации ТОТ с дефектами глубиной до 85 % при внедрении мероприятий по минимизации процессов, вызывающих коррозию трубных пучков ПГ.

6 По результатам проведенных экспериментов и исследований уточнена стадийная модель деградации ТОТ в процессе эксплуатации ПГ типа ПГВ-1000.

Проведенные в соответствии со стадийной моделью расчетные оценки по процессам деградации ТОТ показали, что данная модель в достаточной степени согласуется с результатами эксплуатации ПГ АЭС с ВВЭР-1000 и позволяет оценивать работоспособность трубного пучка при обосновании срока службы ПГ новых проектов.

7 На основе проведенных испытаний, исследований и анализа полученных результатов экспериментально подтверждены и обоснованы мероприятия по минимизации коррозионных процессов на ТОТ и показано, что при соблюдении рекомендаций по совершенствованию режимов эксплуатации ПГ работоспособность ТОТ 16x1,5 мм из нержавеющей стали аустенитного класса 08Х18Н10Т не является фактором, ограничивающим проектный ресурс ПГ типа ПГВ-1000МКП.

1. Лукасевич Б.И., Трунов Н.Б., Драгунов Ю.Г., Давиденко С.Е. Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных электростанций. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2004.

2. Трунов Н.Б. Логвинов С.А., Драгунов Ю.Г. Гидродинамические и теплохимические процессы в парогенераторах АЭС с ВВЭР. М.: Энергоатомиздат, 2001.

3. Н.Б. Трунов, Б.И. Лукасевич, В.В. Сотсков, С.А. Харченко. Прошлое и будущее горизонтальных парогенераторов. 7-й Международный семинар по горизонтальным парогенераторам, г. Подольск, Октябрь 2006.

4. В.Д. Бергункер. Целостность теплообменных труб вертикальных и горизонтальных парогенераторов (сравнительный анализ). 7-й Международный семинар по горизонтальным парогенераторам, г. Подольск, Октябрь 2006.

5. R.W. Staehle and J.A. Gorman. Quantitative Assessment of Submodes of Stress Corrosion Cracking on Secondary Side of Steam Generator Tubing in Pressurized Water Reactors: Part 1-3. Corrozion Vol. 59, No 11, 2003. Vol. 60, No 1, 2, 2004.

6. Г.Ф. Банюк, А.С. Зубченко, Н.Б. Трунов. Коррозионные повреждения теплообменных труб парогенераторов. Научно-технический сборник «Вопросы атомной науки и техники», вып. 21, Подольск, Издательство ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2008.

7. В.Л. Богоявленский. Коррозия сталей на АЭС с водным теплоносителем. М.: Энергоатомиздат, 1984.

8. И.Л.Розенфельд. Коррозия и защита материалов. М.: Металлургия, 1970.

9. Strategy for Assessment of WWER Steam Generator Tube Integrity. IAEA, Vienna, 2007.

10. NRC Staff Comments in Steam Generator Inspection Intervals, Edmund J. Sullivan, ml012610664, NRC, 2001.

11. Отчет. Анализ опыта эксплуатации ПГ в части механизма деградации на основе баз данных. 320-Пр-581, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2005.

12. Chiselj L., Dvorsec Т., Androjna F., Trends of Degradation in steam generators tubes of Ivrsko NPP before the Last Planned Inspection: Proceedings of 5-th Regional Meeting Nuclear Energy in Central Europe. 1998

13. John G. Roberts. Challenges of Adolescent and Maturing Nuclear Plants: a Chemistry Perspective on Maintenance & Outages. 6th International CANDU Maintenance Conference, 2003

14. И.Л. Розенфельд. Теория локальных коррозионных процессов. В сб. «V Всесоюзное совещание по электрохимии». М.: «Химия», 1974, т.2.

15. Структура и коррозия металлов и сплавов. Под ред. Е.А. Ульянина. М.: Металлургия, 1989.

16. Погодин В.П., Богоявленский B.JL, Сентюрев В.П. Межкристаллитная коррозия и коррозионное растрескивание нержавеющих сталей в водных средах. М: Атомиздат, 1970.

17. Ю.Р. Эванс. Коррозия и окисление металлов. М.: Машиностроение, 1962.

18. Хор Т.П. Коррозионное растрескивание. В кн.: Коррозия конструкционных материалов водоохлаждаемых реакторов: Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1965.

19. Герасимов В.В. Коррозия реакторных материалов. М.: Атомиздат, 1980

20. Маргулова Т.Х., Мартынова О.И. Водные режимы тепловых и атомных электростанций. М.: Высшая школа, 1981.

21. Акользин П.А., Герасимова В.В., Герасимов В.В., Горбатых- В.П. Локальная коррозия металла теплоэнергетического оборудования. — М.: Энергоатомиздат, 1992.

