автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Модернизация и реконструкция систем парогенераторов АЭС с ВВЭР для повышения надежности

На правах рукописи

БЕРЕЗАНИН АНАТОЛИИ АНАТОЛЬЕВИЧ

Модернизация и реконструкция систем парогенераторов АЭС с ВВЭР для повышения надежности

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Обнинск - 2009

003472805

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский энергетический институт (технический университет)

Научный руководитель: доктор технических наук

Давиденко Николай Никифорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Гашенко Владимир Александрович

кандидат технических наук Юрманов Виктор Анатольевич

Ведущая организация: ОАО Всероссийский научно- исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций

Защита состоится « / » ^¿¿м ¿1 2009 г. в / 9 ° ° часов на заседании диссертационного совета Д 212.176.01 при Обнинском государственном техническом университете атомной энергетики по адресу 249040, Калужская область, г. Обнинск, Студгородок, 1, ИАТЭ, зал заседаний ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Обнинского государственного технического университета атомной энергетики.

Автореферат разослан сиал 2009 года Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.176.01

д.ф.-м.н., профессор ^ ^ Шаблов

Актуальность работы

Задача повышения ресурса и эксплуатационной надежности ПГ АЭС с ВВЭР стоит достаточно остро. В процессе эксплуатации на ряде АЭС с ВВЭР-1000 проведена замена 42-х ПГ до исчерпания их проектного ресурса. Большие экономические потери также приносят неплановые остановы блоков из-за появления межконтурной течи через дефекты на теплообменных трубках ПГ.

В последние годы проводится модернизация систем обвязки и внутрикорпусных устройств (ВКУ) ПГ, оптимизируются режимы эксплуатации. Результаты настоящей работы обеспечивают повышение надежности, продление сроков эксплуатации парогенераторов в соответствии с положениями «Программы увеличения выработки электроэнергии на действующих энергоблоках АЭС ОАО «Концерн Энергоатом» на 2007-2015 годы. Подтверждением эффективности проводимых модернизаций является снижение скорости роста дефектов на теплообменных трубках и отсутствие вновь образовавшихся дефектов.

Цель диссертации - разработка методов управления сроком службы парогенераторов типа ПГВ-ЮООМ.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• Определены и систематизированы значимые факторы, способствующие протеканию основных и сопутствующих частных процессов повреждения металла элементов парогенератора (ПГ).

• По результатам структурного анализа систем парогенератора и анализа отказов металла элементов парогенераторов типа ПГВ-1000 составлен перечень систем и установлена потенциальная возможность их реконструкции и модернизации для ослабления негативного влияния значимых факторов в основных и сопутствующих процессах повреждения конструкционных сплавов.

• Проведен комплекс работ по модернизации ПГ и систем их обвязки.

• Проведены комплексные испытания парогенераторов на разных блоках для оценки эффективности работ по модернизации и реконструкции. По результатам испытаний определен оптимальный вариант внутрикорпусных устройств, системы и регламента продувки, системы измерения уровня в ПГ.

• Разработаны методы химической промывки ПГ с локальными зонами скоплений отложений.

• Проведены расчетные методы оценки эффективности реконструктивных и технологических мероприятий по фактору приращения ресурса металла элементов ПГ.

Научная иошпна диссертацин состоит в том, что впервые:

1. Проблема повреждения металла элементов ПГ рассмотрена комплексно на всех этапах жизненного цикла с учетом конструктивных изменений ВКУ, систем обвязки и режимов эксплуатации ПГ.

2. Разработан метод управления сроком службы ПГ АЭС с ВВЭР посредством реализации комплекса мероприятий по модернизации и реконструкции систем ПГ, совершенствования технологии химической промывки ПГ', режимов эксплуатации ПГ.

3. Уточнены и реализованы технические мероприятия по устранению причин формирования скоплений шлама, замедлению коррозионных процессов, что ранее приводило к преждевременному повреждению металла элементов ПГ.

4. Проведена расчетная оценка эффективности проведенных мероприятий по критерию приращения ресурса.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

Обоснованы, разработаны и внедрены на блоках 1-3 Калининской АЭС модернизированные схемы и регламенты продувки, системы измерения уровня, схемы и регламенты химических промывок, схемы температурного контроля за ПГ и системой продувки, проведена модернизация внутрикорпусных устройств ПГ.

• Комплекс работ, проведенный на блоках I, 2 Калининской АЭС, обеспечил эксплуатацию этих блоков без замены ПГ. Наработка ПГ блока 1 Калининской АЭС составляет боле 180 тыс. часов, что превышает наработку всех других ПГ на АЭС с ВВЭР-1000.

• По основе опыта Калининской АЭС аналогичные работы проводятся на Балаковской и Нововоронежской АЭС.

На защиту выносятся:

1. Анализ причин отказов металла элементов парогенераторов типа ПГВ-1000. Значимые факторы, способствующие протеканию основных и сопутствующих процессов повреждения металла элементов ПГ.

2. Метод управления сроком службы ПГ АЭС с ВВЭР посредством реализации комплекса мероприятий по модернизации и реконструкции систем Г1Г, совершенствования технологии химической промывки ПГ, режимов эксплуатации ПГ.

3. Расчетная оценка эффективности проводимых мероприятий по фактору приращения ресурса металла элементов ПГ.

Личный вклад автора в получение научных результатов, изложенных в диссертации, состоит в следующем:

-автор обосновал и провел на ПГ бл.1-3 Калининской АЭС комплекс работ по модернизации ВКУ, системы продувки, системы измерения уровня, системы химической отмывки ПГ;

-автор непосредственно участвовал в организации и выполнении работ по модернизации ВКУ, систем обвязки и химической отмывки ПГ па Балаковской, Южно-Украинской, Ровенской АЭС;

- автор организовал выполнение комплексных испытаний на всех АЭС с ВВЭР-1000 России и анализ их результатов;

- автор провел расчетную оценки эффективности проводимых мероприятий по повышению ресурса элементов ПГ;

- автор является одним из разработчиков концепции и отдельных элементов программы «Концерна Энергоатом» по повышению эксплуатационной надежности и ресурса ПГ АЭС с ВВЭР.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований были представлены на следующих семинарах и конференциях:

- VII международный семинар по горизонтальным ПГ ФГУП ОКБ ГП, г. Подольск, 3-5 октября 2006г.;

- V международная научно-практическая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» 29 мая- 1 июня 2007г., ФГУП ОКБ ГП, г. Подольск.

Внедрение. Результаты работ внедрены Клн АЭС, ЮУ АЭС, БалАЭС, Ров АЭС, НВ АЭС и находятся в стадии тиражирования на других АЭС.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, а также патент РФ.

Структура и объем работы. Работа изложена на 150 страницах, содержит: введение, четыре главы, выводы, 111 рисунков, 17 таблиц и список литературы из 99 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, содержатся сведения о цели работы, ее практической ценности и использования результатов. Сформулирована научная новизна выносимых на защиту результатов.

В первой главе даны конструктивные особенности ПГВ-ЮООМ, нормы водно-химического режима (ВХР) в разные годы эксплуатации АЭС с ВВЭР и параметры ВХР на действующем блоке в эти же периоды (на примере КлнАЭС).

На основе исследования проведена систематизация и установлен перечень основных и сопутствующих частных процессов повреждения (ЧПП) металла элементов систем ПГ типа ПГВ-ЮООМ. К ним относятся:

Для трубных пучков: усталость (У); хлоридо-кислородное коррозионное растрескивание (ХКР); образование питгингов (Пт).

Для перфорированной зоны коллекторов над (неперфорированной зоной): У; водородное охрупчивание (ВО); концентрирование примесей при кипении в пористых отложениях кольцевого зазора недовальцовки;

Для сварного соединения сварной шов №111: У; ВО. Установлено, что ускорешпо ЧПП содействует протекание сопутствующих процессов, усиливающих негативное воздействие на металл основных ЧПП.

К сопутствующим процессам можно отнести:

- для ХКР - это образование пористых отложений на ТОТ и концентрирование хлорид-иона при кипении в пористых отложениях.

- для ВО - это образование шлама и протекание процесса гидролиза со снижением числовых значений водородного показателя рН и ХО при пониженных числовых значениях водородного показателя рН моющих композиций, что способствует ускорению ВО;

- для зарождения и роста Пт - это образование и переход в воду конденсато-питательного тракта (КПТ) соединений меди. Усовершенствованная модель повреждения металла перемычек коллекторов ПГ показана на рис. 1. В месте перехода от от вальцованной взрывом зоны к конструктивному зазору недовальцовки (позиция 3, рис. 1) при кон-нтакге с коррозионной средой формируется многоэлектродная гальваническая система. Общий анод в этой системе - сильно деформированная сталь марки ЮГ Н2МФА, общий катод - недеформированная часть аустенитной стали марки 08Х18Н10Т. Сильно деформированная сталь 08Х18Н10Т и недеформированная сталь 10ГН2МФА образуют промежуточные электроды, что является одной из причин развития коррозионного повреждения. Для устранения указанного фактора проводится «довальцовка» трубок.

