Алгоритмы, методики и средства контроля сплошной ультразвуковой толщинометрии изделий с неэквидистантными поверхностями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Пронин Виталий Владимирович

• Пронин Виталий Владимирович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Пронин Виталий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. ЭРОЗИОННО-КОРРОЗИОННЫЙ ИЗНОС МЕТАЛЛА И ОБЗОР

МЕТОДОВ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕТРИИ

1.1 Эрозионно-коррозионный износ металла

1.1.1 Причины возникновения эрозионно-коррозионного износа (ЭКИ) металла

1.1.2 Зарубежный опыт анализа объектов контроля, подверженных ЭКИ

1.1.3 Сварные соединения, подверженные ЭКИ

1.1.4 Случаи ЭКИ на АЭС в период с 2011 по 2014 гг

1.1.5 Результаты технического освидетельствования и контроля состояния металла питательных трубопроводов

1.1.6 Выводы

1.2 Анализ методов и средств УЗТ металла

1.2.1 Радиографический метод контроля

1.2.2 Метод контроля с применением традиционного ПЭП

1.2.3 Метод контроля с применением электромагнитно-акустических преобразователей

1.2.4 Метод контроля с применением фазированных антенных решёток

1.2.5 Метод контроля с применением раздельно-совмещенной фазированной антенной решётки

1.2.6 Метод контроля толщины с применением адаптивных протекторов

1.2.7 Метод TOFD контроля толщины

1.2.8 Выводы

1.3 Цель работы и задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И СРЕДСТВ СПЛОШНОЙ

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕТРИИ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА

2.1 Описание метода

2.2 Обоснование основных положений методики

2.3 Анализ влияющих факторов

2.4 Аппаратура и средства контроля

2.5 Экспериментальные исследования

2.6 Подтверждение показателей методики

2.7 Практическое применение методики

2.8 Выводы

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И СРЕДСТВ СПЛОШНОЙ

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕТРИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДИФРАКЦИОННО-ВРЕМЕННЫМ МЕТОДОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФАЗИРОВАННЫХ РЕШЁТОК

3.1 Описание метода

3.2 Обоснование основных положений методики

3.3 Аппаратура и средства контроля

3.4 Экспериментальные исследования

3.5 Подтверждение показателей методики

3.6 Выводы

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И СРЕДСТВ СПЛОШНОЙ

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕТРИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТОДОМ ЦИФРОВОЙ ФОКУСИРОВКИ АНТЕННЫ

4.1 Описание метода

4.2 Обоснование основных положений методики

4.3 Уточнение расстояния между призмами и скорости продольной волны в ОК

4.3.1 Метод определения расстояния между призмами

4.3.2 Численные эксперименты

4.3.3 Модельные эксперименты

4.3.4 Выводы

4.4 Примеры практической реализации технологии

4.5 Экспериментальные исследования

4.5.1 Данные моделирования

4.5.2 Экспериментальные данные

4.5.3 Данные контроля на ЛАЭС

4.6 Подтверждение показателей методики

4.7 Выводы

4.8 Сопоставление разработанных методов контроля с существующими

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Алгоритмы, методики и средства контроля сплошной ультразвуковой толщинометрии изделий с неэквидистантными поверхностями»

Актуальность

Трубопроводы в процессе эксплуатации подвержены эрозионно-коррозионному износу. Под воздействием теплоносителя происходит эрозионное разрушение защитной оксидной плёнки на внутренней поверхности, что способствует протеканию процесса коррозии, возникновению коррозионных трещин, в результате чего происходит разрушение металла стенки трубопровода. Стоимость защиты от коррозии, стоимость дефектоскопии и стоимость устранения разрушительного воздействия коррозии обходится промышленности по всему миру в миллиарды долларов. Одним из примеров эрозионно-коррозионного износа трубопровода является разрыв трубопровода в турбинном отделении АЭС Михама (Япония) в 2004 году [1].