22. Birchon D., Booth G.C. Stress corrosion cracking of austenitic stainless steels in high temperature water. Proc. of the 2-nd Internat. Congress on Metallic Corrosion. N. Y., 1963. Houston: NACE, 1964.

23. Трунов Н.Б., Попадчук B.C., Брыков С.И. и др. Исследование коррозионной деградации трубчатки парогенераторов АЭС с ВВЭР. Атомная энергия, Т. 105, вып. 4, октябрь 2008.

24. Н.А. Махутов, Ю.Г. Драгунов, К.В. Фролов и др. Несущая способность парогенераторов водо-водяных энергетических реакторов. -М.: Наука, 2003.

25. Bose S.C., Reddy S.V. and Singh К. Interdependance of On-Load Corrosion, Creep-Rupture and Copper Deposit in Augmenting Failure Processes of Boiler Tubes. Corrosion-Vol.56, No 11,2000.

26. Водно-химический режим второго контура атомных станций с реакторами ВВЭР-1000. Нормы качества рабочей среды и средства их обеспечения. СТП ЭО 0003-03, концерн «Росэнергоатом», Стандарт предприятия. М., 2003.

27. Трунов Н.Б., Денисов В.В., Драгунов Ю.Г и др. Работоспособность теплообменных труб ПГ АЭС с ВВЭР. В сб. «Целостность трубок парогенераторов: материалы регионального семинара МАГАТЭ» М. ЭНИЦ ВНИИАЭС, 2001.

28. Отчет о научно-исследовательской работе. Верификация расчетной модели. Заключительный 320-0-192, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2007.

29. Отчет о научно-исследовательской работе. Исследование влияния водно-химического режима на скорость накопления отложений на поверхности теплообменных труб. Заключительный 320-0-191, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2006.

30. В.В. Герасимов, А.И. Касперович, О.И. Мартынова. Водный режим атомных электростанций. -М.: Атомиздат, 1976.

31. В.И. Зарембо и др. Термодинамический анализ поведения теплоносителя кипящего реактора на основе растворимости системы Рез04—Н2О-О2. Журнал прикладной химии, №5, 1986.

32. Ю.В. Харитонов, С.И. Брыков, Н.Б. Трунов. Прогнозирование накопления отложений продуктов коррозии на теплообменных поверхностях парогенератора ПГВ-1000М. Теплоэнергетика, №11, 2001.

33. М.И. Рябов, Н.И. Груздев. Анализ массопереноса продуктов коррозии в контуре АЭС с кипящим реактором. Атомная энергия, т. 60, вып. 6, июнь 1986.

34. И.К. Морозова и др. Вынос и отложения продуктов коррозии реакторных материалов. М.: Атомиздат, 1975.

35. I. Smiesko, J. Bystriansky, A. Szalo. Use of Ethanolamine for Alkalisation of Secondary Coolant First Experience at VYER Reactor. International Conference "Chemistry in water reactors", SPEEN, Avignon, France, 22-26 April 2002.

36. РД ЭО-0156-99. Методика определения остаточного ресурса эксплуатации теплообменных трубок парогенераторов реакторной установки типа ВВЭР-1000.

37. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86). Госатомнадзор СССР. М.: Эненргоатомиздат, 1989.

38. V. P. Gorbatykh, А. V. Morozov. Forecasting the Lifetime of Tube Bundles in Steam Generators at NPS with VYER Reactors. Thermal Engineering (English Translation of Teploencrgetika). МАИК «HAyKA/INTERPERIODIKA» PUBLISHING. Volume 50, Number 5, may 2003.

39. Скорчелетти В.В. Теоретическая электрохимия. Издание 4-е, Ленинград: Химия,1974.

40. Справочник по электрохимии. Под редакцией А.М.Сухотина, Ленинград: Химия,1981.

41. P.L. Andersen. Effects of Temperature on Crack Growth Rate in Sensitized Type 304 Stainless Steel and Alloy 600. Corrosion-Vol. 49, No 9,1993.

42. Н.Г. Рассохин. Парогенераторные установки атомных электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1987.

43. Dean M.F., Beck F.H., Staehle R.W. Tunnel formation in Fe-Cr-Ni alloys: Corrosion, 1967, No 7.

44. Трунов Н.Б. Давиденко С.Е., Денисов В.В. и др. Надежность и ресурс трубчатки парогенераторов АЭС с ВВЭР. Вопросы атомной науки и техники. Серия «Обеспечение безопасности АЭС». Выпуск 9 «Реакторные установки с ВВЭР». 2005.

45. Руководство по расчету на прочность оборудования и трубопроводов реакторных установок РБМК, ВВЭР, и ЭГП на стадии эксплуатации. РД ЭО 0330-01., Концерн «Росэнергоатом», 2004.

46. Dooley, К. Shields. Cycle Chemistry for Conventional Fossil Plants and Combined Cycle/HRSGs. Power Plant Chemistry. Volume 6, 2004, No 3.