В МЭИ(ТУ) предложена модель повреждения КС сварного шва №111 -водородное растрескивание и усталость, т.е. суммарный «механо-химический» и «хемомеханический» эффект.

Рис. 1. Схема сопряжения «коллектор/трубка»:

1 - сильно наклепанная часть метала перемычки; 2 - сильно наклепанная взрывом часть метала трубки; 3 - переходная часть от вальцованной взрывом зоны к конструктивному зазору недовальцовки; 4 - ненаклепанная взрывом часть метала трубки; 5 - ненаклепанная взрывом часть метала перемычки; 6 - конструктивный зазор недовальцовки - открыт в сторону водяного объема 2- го контура.

Рис. 2 поясняет две стадии процесса повреждения СШ №111 ПГ: гравитационное осаждение коллоидов и взвесей в кольцевом объеме «кармана» коллектора до уровня, превышающего уровень СШ №111; протекание гидролиза в шламовых отложениях, снижение рН до уровня 2 ч-4, наводорожи-вание, снижение предела прочности на разрыв и нарушение сплошности.

Рис, 2. Двухстадийный процесс повреждения сварного шва №111

Дополнительным фактором нагружения может являться термическое (охлаждающее) воздействие на КС СШ№111 (установлено на ПГ АЭС с ВВЭР).

Количественная оценка долговечности аустенитнон хромоникелсвои стали в условиях коррозионного растрескивания

Выражение для долговечности марки 08Х18НЮТ (полученное д.т.н. В.Г1. Горбатых с сотрудниками) имеет вид:

1п т!'га = ln L+17,79-0,5 ln C02 +1,5 ln Ca- [Uo -(a V2-©G bV p)GNA]/RT (1)

где - Ь - вектор Бюргерса ; ю - коэффициент; L - характерная толщина металла; - G - модуль упругости; - р - плотность дислокаций; Coz, Ссг концентрации кислорода и хлорид-иона, соответственно; Uo - энергия связи кристаллической решетки; 9 —активационный объем; NA - число Авогадро; R - универсальная газовая постоянная; Т — температура.

При изменении Ссг коэффициент масштаба изменения наработки до первого отказа вычисляется как отношение (lnx1™)! при (Ccr)i к (1пт'"");; при

(СсгЪ

Для расчета долговечности ТОТ по критерию исчерпания технологического запаса выведена (2). Относительные величины суммарного числа поврежденных ТОТ с фиксированными наработками регистрации дефекта рассматриваются как ряд значений интеграла вероятности. Для этого ряда находятся табличные значения аргумента X¡ по известным значениям интеграла вероятности Фк (относительная доля трубок, заглушённых по результатм вихретокового контроля). Затем по известным интервалам времени между двумя последовательными отборами проб воды на анализ химического состава, с одной стороны, а также измеренными концентрациями хлорид-иона в каждой пробе формируется система несовместных уравнений типа (2) X ¡ = a ¡ + b i ЦА i, (Ссг 1,5fi] (2)

Эта система решается методом наименьших квадратов относительно средних значений а и b (коэффициенты, результат решения системы несовместных уравнений (2)).

Экспозицию до наступления предельного состояния трубной системы ПГ можно найти, решая уравнение относительно т„„ при заданном значении (Са-

X,im = а; + b i ЦА x, (Ccr )i 1'56+ iOCT (Ca- )fJCX '■*] (3) где: Xhm - аргумент доли технологического запаса теплообменных трубок. При изменении Ccr коэффициент масштаба изменения наработки до отказа трубного пучка вычисляется как отношение i/(t0^2 = [(Ccr)2 /(Ccr)]1,56 Во второй главе проведен структурный анализ систем ПГ, основных и сопутствующих ЧИП, приведены методики, позволяющие оценить ресурс КС элементов ПГ. Определены сопутствующие процессы повреждения КС.

Ниже приведен перечень сопутствующих процессов повреждения металла элементов подсистем парогенератора

1) Наличие примесей в воде II контура парогенератора и образование отложений на теплопередающих поверхностях, а также отложений шлама в зонах с низкими скоростями циркуляции;

2) Кипение и концентрирование примесей в пористых отложениях на теплопередающих поверхностях

3) Переход гидрооксида железа в шламе из двухвалентной формы в трехвалентную посредством гидролиза и, как следствие, понижение водородного показателя рН, формирование в водозаполненных порах объемного заряда; электростатическое взаимодействие этого заряда с отрицательно заряженными ионами и увеличенная адсорбция, в частности - хлорид-иона, на железооксидном шламе.

4) Переход с одного уровня мощности на другой с изменением расхода питательной воды и, как следствие, эффект «hide-out».

5) Снижение водородного показателя рН в «карманах» коллекторов вследствие гидролиза.

6) Конструкция коллектора с формированием неперфорированного клина и технология вальцовки взрывом приводят к более высокому уровню ПНДС металла перемычек в перфорированной зоне над неперфорированным клином.

7) Падение уровня воды в ПГ в переходных режимах..

8) Коррекционная обработка питательной воды аммиаком и наличие в конденсатпом тракте КС на основе меди приводит к образованию амми-ачно-медных комплексов с последующим их термическим рахтожением и осаждением металлической меди на ТОТ и поверхностях коллекторов, образованием ниттингов и возникновением трещин, из листингов.

9) Несимметричность теплового потока на поверхностях ТОТ приводит к несимметричности генерации пара, что вместе с системой раздачи питательной воды способствует формированию неравномерности распределения примесей в воде II контура ПГ.

10) Температурные воздействия на штуцера продувки ПГ из-за возникновения обратного тока при переходных и пусковых режимах.

На основании проведенного анализа сделан вывод о необходимости разработать принципы, осуществить модернизацию, реконструкцию и внедрить на действующих энергоблоках АЭС следующих систем парогенератора: продувки; водопитания; измерения и поддержания уровня воды в ПГ. Разработать принципы, усовершенствовать и внедрить на действующих энергоблоках АЭС новые: химический состав моющих композиций; регламент отмывки; регламент продувки.

В третьей главе обоснованы пути модернизации и реконструкции систем водопитания и продувки с организацией в ПГ «солевого отсека».

Основная задача модернизации штатной системы: удаление зоны максимальной концентрации растворенных солей от коллекторов теплоносителя (рис. 3).

Реконструкция системы водопитания включала удаление из холодного торца III" питательных устройств и организацию здесь солевого отсека, питание ко-торого осуществляется из остальной части ПГ. При этом в водяном объеме ПГ возник продольный поток теплоносителя расходом около 300 т/ч. Одновременно в горячем торце III' над горизонтальной пластиной ПДЛ были установлены дополнительные питательные устройства,

питательная вода из которых поступала на ПДЛ и далее сливалась в торцевой зазор между закраиной ПДЛ и корпусом ПГ. ст. цу/см

Ьпг,м

Рис. 3. Распределение удельной электрической проводимости воды в ПГ-1 энергоблока № 6 АЭС «Козлодуй»: 1 - "холодная" половина ПГ; 2 -" горячая" половина ПГ

На рис. 4 приведены результаты определения относительной концентрации натрия по длине модернизированного ПГдля различных вариантов модернизации (различного числа отключенных коллекторов питательной воды). Из сопоставления рис. 3 и 4 следует, что солесодержание (концентрация натрия) возле входного коллектора уменьшилось более чем в 50 раз.

Теплохимические испытания (ТХИ) ПГ с модернизированной системой водопитания и продувки показали существенное снижение концентрации растворенных примесей в наиболее теплонапряженных зонах ПГ, что позволяет повысить надежность и наработку до отказа ТОТ.

8 пробы, мкг/кг ■^при.. мкг/кг

260 £00 150 100

50 0

Рис. 4. Изменение приведенного солесодержания при пяти и шести отключенных питательных коллекторах:

1 - отключены шесть коллекторов, горячая сторона; 2 - отключены пять коллекторов, горячая сторона; 3 - отключены пять коллекторов, холодная сторона; 4 - отключены шесть коллекторов, холодная сторона.

В главе 4 подробно рассмотрен опыт модернизации систем ПГ на примере КлнДЭС.и обоснованы технические и технологические мероприятия, которые позволяют нейтрализовать негативное действие значимых факторов на повреждение коллекторов, трубных пучков и сварных швов №111. Реконструкция системы продувки ПГ на блоке 1,2,3 КлнАЭС.