На сегодняшний день используется широкий спектр различных методов и технологий неразрушающего контроля для определения толщины выявления коррозионных поражений изделия [2, 3, 4]. Весьма эффективны ультразвуковые методы толщинометрии [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12], основанные на свойстве отражения ультразвуковых волн на границах раздела сред. Их основные достоинства состоят в возможности контроля при одностороннем доступе, высокой производительности и относительно простые требования к подготовке участка измерения.

Однако известные методы контроля не обеспечивают достоверного выявления коррозионных поражений в зонах с неэквидистантными внешней и внутренней поверхностями изделий. Примеры эрозии-коррозии в области сварных соединений представлены на Рисунок 1. Для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации АЭС необходимо использование современных достижений технологий ультразвукового неразрушающего контроля и диагностики металла стенок и сварных соединений трубопроводов. Одним из таких направлений является сплошная ультразвуковая толщинометрия основного металла и сварных швов с применением технологии фазированных решеток (ФР). В отличие от дискретной ультразвуковой толщинометрии, применение автома-

тизированных сканирующих устройств (СКУ) при контроле позволяет увидеть и зафиксировать полную картину состояния металла. На рынке представлены различные средства для сплошной ультразвуковой толщинометрии на основе ФР в режиме электронного сканирования, которые позволяют за один проход измерять толщину в полосе, ширина которой определяется количеством элементов ФР. Применение электронного сканирования значительно экономит время по сравнению с механическим сканированием, что является важным фактором, в том числе для работы в условиях ионизирующего излучения.

] С высоким содержанием хрома С низким содержанием хрома

Рисунок 1. Примеры эрозионно-коррозионного износа в области композитных

сварных соединений и околошовной зоны

Анализ проблемы эрозионно-коррозионного износа металла трубопроводов АЭС показал, что подверженными ЭКИ являются сварные соединения перлитных трубопроводов и околошовные зоны этих трубопроводов. Таким образом, для полного анализа состояния металла в описанных зонах и для исключения пропусков локальных областей ЭКИ необходимо проводить контроль толщины всей области сварного соединения, включая околошовную зону, что может быть обеспечено методами сплошной УЗ толщинометрии.

Цель работы и задачи исследований

Цель работы - обеспечение измерения с заданной погрешностью и запись данных об остаточной толщине основного металла и сварных соединений трубопроводов из углеродистой стали в зонах с неэквидистантными поверхностями.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ характерных эрозионных-коррозионных повреждений металла.

2. Проанализировать существующие методы и средства толщинометрии, нормативную документацию.

3. Выполнить модельные и численные эксперименты для разработки технических обоснований технологий сплошной ультразвуковой толщинометрии изделий с неэквидистантными поверхностями.

4. Разработать методики и средства контроля для проведения сплошной ультразвуковой толщинометрии основного металла и сварных соединений с учетом неэквидистантности поверхностей.

5. Теоретически и экспериментально исследовать погрешности измерения толщины по разработанным технологиям.

Методы исследования

Для обоснования алгоритмов и схем контроля, используемых при измерении по разработанным технологиям толщинометрии, применялось моделирование акустических полей на основе конечно-разностных моделей векторного волнового уравнения с дискретным представлением пьезопластины и поверхностей объекта контроля при расчёте полей в приближении геометрической акустики. Математическое моделирование проводилось на базе вычислительных средств общего применения и программы CIVA (CIA List, Франция). Численные эксперименты выполнялись с использованием установок, обеспечивающих регистрацию эхосигналов в контактном режиме, оцифровку и передачу данных в компьютер для дальнейшей обработки и документирования, и поддерживающих технологии фазированных антенные решёток и цифровую фокусировку антенны. При оценке погрешностей измерений применены статистические математические методы обработки результатов экспериментов.

Научная новизна работы

1. Разработан способ с применением цифровой фокусировки антенны измерения остаточной толщины изделий с неэквидистантыми поверхностями.

2. Разработан алгоритм построения профиля донной поверхности и кар-

ты толщины контролируемых изделий с учетом неэквидистантности поверхностей.

3. Разработан способ уточнения расстояния между УЗ-преобразователями и скорости продольной волны в контролируемом изделии при сплошной ультразвуковой толщинометрии изделий с неэквидистантными поверхностями, обеспечивающий повышение точности измерения толщины.

Практическая ценность работы

1. Созданы средства контроля, реализующие разработанные технологии и методики сплошной ультразвуковой толщинометрии изделий с неэквидистантными поверхностями, в том числе сканирующие устройства и программное обеспечение для построения и анализа карт толщины.

2. На основе разработанных способов и средств контроля для проведения сплошной ультразвуковой толщинометрии разработаны и внедрены методики ультразвуковой толщинометрии основного металла и сварных соединений трубопроводов и оборудования атомных электростанций.

Реализация и внедрение результатов работы

Разработанные технологии и средства контроля легли в основу методик контроля, прошедших аттестационные испытания. Методики сплошной ультразвуковой толщинометрии внедрены в ООО «НПЦ «ЭХО+», АО «Концерн Росэнергоатом» и на всех действующих атомных электростанциях РФ.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

XX Всероссийской научно-технической конференции по неразрушаю-щему контролю и технической диагностике. Москва, 2014; Международной научно-технической конференции INTERMATIC - 2015. Москва, 2015; XXII Петербургская конференция «Ультразвуковая дефектоскопия металлов и перспективных материалов УЗДМ-2016», С.-Петербург, 2016; XXI Всероссийской научно-технической конференции по неразрушающему контролю и технической диагностики. Москва, 2017; 2-ая международная конференция по вычислительной математике и инженерным наукам (CMES-2017). Стамбул, 2017.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них 3 - в журналах из перечня ВАК, 2 патента на изобретение, 3 публикации в журналах и 5 тезисов докладов научно-технических конференций.

Личный вклад автора

Постановка задачи исследований, проведение теоретических и экспериментальных исследований, проведение математических моделирований и рас-чётно-технических обоснований, разработка требований к средствам контроля, программному обеспечению и конструкции образцов, разработка технологий измерения толщины и методик контроля (МТ 1.2.1.15.001.1086-2015, МТ 1.2.1.15.001.1087-2015), обработка, обобщение и анализ полученных результатов, определение погрешности измерения толщины.

Структура и объём диссертации

Диссертация изложена на 188 страницах, содержит 137 рисунков, 30 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 66 наименований.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Технология сплошной ультразвуковой толщинометрии основного металла с применением фазированных решёток с построением карты толщины контролируемого изделия с учетом неэквидистантности поверхностей.

2. Технология ультразвуковой толщинометрии сварных соединений дифракционно-временным методом с применением фазированных решёток.

3. Способ ультразвуковой толщинометрии изделия с неэквидистантными поверхностями и построение профиля внутренней поверхности этого изделия.

4. Технология ультразвуковой толщинометрии сварных соединений методом цифровой фокусировки антенны с применением фазированных решёток.

5. Метод уточнения расстояния между УЗ-преобразователя и скорости продольной волны в контролируемом изделии для повышения точности измерения толщины при проведении ультразвуковой толщинометрии изделий с неэквидистантными поверхностями методом цифровой фокусировки антенны.

1. ЭРОЗИОННО-КОРРОЗИОННЫЙ ИЗНОС МЕТАЛЛА И ОБЗОР МЕТОДОВ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕТРИИ

1.1 ЭРОЗИОННО-КОРРОЗИОННЫЙ ИЗНОС МЕТАЛЛА

1.1.1 Причины возникновения эрозионно-коррозионного износа (ЭКИ) металла

Раздел составлен по материалам [13].

Повреждения металлов под влиянием химического воздействия называют коррозией. Коррозионные явления представляют собой такие реакции, в которых принимают парное и множественное участие различные фазовые составляющие, например, твердая фаза с жидкой фазой, твердая фаза с газообразной и т.п.