1-й этап (до организации в ПГ «солевого» отсека):

-проведены работы но обеспечению возможности регулирования расходов по линиям продувки, эффективной продувке «карманов» ПГ.

2-й этап

Модернизация ВКУ ПГ и системы продувки (организация в ПГ «солевого» отсека;

г и- 1 V 1

♦ / / V -V. 1 1 {>/7мгг//ГГ

и ~7---- \ \ \

к 1

1 ч 1 1

1Л б.о Ю,о

¿ПГ. М

Ь пг, м

Объединение линий продувки «торцов» и «карманов» ПГ, при этом линия продувки «торцов» отключается от линии продувки «карманов» с помощью электроириводной арматуры;

Рис. 5 Модернизированная схема продувки ПГ Модернизация регламентов продувки

Проведенная модернизация систем и регламентов продувки позволила перераспределить концентрацию растворимых примесей по объему ПГ (со смещением максимумов концентраций в «холодны» торец ПГ, где более низкие тепловые потоки и меньшая удельная загрязненность трубных пучков), кроме этого внедрены регламенты продувки, позволяющие эффективно выводить из ПГ шлам, в т.ч. и из «карманов». Расчетные оценки показывают, что в ре-зультате проведенных работ наработка до отказа ТОТ вырастет в 2-4 раз (по сравнению с исходным вариантом схемы продувки), а эффективная продувка «карманов» позволяет исключить основные факторы их повреждения.

На основе опыта Калининской АЭС и результатов комплексных испытаний обоснованы конструктивные решения по модернизации ПК У и систем обвязки ПГ головного блока АЭС с ВВЭР-1000 нового поколения (бл.З КлнАЭС).

чх<г _ _ чдт "тт > у^г . "-аг , чат у 'УЯ

Щ \ \ —X—\

т «

-с--.уЧ."--у. --....--н н И1--

л \ V Ж= X

»Ла__х___ч « \\ '

V

__ 60% гООА>Л1<Г --------------

Тепловая мощность РУ Г?т = 100% N«04. Псриодичсская продувка не проводится. Гасход продувки «солепыхл отсеков Рн.п. - 24 т/ч.

Расход пв линии прогрела трубопровода пернедачеекпй продувки £п.п.п. = 1,4 т/ч

Рис. 6. Относительная концентрация натрия перед проведением периодической продувки ПГ

Для обоснования оптимального конструктивного исполнения ВКУ ПГ проведены комплексные испытания на ВД, Бал., КлнАЭС: ТХИ с оснащением ПГ дополнительной системой отбора проб из объема ПГ; сепарационные испытания; испытания систем измерения уровня.

По результатам испытаний выявлен, что оптимальным является нижеприведенный вариант ВКУ-

Указанный вариант имеет следующие преимущества:

- оптимальное распределение растворимых примесей по объему ПГ, что позволяет обеспечить снижение концентраций растворимых примесей в зонах повышенной удельной загрязненности трубного пучка и высоких тепловых потоков;

- оптимальные сепарационные характеристики, что позволяет уменьшить

повреждаемость и износ элементов турбины;

- обеспечивает (в совокупности с модернизацией системы измерения уровня) минимальные колебания уровня в ПГ в переходных режимах, что снижает вероятность снижения уровня котловой воды с оголением части трубного пучка. Это в свою очередь обеспечивает повышение ресурса верхней части трубного пучка.

Коппектора раздачи основной питательной воды заведены под ПДЛ, установлен дополнительный ПДЛ с "горячей" стороны (закраины доп.ПДЛ установлены с обоих торцов)

Рис. 7. Вариант ВКУ ПГ АЭС с ВВЭР-1000, обеспечивающий лучшие эксплуатационные характеристики (по результатам комплексных испытаний ПГ)

Химическая отмывка парогенератора с использованием установки для отмывки в ПГ зон локального скопления шлама и отложений в трубном пучке и «карманах» ПГ (рис. 8.) позволяет обеспечить эффективную отмывку зон повышенной загрязненности за счет интенсивного перемешивания и возможности подачи чистого конденсата, отмывочной композиции, сжатого воздуха и пара непосредственно к скоплениям загрязнений. Для «карманов» также обеспечивается возможность подачи подогретых растворов на стадии отмывки от железа, т.к. отмывка от железа идет при температуре выше 80-85 градусов и без такого гюдофева разогреть «карман» до нужной температуры не представляется возможным.

истляетво Д"« АОГПСС 'каомо^' коллекторов

Рис. 8. Схема отмывки парогенератора с использованием установки для отмывки в ПГ зон локального скопления шлама и отложений в трубном пучке и «карманах» ПГ Выводы

1. По результатам структурного анализа систем парогенератора и анализа отказов металла элементов парогенераторов типа 11113-1000 составлен перечень систем и установлена потенциальная возможность их реконструкции и модернизации для ослабления негативного влияния значимых факторов в основных и сопутствующих процессах повреждения конструкционных сплавов.

2. Впервые на парогенераторах действующих энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000, обоснованы и внедрены следующие технические мероприятия:

- разделены линии продувки «торцов» и «карманов» ПГ с помощью электроприводной арматурой, линии продувки оснащены датчиками температурного контроля расхода линиям продувки;

- проведена модернизация ВКУ ПГ;

- отработаны, внедрены и автоматизированы принципиально новые регламенты продувки ПГ от растворимых примесей и от шлама;

3. Впервые проведены комплексные испытания ПГ на различных блоках, что позволило выбрать и внедрить на ряде блоков оптимальный вариант ВКУ, системы продувки и измерения уровня

4. Впервые обоснована и реализована новая технология химической промывки ПГ, которая за счет внедрения специальной установки обеспечивает эффективную отмывку зон локального скопления шлама на трубном пучке и в «карманах» ПГ.

5. Реализованные технические и технологические мероприятия замедлили скорости протекания основных и сопутствующих частных процессов повреждения ПГ на АЭС с ВВЭР.

6. Впервые расчетные _ методы оценки остаточного ресурса металла элементов ПГ были использованы для оценки эффективности перечисленных мероприятий по модернизации и реконструкции систем парогенераторов по критерию приращения ресурса.

Основные результаты работы изложены в публикациях

1. Давиденко H.H., Трунов Н.Б., Сааков Э.С., Березанин A.A., Богомолов H.H., Дерий В.П., Немьггов Д.С., Усанов Д.А., Шестаков Н.Б., Щелик С.В..Теплохимические испытания ПГ для выбора оптимального регламента продувки ПГ и оценки влияния ВКУ на распределение растворимых примесей в объеме ПГ// Теплоэнергетика-2007 №12. С.37-41.

2. Немытов Д.С., Бараненко В.И., Жидков C.B., Березанин A.A., Усанов Д. А. Разработка методики оценки остаточного ресурса ПГ ПГВ-1000 по числу заглушённых труб. // Безопасноть АЭС и подготовка кадров: тез. докл. X Международная конференция, Обнинск, 1-4 октября 2007г.- Обнинск: ИАТЭ, 2007.-Ч.1.- с. 118.

3. Давиденко H.H., Березанин A.A., Усанов Д.А., Немытов Д.С., Щелик C.B.. Мониторинг эксплуатационных состояний ПГ.// Безопасноть АЭС и подготовка кадров: тез. докл. X Международная конференция, Обнинск, 1-4 октября 2007 г. - Обнииск:ИАТЭ, 2007.-Ч.1- с. 110.

Iß

4. Бакиров М.Б., Клещук С.М., Немытов Д.С.. Чубаров C.B., Березанин A.A.. Анализ состояния, режимов эксплуатации и конструктивного исполнения ПГ АЭС с ВВЭР-1000 на примере энергоблока 2 Калининской и №3 Балаковской АЭС// Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: тез. докл. V международная научно-техническая конференция, Подольск, 29 мая-1 июня 2007г.-Подольск: ОКБ «Гидропресс».

5. Березанин A.A., Давиденко H.H., Усанов А.И. Применение систем диагностики для контроля состояния тепломеханического оборудования./ Теилоэнергетика-2009, №5-С.-7-11.

6. Березанин A.A., Горбатых В.П. Установка для периодической продувки парогенератора, приоритет от 28 июня 2004г. :патен №41510, зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской федерации 27 октября 2004 г.

Компьютерная верстка A.A. Березанин

ЛР№ 020713 от 27.04.1998

Подписано к печати 29.05.09 Формат бумаги 60x84/16

Печать ризограф. Заказ № 26 ¿^ Бумага MB Тираж 100 экз Иеч. л. 1,25 Цена договорная

Отдел множительной техники ИЛТЭ 249035, г. Обнинск, Студгородок, 1

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Парогенератор как объект исследования.