Локальное химическое воздействие на поверхность металла обусловлено образованием вызывающего коррозию локализованного гальванического элемента. Происходит обмен зарядами, причем корродирующий металл является анодом. В зависимости от расположения катодов различают точечную коррозию и избирательную коррозию. При точечной коррозии вся структура металла подвержена коррозии, а при избирательной - только определенная структурная составляющая.

Особенно опасный вид коррозионного разрушения - коррозионное растрескивание, происходящее при одновременном воздействии статических растягивающих напряжений (внешних и внутренних) и коррозионной среды. При этом наблюдается хрупкое разрушение и оно направлено перпендикулярно действию растягивающих напряжений.

Каверны, язвы и другие коррозионные повреждения, являясь концентраторами напряжений, часто служат очагами коррозионного растрескивания. Если материал склонен к общей коррозии и к коррозионному растрескиванию, трудно разделить эти два процесса как в начальной, так и при развитии разрушения. Обычно процесс развития коррозионного разрушения состоит из трех стадий:

1. Медленное развитие трещин, когда процесс в основном определяется

коррозионным фактором.

2. Скачкообразное, относительно быстрое развитие трещин при увеличивающемся влиянии механического фактора.

3. Лавинообразное разрушение (долом).

Особенностью трещин при коррозионном растрескивании является их сильная разветвленность. Для коррозионного растрескивания наиболее характерно развитие разрушения по границам зерен.

При межзеренном разрушении трещины коррозионного растрескивания трудно отличить от трещин межкристаллической коррозии. Однако в последнем случае трещины, как правило, имеют вид паучков и гораздо менее ориентированы, чем при коррозионном растрескивании.

Механизмы образования повреждений: коррозия и эрозия металла.

Типы коррозии дефектов:

- сплошная (равномерная) коррозия;

- коррозия пятнами;

- коррозионная язва.

Распределение дефектов:

- равномерно и неравномерно распределенная;

- в виде скоплений.

Форма дефектов: сферическая и плоскодонная.

Расположение дефектов: на внутренней поверхности и внутри металла

стенок.

В качестве причин, вызывающих локальную коррозию, могут быть пористость, направленные остаточные напряжения, неравномерное распределение температур, неблагоприятная среда и её механизмы воздействия.

1.1.2 Зарубежный опыт анализа объектов контроля, подверженных ЭКИ

Опыт анализа случаев с ЭКИ Электроэнергетической компании Франции (EDF) с 2006 г. показывает, что корень шва и околошовная зона (ОШЗ) являются наиболее подверженными ЭКИ вследствие химических добавок и гидродинамических перепадов.

Был проведен анализ выборки из 360 результатов контроля с подтвержденным ЭКИ (Рисунок 1.1), который показал, что минимальная толщина в основном локализована в области корня шва (голубой цвет). Пурпурным цветом обозначены ситуации, при которых измеренная толщина превышает допустимые нормы, которые в основном тоже приходятся на корень шва.

' ' Корень шва

Mini

■ UpS./Weld I Weld/DwnS

■ URT

ОШЗ справа UpS Weld DwnS

Рисунок 1.1. Анализ результатов контроля методом TOFD

В той же выборке была проведена классификация по диапазонам в зависимости от разницы между толщиной шва и толщиной металла стенки в области ОШЗ (Рисунок 1.2).

Следовательно, положительные значения означают меньшую толщину в ОШЗ. Наибольшее количество «попаданий» соответствует диапазону ±0,5 мм. Минимальная и максимальная разница равна -3,6 и 4,5 мм соответственно.

Соответственно подтверждается тенденция, что швы подвержены ЭКИ чаще, чем ОШЗ. Более того, измерение ОШЗ не дает никакой информации о состоянии сварного соединения, и наоборот контроль СС не дает никакой информации о состоянии ОШЗ, поэтому необходимо проводить не только контроль сварных соединений, но и околошовной зоны.