1.1. Устройство парогенератора типа ПГВ-1000.

1.2. Водно-химический режим второго конура АЭС (на примере Калининской'АЭС) .л.».

1.3. Формирование отложений и удаление отложений из парогенератора.

1.3.1. Формирование отложений.

1.3.2. Концентрирование примесей в отложениях.

1.3.3. Способы снижения скорости загрязнения ТОТ.

1.3.4. Удаление отложений.

1.3.4.1. Химическая отмывка на Хм АЭС.

1.3.4.2. Химические отмывки ПГ на Зап АЭС.

1.3.4.3. Химическая отмывка с использованием установки локальной отмывки

1.4. Характер повреждения узлов парогенераторов типа ПГВ-1000.

1.4.1. Теплообменные трубки.

1.4.1.1. Коррозионное растрескивание аустенитной хромоникелевой стали.

1.4.1.2. Количественная оценка долговечности аустенитной хромоникелевой стали в условиях коррозионного растрескивания.

1.4.2. Коллекторы теплоносителя.

1.4.2.1. Перфорированная зона.

1.4.2.2. Повреждения металла перемычек коллекторов.

1.4.2.3. Повреждения металла сварного шва №111.

1.4.2.4. Повреждения сварного шва № 111 трещинами поперечной ориентации.

1.5. Причины повреждения узлов парогенераторов типа ПГВ-1000(М).

1.5.1. Трубные пучки.

1.5.2. Перфорированная зона «холодного» коллектора над неперфорированным клином.

1.5.3. Сварной шов №111.

1.5.3.1. Причины повреждения зоны термического влияния сварного шва №111 трещинами продольной ориентации.

1.5.3.2. Причины повреждения сварного шва №111 и зоны термического влияния трещинами поперечной ориентации.

1.6. Формулирование цели и задач исследований.:.

1.7. Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. Структурный анализ систем парогенератора, основных и сопутствующих процессов повреждения.

2.1. Эквивалентная структурная схема.

2.1.1. Эквивалентная структурная схема технического устройства.

2.1.2. Эквивалентная структурная схема парогенератора.

2.1.3. Эквивалентная структурная схема подсистем обеспечения качества пара и поддержания параметров эксплуатации парогенератора.

2.1.4. Эквивалентная структурная схема негативного воздействия частных процессов повреждения на металл элементов подсистем парогенератора.

2.2. Основные и сопутствующие частные процессы повреждения металла элементов парогенераторов АЭС с ВВЭР.

2.2.1. Характеристики основных и частных процессов повреждения металла элементов подсистем парогенератора.

2.2.2. Значимые факторы частного процесса повреждения усталостью.

2.2.3. Значимые факторы частного процесса повреждения хлоридо-кислородным растрескиванием.

2.2.4.Концентрирование хлорид-иона при кипении в пористых отложениях

2.2.5.Динамика отказов в условиях хлоридо-кислородного растрескивания

2.2.6. Методика расчета динамики отказов при хлоридо-кислородном растрескивании.

2.2.7. Значимые факторы повреждения водородной хрупкостью.

2.3. Сопутствующие процессы повреждения металла элементов подсистем парогенератора.

2.3.1. Значимые факторы негативного действия железо оксидных осадочных отложений при переходных режимах и остановах.

2.3.2. Основные результаты расчетного анализа долговечности.

2.4. ВЫВОДЫ к главе 2.

ГЛАВА 3. Проведение работ по повышению ресурса ПГВ-ЮОО(М).

3.1. Исходное состояние ПГ до начала работ по модернизации.

3.2. «Разневоливание» коллекторов ПГВ-ЮОО(М).

3.3. Теплохимические и гидродинамические испытания парогенераторов на АЭС с ВВЭР-1000.

3.4. Модернизация систем водопитания и продувки.

3.5. Результат исследований.

3.6. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. Обоснование, разработка и реализация технических и технологических мероприятий, проведенных на Калининской АЭС для нейтрализации негативного действия на металл элементов ПГ значимых факторов частных процессов повреждения коллекторов, трубных пучков и сварных швов на «карманах» ПГ.

4.1. Исходное состояние ПГ и систем обвязки на блоках №1,2 Клн АЭС до начала работ по модернизации.

4.1.1. Схема водопитания.

4.2. Модернизация ПГ и систем их обвязки на блоках №1,2 Клн АЭС.

4.2.1. Модернизация систем водопитания и продувки.

4.2.2. Модернизация системы измерения и поддержания уровня.

4.2.3. Реконструкция системы продувки.

4.2.4. Реконструкция системы измерения уровня.

4.2.5. Этапы реконструкций, проведенные на Калининской АЭС и технический эффект.

4.3. Выводы к главе 4.

Федеральное Государственное предприятие «Российский государственный концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях» (концерн «Росэнергоатом») образовано Указом Президента Российской Федерации «Об Эксплуатирующей организации атомных станций Российской Федерации» от 7 сентября 1992 roflaN 1055 [1]. Этим Указом устанавливается, что концерн «Росэнергоатом» является государственным предприятием, осуществляющим собственными силами и с привлечением других предприятий (организаций) деятельность на всех этапах жизненного цикла атомных станций по выбору площадок, проектированию, строительству, вводу в эксплуатацию, эксплуатации, снятию с эксплуатации, а также иные функции эксплуатирующей организации. ОАО «Концерн Энергоатом» является правопреемником ФГУП концерн «Росэнергоатом». В своей деятельности ОАО «Концерн Энергоатом» руководствуется Федеральной целевой программой «Энергоэффективная экономика» на 2002-2005 гг. и на перспективу до 2010 г., утвержденной Правительством Российской Федерации постановлением от 17 ноября 2001 г. [2]. Повышение надежности, увеличение межремонтного периода эксплуатации ПГ требуется для выполнения «Программы увеличения выработки электроэнергии на действующих энергоблоках АЭС ОАО «Концерн Энергоатом» на 2007-2015 годы», составной частью которых является переход на 18-ти месячный топливный цикл энергоблоков ВВЭР-1000 и продление сроков эксплуатации блоков. На современном этапе реализации Программ основным средством достижения установленных показателей становятся технические мероприятия, направленные на продление срока службы основного оборудования АЭС, повышение КИУМ и КПД(эл).

В процессе эксплуатации реакторных установок типа ВВЭР—1000 в России и за рубежом серьезной проблемой явилась неплановая замена парогенераторов (ПГ). Именно поэтому одним из направлений повышения сроков безотказной работы энергоблоков АЭС с ВВЭР—1000 является предупреждение простоев, связанных с необходимостью устранения повреждений узлов ПГ типа ПГВ—1000(М). Эти повреждения, как правило, обязаны своим происхождением интенсивному протеканию коррозионных процессов. Замедлить частоту негативного проявления этих процессов задача реальная. Однако исключить их совсем невозможно, ибо это процессы, диктуемые самой природой. Можно лишь отодвинуть сроки, когда будет выявлено повреждение, тем самым повысить продолжительность безотказной работы, а значит и КИУМ.

До настоящего времени внеплановая замена проводилась по двум причинам:

- образование трещин в перемычках между отверстиями для ввода теплообменных трубок (ТОТ) «холодных» коллекторов (ХК) ПГ;

- массовый выход из строя ТОТ ПГ в сумме, превышающей их технологический запас.

Причем, технология глушения теплообменных трубок не гарантирует плотность узла глушения в течение оставшегося срока службы ПГ. Это приводит к повторным разуплотнением дефектных трубок и неплановым остановам блока, что причиняет значительный экономический ущерб.

Кроме перечисленных фактов выхода из строя ХК и ТОТ на некоторых ПГ проявилось новое место повреждения, связанное с растрескиванием зоны термического влияния (ЗТВ) сварного шва №111 (приварки сильфона «горячего» коллектора (ГК) к корпусу ПГ).

Перечисленные проблемы приводят к внеплановым продолжительным простоям энергоблоков и оказывают реальное негативное влияние на устойчивость энергообеспечения стран, развивающих энергетику на основе реакторов типа ВВЭР-1000.

Совокупной причиной повреждений является отсутствие оптимальности сочетания: конструкции ПГ, технологии его изготовления, режимов эксплуатации, набора конструкционных сплавов второго контура АЭС с ВВЭР и проектной обвязки ПГ.

Отдельно можно дифференцировать причины повреждения по «критическим» элементам ПГ.

Причины повреждения трубных пучков. Ускоренное накопление общей меры повреждения металла элементов ТОТ (теплообменных трубок) под воздействием по крайней мере трех одновременно протекающих процессов: усталости, питтингообразования и хлоридо-кислородного растрескивания, происходящих на фоне несимметричности ПГ при завышенной исходной концентрации хлорид-иона, его концентрирования при кипении в отложениях и применения гидразин-аммиачного ВХР для существующего набора конструкционных сплавов второго контура, включающего стали аустенитного и перлитного класса, а также медь-содержащие сплавы.

Роль технологических режимов эксплуатации в ускорении накопления коррозионной составляющей меры повреждения металла ТОТ и коллекторов состоит в прямой зависимости от качества воды, в соответствии с действовавшими во время пусков нормами ВХР (с завышенными значениями по концентрации хлорид-иона). Это так и не было компенсировано даже после пяти коррекций норм ВХР в сторону ужесточения. Кроме того, можно констатировать отсутствие рекомендаций по компенсирующим мероприятиям после эксплуатации металла в условиях нарушения норм ВХР и отсутствие нейтрализации адсорбированной кислоты после химической отмывки при пониженных показателях рН. Исходный регламент продувки не обеспечивал требуемого качества котловой воды и эффективного удаления из ПГ шлама. Вместе с несимметричностью конструкции и удельных тепловых нагрузок, а также существования объемов со скоростями потоков пароводяной смеси, близкой к нулевым значениям, это приводит к локальному накоплению шламов, подшламовой коррозии, гидролизу с понижением рН в зоне контакта коррозионной среды и металла элементов ПГ под отложениями, содержащими медь. Медь в отложениях образуется после термолиза аммиачных комплексов меди, образовавшихся при контакте аммиака с медными сплавами трубных пучков конденсаторов и ПНД. Процессы повреждения стали 08Х18Н10Т (основного металла трубок ПГ) - это коррозионная усталость и образование питтингов. Математически эти процессы описаны и известен перечень факторов участвующих в повреждении. Поэтому, обоснованным и целенаправленным изменением техническими средствами числовых значений влияющих факторов можно отодвинуть сроки проявления коррозионных и коррозионно-усталостных повреждения за пределы назначенного ресурса. Это весьма актуально, ибо в соответствии с «Программой развития атомной энергетики Российской Федерации на 1998-2005 годы и на период до 2010 года» (утверждена Постановлением Правительства Российской Федерации от 21.07.1998 г., № 815) [5] и «Программой работ по продлению срока службы энергоблоков первого поколения» (утверждена Первым заместителем министра от 16.02.1998 г.) [6] на первый план выдвигаются именно вопросы управления ресурсом основного оборудования, включая трубные пучки ПГ.

Цель диссертации - разработка методов управления сроком службы парогенераторов типа ПГВ-1000М.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• Определены и систематизированы значимые факторы, способствующие протеканию основных и сопутствующих частных процессов повреждения металла элементов парогенератора (ПГ).

• По результатам структурного анализа систем парогенератора, анализа отказов металла элементов парогенераторов типа ПГВ-1000, составлен перечень систем, а также установлена потенциальная возможность их реконструкции и модернизации для ослабления негативного влияния значимых факторов в основных и сопутствующих процессах повреждения конструкционных сплавов.

• Проведен комплекс работ по модернизации ПГ и систем их обвязки.

• Проведены комплексные испытания парогенераторов на разных блоках для оценки эффективности работ по модернизации и реконструкции. По результатам испытаний определен оптимальный вариант внутрикорпусных устройств, системы и регламента продувки, системы измерения уровня в ПГ.

• Разработаны методы химической промывки ПГ с локальными зонами скоплений отложений.

• Проведены оценки эффективности реконструктивных и технологических мероприятий по фактору приращения ресурса металла элементов ПГ.

Научная новизна диссертации состоит в том, что впервые:

1. Проблема повреждения металла элементов ПГ рассмотрена комплексно на всех этапах жизненного цикла с учетом конструктивных изменений ВКУ, систем обвязки и режимов эксплуатации ПГ.

2. Проведен анализ причин деградации трубных пучков, «растрескивания» «перемычек» в зоне перфорации коллекторов, повреждения металла в зоне термического влияния сварных швов в «карманах» ПГ. Выявлены ключевые факторы, приводящие к повреждению металла перечисленных конструкционных элементов ПГ.

3. Разработан метод управления сроком службы ПГ АЭС с ВВЭР посредством реализации комплекса мероприятий по модернизации и реконструкции систем ПГ, совершенствования технологии химической промывки ПГ, режимов эксплуатации ПГ.

4. Уточнены и реализованы технические мероприятия по устранению причин формирования скоплений шлама, замедлению коррозионных процессов, что ранее приводило к преждевременному повреждению металла элементов ПГ.

5. Проведена расчетная оценка эффективности проведенных мероприятий по критерию приращения ресурса.

Суть новизны состоит в том, что разработан алгоритм комплексного усовершенствования ПГ и систем их обвязки, который должен проводиться последовательно и целенаправленно. Этот комплекс позволяет уменьшить или ликвидировать последствия реализации неоптимальных проектных и конструкторских решений, а также отдельных недостаточно обоснованных, но выполненных ранее работ по модернизации систем обвязки ПГ, и несовершенных характеристик режимов эксплуатации и испытаний ПГ.

В частности, с участием автора и по его предложению впервые на Калининской АЭС были проведены работы по реконструкции системы продувки ПГ, разработаны принципиально новые регламенты продувки и контроля за ВХР ПГ.

С участием автора и по его предложению были проведены работы по исследованию и разработке новых регламентов продувки с учетом влияния реконструкции систем водопитания и сепарации на изменение распределения концентраций растворимых солей и шлама в объеме воды II контура ПГ.

Автором было разработано устройство [7] и реализована новая технология химической отмывки ПГ с паровым подогревом моющих растворов и интенсивной локальной отмывкой зон скопления отложений и шлама.

Автором была предложена и внедрена система температурного контроля за наличием расхода по всем линиям продувки ПГ, которая также позволяет контролировать и устранять термические воздействия на металл «карманов» ПГ «обратных» токов «холодной» продувочной воды.

С участием автора и по его предложению были применены новые типы защитных устройств на уровнемерах с базой ЮОО(бЗОмм), которые устранили разность показаний уровнемеров с различными базами как в номинальном, так и в переходных режимах.

Именно этот комплекс работ в совокупности с разневоливанием и низкотемпературной термообработкой коллекторов, наладкой режимов при эксплуатации и испытаниях ПГ позволил обеспечить более чем 23-х летнюю безотказную работу ПГ Клн АЭС.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации.

1. Выполнение комплекса предлагаемых работ в значительной мере обеспечило безаварийную надежную эксплуатацию ПГ Клн АЭС в течение более 180 тыс. часов. Увеличился период эксплуатации ПГ между хим. промывками. Результаты вихретокового контроля теплообменных трубок ПГ показывают значительное снижение скорости развития дефектов на трубчатке ПГ. Аналогичные результаты получены на Балаковской, Ровенской АЭС, ЮУАЭС после внедрения мероприятий по модернизации схем и регламентов продувки, внедрения установки для повышения эффективности отмывки зон локального скопления шлама и «карманов» ПГ.

2. Сопоставление результатов химических отмывок по различным технологиям показало, что наиболее оптимальной является технология, разработанная диссертантом для Клн АЭС, т.к. она позволяет отмыть зоны локального скопления шлама в трубном пучке и «карманы» ПГ.

3. Комплексные испытания на ПГ Балаковской, Волгодонской, Калининской, Нововоронежской АЭС подтвердили эффективность комплекса работ, проведенного на Калининской АЭС. Конструктивные и схемные решения, примененные на Калининской АЭС, вошли в проектные решения по новым блокам АЭС с ВВЭР-1000.

Практическая ценность работы

• Обоснованы, разработаны и внедрены на бл.1-3 Калининской АЭС модернизированные схемы и регламенты продувки, системы измерения уровня, схемы и регламенты химических промывок, схемы температурного контроля за ПГ и системой продувки, проведена модернизация внутрикорпусных устройств ПГ.

• Комплекс работ, проведенный на бл. 1,2 Калининской АЭС обеспечил эксплуатацию этих блоков без замены ПГ. Наработка ПГ блока 1 Калининской АЭС составляет боле 180 тыс. часов, что превышает наработку всех других ПГ на АЭС с ВВЭР-1000.

• По основе опыта Калининской АЭС аналогичные работы проводятся на Балаковской и Нововоронежской АЭС.

На защиту выносятся:

1. Анализ причин отказов металла элементов парогенераторов типа ПГВ-1000. Значимые факторы, способствующие протеканию основных и сопутствующих процессов повреждения металла элементов ПГ.