300 250 200 150 100 50

п

ОШЗ слева

с

Рисунок 1.2. Классификация измеренной толщины в корне шва относительно

толщины в области ОШЗ

Предельные значения разницы толщин в шве и в ОШЗ связаны с различием в содержании легирующих добавок или наличии местных высоко турбулентных потоков, приводящих к появлению ЭКИ. Кроме того, толщина стенки подводящей трубы может иметь толщину, превышающую по проектной документации и при сварке излишки снимаются.

Результаты анализа случаев ЭКИ во Франции (EDF) подтверждают, что сварные соединения подвержены ЭКИ сильнее ОШЗ, но для полного анализа состояния металла необходим контроль всей ОШЗ.

1.1.3 Сварные соединения, подверженные ЭКИ

Трубопроводы в процессе эксплуатации подвержены эрозионно-коррозионному износу. Под воздействием теплоносителя происходит эрозионное разрушение защитной оксидной плёнки на внутренней поверхности, что способствует протеканию процесса коррозии, возникновению коррозионных трещин, в результате чего происходит разрушение металла стенки трубопровода. Одним из примеров эрозионно-коррозионного износа трубопровода является разрыв трубопровода в турбинном отделении АЭС Михама (Япония) в 2004 году [14].

Коррозионные потери в сварных соединениях трубопроводов питательной воды приносят большой экономический ущерб. Коррозионный износ приводит к недопустимому и аварийному состоянию трубопроводов. Скорость коррозии зависит от следующих параметров:

1. Геометрия трубопроводов (изометрия) и гидронамика.

2. Химических (кондиционирование воды).

3. Термодинамика (температура, давление).

4. Содержание легирующих добавок в трубопроводах.

На основе этих параметров были проведены исследования для анализа различных морфологий сварных соединений, подверженных ЭКИ с целью определения уровня критического состояния и геометрию размывов [15]. Было установлено, что интенсивность коррозии прямо пропорциональна химическому содержанию легирующих добавок. Итог типичных форм размывов наблюдаемых сварных соединений представлен на Рисунок 1.3.

0.15%Сг 0.04% Сг 0.08% Сг 17%Сг 17%Сг 0,04%Сг

Рисунок 1.3. Типичные размывы сварных соединений в зависимости от содержания хрома (Сг)

Швы из углеродистой стали имеют малое содержание хрома (0,02% -0,065%), что соответствует факту, что сварочные прутки не содержат хрома, и разбавление присадочного металла в корне шва не всегда достаточно для защиты его от ЭКИ, даже несмотря на высокое содержание хроме в основном металле трубопровода.

Степень ЭКИ может быть выше по причине завихрений или ускорения жидкости: наличие препятствия в потоке, изменения направления потока жид-

кости, превышение проплава неповрежденного шва (то есть швы из разнородных металлов или швы из углеродистой стали) и т.д. В результате возможно появление течи в трубе, восприимчивой к ЭКИ и, по-видимому, на малом расстоянии от корня шва. Также может произойти размыв в корне шва и в зоне термического влияния, ЗТВ (Рисунок 1.4).

Рисунок 1.4. Поврежденное сварное соединение

По причине разной степени ЭКИ может образоваться ступенька, которая в последствии приведет к завихрениям. Даже если ЭКИ не наблюдается в области ОШЗ, корень может размыть до 50% от его номинальной толщины. Пример сварного соединения с размывом с Белоярской АЭС приведен на Рисунок 1.5.

1.1.4 Случаи ЭКИ на АЭС в период с 2011 по 2014 гг.

Раздел составлен по материалам [16].

В настоящем разделе в качестве примеров рассматриваются зафиксированные известные случаи ЭКИ энергоблоках АЭС в период за 2011-2014 гг. Всего известно 29 выявленных случаев ЭКИ металла сварных соединений и переходов трубопроводов, которые перечислены в Таблица 1.1, где РГК - радиографический контроль, УЗТ - ультразвуковая толщинометрия.

Объект исследования: вырезанные по причине обнаружения при радиографическом контроле эррозионных размывов участки трубопроводов питательной воды, включающие в себя сварные соединения и переходы Ду400х300 мм и Ду300х250 мм.

Рисунок 1.5. Фотографии поврежденного сварного соединения

Таблица 1.1. Случаи ЭКИ на энергоблоках АС в период 2011-2014 гг.

№ п/п Год Место контроля (метод контроля) Кол-во размывов, шт.

Основной металл перехода и трубопровода СС приварки перехода к регулятору и трубопроводу

1 2011 - Размыв 4-ех СС перехода на 12 нитках в пом. 503/1,2 (РГК) 4

2 2014 - Размыв двух СС перехода от регулятора к трубопроводу Ду400 в помещениях 503/3,4 (РГК) 2

3 2011 - Размыв шести СС перехода к трубопроводу Ду400 в пом. 803/1,2 (РГК) 6

4 2011 Размыв основного металла перехода на 1 и 3 нитках в пом. 803/2, 2 места (УЗТ) - 2

5 2011 Размыв основного металла переходов Ду300х250 мм и Ду400х300 мм за регулирующей арматурой 1П1.1312, 1П2.1312, 1П1.1322, 3 места (РГК) Размыв металла по центру сварных швов № 105 за регулятором 1П2.1322, № 110 за регулятором 1П2.1312, №116 за регулятором 1П1.1322 (РГК) 6

6 2014 Размыв основного металла переходов Ду300х250 мм и Ду400х300 за регулирующей арматурой 1П1.1312, 2 места (УЗТ) Размыв околошовной зоны двух СС (№119/1 и № 122/1) 0426х24 мм (РГК) 4

7 2014 - Размыв металла по центру сварного шва № 115/2 (весь периметр) за регулятором 1П1.1322 1

0273х16 мм (РГК)

8 2014 - Размыв металла по центру сварного шва № 115/1 (длина 400 мм) за регулятором 1П1.1322 0273х16 мм (РГК) 1

9 2014 Размыв основного металла переходов Ду300х250 мм и Ду400х300 мм за регулирующей арматурой 1П2.1312, 2 места (УЗТ) Размыв околошовной зоны СС № 110/1 0325х19 мм (РГК) 3

В результате визуального осмотра внутренней поверхности участка трубопровода за регулирующим клапаном 1П2.1312 (СС №№109-11) выявлены эрозионные размывы металла (Рисунок 1.6):

- в корне СС № 110 участок размером 520х89 и максимальной глубиной 11,2 мм;

- в металле перехода между СС № 109 и № 110 участок размерами 70х26 мм и максимальной глубиной 3 мм.

В результате визуального осмотра внутренней поверхности участка трубопровода за регулирующим клапаном № 1П1.1322 (СС №№ 115-117) выявлены эрозионные размывы металла (Рисунок 1.7):

- в корне СС № 116 два участка: 1-ый участок размером 144х28 и максимальной глубиной 3,4 мм, 2-ой размером 142х31 мм и максимальной глубиной 3,1 мм;

- в металле перехода между СС № 115 и № 116 участок размером 113х21 мм и максимальной глубиной 1,1 мм.

В результате визуального осмотра внутренней поверхности участка трубопровода за регулирующим клапаном № 1П1.1312 (СС №№ 120/1-122) выявлен эрозионный размыв металла (Рисунок 1.8):

- в металле перехода между СС № 120/1 и № 121/1 участок размером 648х285 мм и максимальной глубиной ~0,5 мм.

В результате визуального осмотра внутренней поверхности учатска трубопровода за регулирующим клапаном № 1П2.1322 (СС №№ 104; 106) выявлены эрозионные размывы металла (Рисунок 1.9):

- в корне СС № 105 смещение кромок ~1,5 мм и три участка размыва: 1-ый участок размером 166х17 мм и максимальной глубиной 1,5 мм; 2-ой размером 21х10 мм и максимальной глубиной 0,5 мм; 3-ий размером 171х23 и максимальной глубиной 1,5мм.