2. Метод управления сроком службы ПГ АЭС с ВВЭР посредством реализации комплекса мероприятий по модернизации и реконструкции систем ПГ, совершенствования технологии химической промывки ПГ, режимов эксплуатации ПГ.

3. Расчетная оценка эффективности проводимых мероприятий по фактору приращения ресурса металла элементов ПГ.

Личный вклад автора в получение научных результатов, изложенных в диссертации, состоит в следующем:

-автор обосновал и провел на ПГ бл.1-3 Калининской АЭС комплекс работ по модернизации ВКУ, системы продувки, системы измерения уровня, системы химической отмывки ПГ;

-автор непосредственно участвовал в организации и выполнении работ по модернизации ВКУ, систем обвязки и химической отмывки ПГ на Балаковской, Южно-Украинской, Ровенской АЭС;

- автор организовал выполнение комплексных испытаний на всех АЭС с ВВЭР-1000 России и анализ их результатов;

- автор провел расчетную оценку эффективности проводимых мероприятий по повышению ресурса элементов ПГ;

- автор является одним из разработчиков концепции и отдельных элементов программы «Концерна Энергоатом» по повышению эксплуатационной надежности и ресурса ПГ АЭС с ВВЭР.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований были представлены на следующих семинарах и конференциях:

- VII международный семинар по горизонтальным ПГ, Подольск, 3-5 октября 2006г. - Подольск: ФГУП ОКБ «Гидропресс»;

- V международная научно-практическая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», Подольск, 29 мая- 1 июня 2007г.- Подольск: ФГУП ОКБ «Гидропресс»;

Семинар МАГАТЭ «Целостность трубок парогенераторов», Удомля, 2730 ноября 2000г. - Удомля: Калининская АЭС.

Внедрение. Результаты работ внедрены на Клн АЭС, ЮУАЭС, БалАЭС, РовАЭС, НВАЭС и находятся в стадии тиражирования на других АЭС.

Публикации:

1. Давиденко Н.Н., Трунов Н.Б., Сааков Э.С., Березанин А.А., Богомолов И.Н., Дерий В.П., Немытов Д.С., Усанов Д.А., Шестаков Н.Б., Щелик С.В. Теплохимические испытания ПГ для выбора оптимального регламента продувки ПГ и оценки влияния ВКУ на распределение растворимых примесей в объеме ПГ// Теплоэнергетика. - 2007. - №12. - С. 37-41.

2. Немытов Д.С., Бараненко В.И., Жидков С.В., Березанин А.А., Усанов Д.А. Разработка методики оценки остаточного ресурса ПГ ПГВ-1000 по числу заглушённых труб //Безопасность АЭС и подготовка кадров: тез. докл. X Международная конференция, Обнинск, 1-4 октября 2007г.- Обнинск: ИАТЭ, 2007.-Ч.1. -С. 118.

3. Давиденко Н.Н., Березанин А.А., Усанов Д.А., Немытов Д.С., Щелик С.В. Мониторинг эксплуатационных состояний ПГ// Безопасность АЭС и подготовка кадров: тез. докл. X Международная конференция, Обнинск, 1-4 октября 2007г.- Обнинск: ИАТЭ, 2007.-Ч.1. - С. 110.

4. Бакиров М.Б., Клещук С.М., Немытов Д.С. Чубаров С.В., Березанин А.А. Анализ состояния, режимов эксплуатации и конструктивного исполнения ПГ АЭС с ВВЭР-1000 на примере энергоблока 2 Калининской и №3 Балаковской АЭС// Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: тез. докл. Y международная научно-техническая конференция, Подольск, 29 мая - 1 июня 2007г. -Подольск: ФГУП ОКБ «Гидропресс», г. Подольск, 2007.

5. Березанин А.А., Давиденко Н.Н., Усанов А.И. Применение систем диагностики для контроля состояния тепломеханического оборудования// Теплоэнергетика.-2009. - №12.-С.7-11.

6. Березанин А.А., Горбатых В.П., Установка для периодической продувки парогенератора, приоритет от 28 июня 2004г., Патент №41510, зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской федерации 27 октября 2004г.

Общие выводы

1. На основе анализа отказов металла элементов парогенераторов типа ПГВ-1000 установлены причины, количественные зависимости и значимые факторы в математических моделях основных частных процессов повреждения конструкционных сплавов: коррозионное растрескивание; усталость; водородная хрупкость.

2. Впервые автором по результатам обзора публикаций о механизмах повреждения металла элементов разработан перечень сопутствующих процессов повреждения и значимых факторов в этих процессах.

3. Впервые автором по результатам структурного анализа систем парогенератора типа ПГВ-1000 составлен перечень систем и установлена потенциальная возможность их реконструкции и модернизации для ослабления негативного влияния значимых факторов в основных и сопутствующих процессах повреждения конструкционных сплавов.

3. Впервые под техническим руководством автора на парогенераторах действующих энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000, внедрены следующие технические мероприятия:

3.1. Разделены линии продувки «торцов» и «карманов» ПГ с помощью автоматического управления электроприводной арматурой, что повысило эффективность продувки от шлама «карманов» коллекторов ПГ и мест его скопления шлама в трубном пучке;

3.2. Дополнительно линии продувки оснащены датчиками температурного контроля расхода линиям продувки, что позволяет выявить и исключить режимы работы продувки с возникновением обратных токов «холодной» воды в «карманы» ПГ и снижает накопление усталости сварного шва №111.

3.3. Отработаны и внедрены принципиально новые регламенты продувки ПГ от растворимых примесей и от шлама для предупреждения накопления шлама, что снижает удельную загрязненность поверхность теплообменных трубок и уменьшает кратность концентрирования коррозионно-агрессивных примесей, а также скорость накопления водородной хрупкости.

3.4. Проведены комплексные испытания ПГ (Приложение 9) на различных блоках, что позволило выбрать и внедрить на ряде блоков оптимальный вариант ВКУ системы и регламентов продувки, системы измерения уровня, которые обеспечивают управление наработкой до отказа металла элементов систем парогенераторов посредством: оптимального распределения растворимых примесей по объему ПГ; эффективной продувки от шлама «карманов» и зон локального его скопления в трубных пучках ПГ; обеспечения устойчивой работы системы измерений и поддержания уровня в стационарных и переходных режимах, что уменьшает при эксплуатации количество режимов со снижением уровня ниже верхних рядов трубных пучков и способствует замедлению динамики накопления поврежденных коррозионным растрескиванием теплообменных трубок .

4. Впервые автором обоснована и реализована новая технология химической промывки ПГ, которая за счет внедрения специальной установки обеспечивает эффективную отмывку зон локального скопления шлама на трубном пучке и в «карманах» ПГ Усовершенствован состав моющей композиции, обоснованы оптимальные параметры моющих композиций (повышен водородный показатель рН).

5. Реализованные технические и технологические мероприятия замедлили скорости протекания основных и сопутствующих частных процессов повреждения, что подтверждается результатами вихретокового контроля трубок ПГ (Приложение 9).

6. Расчетные методы оценки остаточного ресурса металла элементов ПГ и данные эксплуатационного контроля (вихретоковый контроль трубчатки и ультразвуковой контроль металла «карманов») были использованы для оценки эффективности обоснованных, перечисленных мероприятий по модернизации и реконструкции систем парогенераторов по критерию приращения ресурса и показали что:

- скорости роста питтингов даже при наличии меди в отложениях на ТОТ (наработка до отказа на 2Клн АЭС - более 20 лет) резко замедлились и сопоставимы со скоростями их роста без меди в отложениях (минимальная наработка до отказа 250000 часов);

- динамика отказов ТОТ резко замедлилась;

- отсутствует регистрация трещин в металле перемычек перфорированной зоны коллекторов над неперфорированным клином;

- снизилось количество регистраций повреждений СШ№ 111;

- наработка парогенераторов Клн АЭС, на которых наиболее полно реализованы мероприятия по модернизации и реконструкции систем, а также применена усовершенствованная технология химических отмывок приближается к 180000 часов.

7. Вышеперечисленное позволяет утверждать, что поставленные задачи решены, и сформулированная цель достигнута.

СОКРАЩЕНИЯ И ТЕРМИНЫ

АПВ — аварийная питательная вода; АЭС - атомная электрическая станция; Бал АЭС - Балаковская АЭС; ВДАЭС - Волгодонская АЭС; НВ АЭС - Нововоронежская АЭС; Клн АЭС - Калининская АЭС; Ров АЭС - Ровенская АЭС ЮУ АЭС - Южноукраинская АЭС.

АХК— автоматизированный химический контроль (система);

БОУ — блочная обессоливающая установка;

БЩУ - блочный щит управления;

ВВЭР — водо-водяной энергетический реактор;

ВВЭР-1000 - тип реакторной установки мощностью 1000 МВт;

ВКУ — внутрикорпусные устройства;

ВО - водородное хрупчивание;

ВПЭН — вспомогательный питательный электронасос;

ВХР - водно-химический режим;

ГЦН - главный циркуляционный насос;

ДРУ - дроссельно-регулирующее устройство;

ИЭ - инструкция по эксплуатации;

ЗТВ - зона термического влияния;

КИП - контрольно-измерительные приборы;

КИУМ — коэффициент использования устанволенной мощности;

КПД(эл) — коэффициент полезного действия (электрический);

КПН - коррозия поднапряжением;

КПТ - конденсатно-питательный тракт;

КР - коррозионное растрескивание

КТН — коллектор теплоносителя;

ХК - «холодный» коллектор (коллектор вывода теплоносителя из ПГ); ГК - «горячий» коллектор (коллектор ввода теплоносителя в ПГ); ЗТВ - зона термического влияния;

МП - мера повреждения металла элемента оборудования энергоблока; МПП — межпрокладочная полость;

ОКБ ГП - опытное конструкторское бюро «Гидропресс»

ПВ - питательная вода;

ПВД - подогреватель высокого давления;

ПГ — парогенератор;

ПНД - подогреватель низкого давления;

Пт - образование питтингов;

ПТН - поле характеристик технологической наследственности;

ПКАС — поле характеристик коррозионно-агрессивной среды;

ПНДС — поле характеристик напряженно-деформированного состояния;

ПРК - предохранительный клапан;

ПСВ- подогреватель сетевой воды;

РП - расширитель продувки;

РТО - регенеративный теплообменник;

РУ - реакторная установка;

СВО - спецводоочистка;

СО - «солевой» объем (отсек);

ТГ - турбогенератор;

ТПН - турбопитательный насос;

ТОТ - теплообменная трубка (змеевик);

ТХИ - теплохимические испытания (

ТЦ - турбинный цех;

У - усталость;

УС - уравнительный сосуд;

УЭП - удельная электропроводность

ФСД - фильтр смешанного действия;

ЧПП — частный процесс повреждения металла;

ХКР - хлоридо-кислородное коррозионное растрескивание ;

Х.О. — химическая отмывка;

ЭДТК — этилен-диамин-тетра-уксусная кислота;

ЭМФ - электромагнитный фильтр;

1. Указ Президента Российской Федерации «Об Эксплуатирующей организации атомных станций Российской Федерации» от 7 сентября 1992 года N 1055.

2. Программа «Энергоэффективная экономика» на 2002-2005 гг. и на перспективу до 2010 г., утвержденная Правительством Российской Федерации постановлением от 17 ноября 2001 г.

3. Подпрограмма «Безопасность и развитие атомной энергетики» на 20012005 гг. и на перспективу до 2010 г.

4. Программа «Энергетическая стратегия России» на период до 2020 г.

5. Программа развития атомной энергетики Российской Федерации на 1998-2005 годы и на период до 2010 года» (утверждена Постановлением Правительства Российской Федерации от 21.07.1998 г.,№ 815).

6. Программа работ по продлению срока службы энергоблоков первого поколения» (утверждена Первым заместителем министра от 16.02.1998 г.).

7. Б.И. Лукасевич, Н.Б. Трунов, Ю.Г. Драгунов, С.Е. Давиденко. Парогенераторы реакторных установок для атомных электростанций.-М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. -235 с.8. «Нормы ВХР 2 контура парогенераторов ПГВ-440 и ПГВ-1000» НР-34-70-017-82.

8. ОСТ 34-37-769-85. «Нормы ВХР 2 контура парогенераторов ПГВ-440 и ПГВ-1000» НР-34-70-017-82.

9. П.А. Акользин, В.В. Герасимова, В.В. Герасимов и др. Локальная коррозия металла теплоэнергетического оборудования. Под общей ред. Горбатых В.П.- М.: Энергоатомиздат, 1992.- 272 с.

10. Изменение №1 к ОСТ -34-37-769-85, 1990 г.12.«Временные нормы ВХР 2 контура АЭС с реакторами типа ВВЭР», 1990 г.

11. ОСТ. «Водно-химический режим второго контура АЭС с реакторами ВВЭР-1000», 2000 г.

12. Н.Стырикович М.А., Полонский B.C., Циклаури Г.В. Тепломассообмен и гидродинамика в двухфазных потоках АЭС.- М.: Наука, 1982. 335 с.

13. Манышна Н.М. Физико-химические процессы в пароводяном цикле электростанций. М.: Энергия, 1977. - 274 с.

14. Казаров Г.И., Горбатых В.П., Сааков Э.С., Шейкин Л.Г. Оценка коэффициента концентрирования примесей воды при в отложениях при кипении// Теплоэнергетика. 1994.- №4.- С.66-68.

15. В.М. Седов, А.Ф. Нечаев, В. А. Доильницын, П.Г. Крутиков. Химическая технология теплоносителей ядерных энергоустановок. -М.: Энергоатомиздат, 1985.

16. Исследование характеристик работоспособности стали марки 10ГН2МФА ЭШП в условиях эксплуатации коллекторов парогенераторов ПГВ-1000// Технический отчет по теме 574д-88, ЦНИИ КМ "Прометей", Л., 1990, 63 с.

17. Н.А. Махутов, Ю.Г. Драгунов, К.В. Фролов, В.П. Горбатых, и др. Несущая способность парогенераторов водо-водяных реакторов. Под общей ред. чл.-корр. РАН Н.А. Махутова. -М.: «НАУКА», 2003. 440 с.

18. Патент №41510, Березанин А.А., Горбатых В.П., Установка для периодической продувки парогенератора, приоритет от 28 июня 2004г. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской федерации 27 октября 2004 г.

19. ГОСТ 3117-78 Изд-во «Стандарты», 1978 г.

20. ГОСТ 5272-68 Коррозия металлов. Термины и определения. Изд-во «Стандарты», 1968 г.

21. Гутман Э.Т. Механохимия металлов и защита от коррозии. 2-е издание. -М.: Металлургия, 1981.

22. Рассохин Н.Г., Горбатых В.П., Середа Е.В., Абрашов В.А. Физико-химические аспекты надежности теплообменных труб из аустенитных хромоникелевых сталей// Теплоэнергетика.- 1988.-N 11.- С. 19-24.

23. Теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. Под ред. Клименко А. В., Зорина В.М. Книга первая. М.: МЭИ, 1999. - 528 е., раздел 8.6, с. 347.

24. Отчет ОКБ «Гидропресс» по теме: Исследование причин повреждений «холодных» коллекторов теплоносителя парогенераторов ПГВ-1000, ПГВ-1000М, разработке и внедрению мероприятий по повышению их эксплуатационной надежности и ресурса. Подольск. 1992.

25. Исследование характеристик работоспособности стали марки 10ГН2МФА ЭШП в условиях эксплуатации коллекторов парогенераторов ПГВ-1000. Технический отчет по теме 574д-88, ЦНИИ КМ "Прометей", Л., 1990, 63 с.

26. Заключение межведомственной комиссии по определению причин повреждений коллекторов парогенераторов энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000 от 15 июля 1988 г., М., 3 с.

27. Отчет МЭИ по теме гос. регистрации номер N2303930. Обоснование наработки на отказ и сроков проведения повторных НТО коллекторов ПГ блока 1 Калининской АЭС для продления их ресурса.-М.:1994.

28. Абрашов В.А., Горбатых В.П., Морозов А.В., Сааков Э.С. Концепция прочности металла: долговечность// Вестник МЭИ. Изд-во МЭИ. -1996.-№3. С. 63-71.

29. Герасимов В.В., Герасимова В.В., Самойлов А.Г. Проникновение электролитического водорода через перлитные стали. —М: ДАН СССР, 1991.-е. 1191-1193.

30. Горбатых В.П., Иванов С.О. Физико-химические процессы на АЭС. Термины и определения. Учебное пособие (справочное). -М.: МЭИ, 2007. 40с.

31. Заключение межведомственной комиссии по определению причин повреждений коллекторов парогенераторов энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000 от 15 июля 1988 г., М., 3 с.

32. Б.И. Лукасевич, Н.Б. Трунов, Ю.Г. Драгунов, С.Е. Давиденко Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных электростанций». М.: ИКЦ Академкнига, 2004. - 391 с.

33. ГОСТ 27.201-01. Надежность в технике. Оценка показателей надежности при малом числе наблюдений с использованием дополнительной информацию Общие положения. — М.:Госстандарты, 1981.- 28 е.