Рисунок 1.6. Вид эрозионных размывов внутренней поверхности участка за регулятором № 1П2.1312

Рисунок 1.7. Вид эрозионных размывов внутренней поверхности участка за регулятором № 1П1.1322

Рисунок 1.8. Вид эрозионных размывов внутренней поверхности участка за регулятором № 1П1.1312

Рисунок 1.9. Вид эрозионных размывов внутренней поверхности участка за регулятором № 1П2.1322

1.1.5 Результаты технического освидетельствования и контроля состояния металла питательных трубопроводов

В период ремонта энергоблока № 1 Курской АЭС с 01.04.11 г. по 16.04.11 г. при выполнении эксплуатационного неразрушающего контроля (ЭНК) состояния сварных соединений (СС) трубопроводов питательной воды согласно рабочей программе 1-ПР-03-ОДМиТК-11, были выявлены дефекты (эрозионные размывы), а именно:

- утонение металла (толщина менее допустимой) на 4-х переходах рабочих ниток трубопроводов питательной воды (стороны П1 и П2): СС №№ 120/1, 121/1, 116 (пом. 704/1) и СС №№ 110, 105 (пом. 704/2).

Выполнен радиографический контроль (РГК) Ду 250, 300 основных линий питательных узлов левой и правой сторон КМПЦ энергоблока № 1.

При этом были выявлены утонения металла переходов за регуляторами, что отражено в заключениях о радиографическом контроле сварных соединений, выданных ОДМиТК:

- заключение №1-34/11 от 05.04.2011 г.: сварное соединение за регулятором 1П1-1312 (СС №120/1), пом. 704/1, сталь 20, 0 273х16, категория сварных соединений 11-А - не соответствует требованиям ПК 1514-72 (не годен);

- заключение №1-30/11 от 05.04.2011 г.: сварное соединение за регулятором 1П1-1322 (СС №116), пом. 704/1, сталь 20, 0 325х19, категория сварных соединений 11-А - не соответствует требованиям ПК 1514-72 (не годен);

- заключение №1-31/11 от 05.04.2011 г.: сварное соединение за регулятором 1П1-1312 (СС №121/1), пом. 704/1, сталь 20, 0 273х16, категория сварных соединений 11-А - не соответствует требованиям ПК 1514-72 (не годен);

- заключение №1-33/11 от 05.04.2011 г.: сварное соединение за регулятором 1П1-1312 (СС №110), пом. 704/1, сталь 20, 0 273х16, категория сварных соединений 11-А - не соответствует требованиям ПК 1514-72 (не годен);

- заключение №1-32/11 от 05.04.2011 г.: сварное соединение за регулятором 1П1-1322 (СС №105), пом. 704/1, сталь 20, 0 273х16, категория сварных соединений 11-А - не соответствует требованиям ПК 1514-72 (не годен).

Ремонт трубопроводов питательной воды выполнен в соответствии с п. 9.11 ПНАЭ Г-7-009-89 и ТУ ЭО 0144-2011 путем вырезки дефектных сварных соединений вместе с блоками переходов Ду 400х300, Ду 300х250 с последующим монтажом новых участков трубопроводов, состоящих из новых переходов Ду 400х300, Ду 300х250 и вставки Ду 250.

Вырезанные участки трубопроводов питательной воды, включающие в себя сварные соединения и переходы 400х300 мм и 300х250 мм, исследованы ОДМиТК. В результате визуального осмотра внутренней поверхности участков трубопроводов за регулирующими клапанами выявлены эрозионные размывы металла:

- за клапаном № 1П1.1312 (СС №№ 120/1-122):

в металле перехода между СС № 120/1 и 121/1 участок размером 648х285 мм и максимальной глубиной ~ 0,5 мм;

- за клапаном № 1П1.1322 (СС №№ 115; 117):

в корне сварного шва № 116 два участка: 1-ый участок размером 144х28 мм и максимальной глубиной 3,4 мм (Рисунок 1.12), 2-ой размером 142х31 мм и максимальной глубиной 3,1 мм (Рисунок 1.13);

в металле перехода между СС № 115 и № 116 участок размером 113х21

мм и максимальной глубиной 1,1 мм (Рисунок 1.13);