34. Парогенератор ПГВ-4. Инструкция по эксплуатации №180-И-029. ОКБ «Гидропресс», 1976., с. 216.

35. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. -М.: Машиностроение, 1990. 448 с.

36. Временная методика уточненного расчета на прочность и ресурса коллекторов парогенераторов ПГВ-ЮОО. Руководитель разработки чл.-корр. РАН Н.А. Махутов.- М.: ИМАШ АН СССР, 1990.- 56 с.

37. Стандарт эксплуатирующей организации СТО 0281-2006. Управление ресурсными характеристиками элементов энергоблоков атомных станций, «Росэнергоатом», 2006.- 49 с.

38. Справочная серия. «Правила и нормы в атомной энергетике». Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. ПНАЭ Г-7-002-86. -М.:Энергоатомиздат, 1989.- 525 с.

39. Казаров Г.И., Горбатых В. П., Сааков Э.С., Шейкин Л.Г.Оценка концентрирования примесей воды в отложениях при кипении// Теплоэнергетика. 1992. -N4.- С. 66-68.

40. Давиденко Н.Н., Березанин А.А., Усанов Д.А., Немытов Д.С., Щелик С.В. Мониторинг эксплуатационных состояний ПГ. Безопасноть АЭС и подготовка кадров-2007:тез. докл. X Международная конференция.-г.Обнинск. 1-4 октября, 2007 г. С-110.

41. Березанин А.А., Давиденко Н.Н., Усанов А.И. Применение систем диагностики для контроля состояния тепломеханического оборудования// Теплоэнергетика.-2009.- №5.-С.-7-11.

42. Патент №41510, Березанин А.А., Горбатых В.П., Установка для периодической продувки парогенератора, приоритет от 28 июня 2004г., Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской федерации 27 октября 2004 г.

43. Удомля, 16-18 ноября 1999г. Международное совещание «100000 часов эксплуатации ПГ Калининской АЭС без замены. Итоги и перспективы».

44. Балаково, 15-20 мая 1994 г. 6-ое совещание специалистов по вопросам эксплуатации парогенераторов АЭС с блоками ВВЭР-440, ВВЭР-1000.

45. Абрашов В.А., Горбатых В.П., Морозов А.В., Сааков Э.С. Концепция прочности металла: долговечность.- М.: МЭИ, 1996.- с. 63-71.

46. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. -М.: «Машиностроение», 1990.- 448 с.

47. Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов. -М.:Изд. Машиностроительной литературы, 1962.- с. 652-653.

48. Справочная серия «Правила и нормы в атомной энергетике». Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомныхэнергетических установок. ПНАЭ Г-7-002-86.-М.:

49. Энергоатомиздат,1989.- 525 с.

50. Lindh G Recept Adwance Stress Corrosion, Ed A Bresle. Royal Swedish Academy Science. Stokholm. 1961 p.70.

51. Акользин П.А., Герасимова B.B., Герасимов B.B., Горбатых В.П. Локальная коррозия металла теплоэнергетического оборудования. -М.:Энергоатомиздат, 1992.- 272 с.

52. B.C. Иванова. Разрушение металлов. -М.: Металлургия, 1979.- 166 с.

53. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Б. Кинетическая природа прочности твердых тел. -М.: Наука, 1974.- 580 с.

54. Горбатых В.П. Коррозионный ресурс металла//Теплоэнергетика.- 1993. -N7.- С. 30 -33.

55. Справочная серия «Теплотехника и теплоэнергетика» под ред. чл.-корр. СССР В.А. Григорьева , том 1. Общие вопросы, 1986. с.304-305.

56. Казаров Г.И., Горбатых В.П., Шейкин Л.Г., Сааков Э.С. Оценка коэффициента концентрирования примесей воды в отложениях при кипении// Теплоэнергетика.-1994. N4.- с. 66-68.

57. В.М. Седов, А.Ф. Нечаев, В.А. Доильницын, П.Г.Крутиков. Химическая технология теплоносителей ядерных энергоустановок. -М.: Энергоатомиздат, 1985.

58. Временная методика уточненного расчета на прочность и ресурса коллекторов парогенераторов ПГВ-ЮОО. Руководитель разработки чл.-корр. АН СССР Н.А.Махутов. М.: ИМАШ АН СССР, 1990.- 56 с.

59. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита металлов от коррозии. -М.:Металлургия, 1974 232 с.

60. Гетман А.Ф., Маточкин В.Ю., Ворона Б.И.и др Атомные электрические станции: Сб. статей / под ред. Л.М.Воронина, Термосиловое нагружение и его связь с напряжениями, повреждаемостью и остаточным ресурсом оборудования.-М.: Энергоатомиздат, 1991.

61. Бугай Н.В., Березина Т.Г., Трунин И.И. Работоспособность и долговечность металла энергетического оборудования.-М.: Энергоатомиздат, 1994.-272 с.

62. Горбатых В.П. Радиационный ресурс металла в послеотжиговый период эксплуатации// Теплоэнергетика.- 1994.- №1.- С. 30-32.

63. Горбатых В.П., Мишин А.В. Математическая модель общего износа не плакированного корпуса реактора типа ВВЭР-440. Международный конгресс «Энергетика-3000», г. Обнинск, 1998.- с.62.

64. Герасимов В. В. Коррозия сталей в нейтральных водных средах. -М.: Металлургия, 1981.

65. Hoar Т.Р., Jacob W.R. Nature, bond. 1967. Vol. 216. P. 1299.

66. Герасимов B.B., Герасимова В.В. Коррозионное растрескивание аустенитных нержавеющих сталей. -М.: Металлургия, 1976.

67. Богоявленский B.JI. Коррозия сталей на АЭС с водным теплоносителем. -М.: Энергоатомиздат, 1984.

68. Регель В.Р., Слуцкер А.И. Кинетическая природа прочности. Физика сегодня и завтра. М.: Наука, 1973.- с, 90.

69. Герасимов В.В., Монахов AJC. Материалы ядерной техники. 2-е изд. -М.:Энергоиздат, 1982.-288 с.

70. Свонн П.Р. Коррозия конструкционных материалов водоохлаждаемых реакторов: Пер. с англ. Под ред. В.П. Коровина. -М.: Атомиздат, 1965.-с. 206.

71. Семинар МАГАТЭ «Целостность трубок парогенераторов», Удомля, 27-30 ноября 2000г. Удомля: Калининская АЭС.

72. Коттрелл А.Х. Дислокация и пластическое течение в кристаллах: Пер. с англ. Под ред. А.Г. Рохштадта. -М.: Гос. науч.техн. изд-во лит. по черным и цветным металлам, 1958.

73. Ван Флик JI. Теоретическое и прикладное металловедение: Пер. с англ. Под ред. О.А. Алексеева. -М.: Атомиздат, 1975.

74. Мак Лин Д. Механические свойства металлов: Пер. с англ. Под ред. Я.Б. Фридмана. -М.: Металлургия, 1965.

75. Степанов В.А. Физика металлов и металловедение. 1967. Т. 24, № 6. С. 1099.

76. Иванова B.C. Разрушение металлов. -М.: Металлургия, 1979.

77. Мороз Л.С. Физика металлов и металловедение. 1962. Т. 13, № 6. С. 912.

78. Василенко И.И., Мелехов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. -Киев :Наукова думка, 1977.

79. Desjardens D., Helu M. Mem. et etud. Sci. Rev. Met. 1984. Vol. 81, N 6. P. 315.

80. Risen K. Werkstoff und Korrosion. 1985. Bd. 36, N 2. S. 55.

81. Акользин П. А., Гуляев B.H. Коррозионное растрескивание аустенитных сталей. -М.: Госэнергоиздат, 1963.

82. Spahn Н. Werkstoff und Korrosion. 1969. Bd. 20, N 9. S. 733.

83. Хор Т., Хайнс Дж. Коррозия металлов.: Пер. с англ. Под ред. И.Л. Розенфельда. М.: Изд-во иностр. лит., 1951. Вып. 3. С. 226.

84. Никитин В.И. Тр. ЦКТИ. Л.// 1982. Вып. 199. С. 101. 97.Szklaiska-Smialowska Z. Corrosion Sci. // 1979. Vol. 19, N 11. P. 753.

85. Band G. Corrosion Sci. //1980. Vol. 20, N 2. P. 243.

86. Гулина O.M., Корниенко K.A., Политюков В.П., Фролов С.А. Применение метода стохастической фильтрации Калмана для прогнозирования ресурсных характеристик парогенераторов АЭС//Атомная энергия.-2006.-Т.101(4).-С.313-316.