- за клапаном № 1П2.1312 (СС №№ 109-111):

в корне сварного шва № 110 участок размером 520x89 мм и максимальной глубиной 11,2 мм (Рисунок 1.10, Рисунок 1.11);

в металле перехода СС № 109 и № 110 участок размером 70x26 мм и максимальной глубиной 3 мм (Рисунок 1.10);

- за клапаном № 1П2.1322 (СС №№ 104, 106):

в корне сварного шва № 105 смещение кромок - 1,5 мм;

три участка размыва: 1-ый участок размером 166x17 мм и максимальной глубиной 1,5 мм (Рисунок 1.14); 2-ой участок размером 21x10 мм и максимальной глубиной 0,5 мм (Рисунок 1.15), 3-ий участок размером 171x23 мм и максимальной глубиной 1,5 мм (Рисунок 1.14, Рисунок 1.15).

Рисунок 1.10. Эррозионные размывы в корне СС № 110

£ -

у — {0,4- ¿>1

$20

Рисунок 1.11. Эррозионные размывы в корне СС № 110 (продолжение)

СС/1 ш

г - 1,о«*<

Рисунок 1.12. Эррозионные размывы в корне СС № 116

5 - з, / км

Рисунок 1.13. Эррозионные размывы в корне СС № 116 (продолжение)

Рисунок 1.14. Эррозионные размывы в корне СС № 105

т

Рисунок 1.15. Эррозионные размывы в корне СС № 105 (продолжение)

1.1.6 Выводы

Результаты анализа случаев ЭКИ во Франции (EDF) подтверждают, что сварные соединения, как и ОШЗ, подвержены ЭКИ, и для полного анализа состояния металла необxодим контроль не только ОШЗ, но и области СС.

Был проведен анализ зафиксированные случаев ЭКИ на пилотном энергоблоке Курской в период за 2011-2014 гг., который показал, что ЭКИ в области сварные соединений (случай неэквидистантные поверxностей) встречается в 70 % случаев от общего значения. Минимальная глубина утонения равна 0,5 мм, максимальная - 14, 9 мм.

В действующей нормативной документации по контролю, теxнической литературе и научные трудаx вопрос правильного определения коррозионного износа раскрыт не полностью. Из имеющжся указаний не всегда четко понятно, чем и как измерять потери, какие участки выбирать и как иx подготавливать. Нет однозначного мнения о том, как отображать результат измерений. Таким образом, необxодимо обобщить имеющиеся данные и провести сопоставление существующиx методов и средств контроля, позволяющж проводить контроль толщины объектов с неэквидистантными поверxностями.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пронин Виталий Владимирович, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. [Электронный ресурс] http://www.atomdb.jnes.go.jp/content/ 000025568 .pdf (дата обращения: 11.08.2015).

2. Гурвич А.К., Сясько В.А., Артемьев Б.В., Грудский А.Я., Федосенко Ю.К., Шевалдыкин В.Г. Толщинометрия изделий и покрытий. Методы и задачи. - В мире НК, 2008, № 2 (40), с. 4.

3. Шкатов П.Н., Шатерников В.Е. Неразрушающий контроль трещин и коррозионных поражений вихретоковым методом. - Контроль. Диагностика.- № 2,1998.- С. 39-42.

4. Волков Б.В., Шкатов П.Н. Вихретоковый контроль металла в энергетике.- Челябинск: Цицеро.- 2013.- 249 с.

5. Базулин А.Е., Бенитес Х., Пронин В.В., Тихонов Д.С., Шнель О.О., Сплошная ультразвуковая толщинометрия основного металла и сварных швов. - В мире НК, 2014, № 4 (66), с. 20-26.

6. Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г., Бобров В.Т., Алёхин С.Г., Козлов В.Н. ЭМА преобразователи для ультразвуковых измерений. - В мире НК, 2008, № 2 (40), с. 22-25.

7. Юнникова В.В. О достоверности ультразвукового контроля толщины. - Контроль и диагностика, 1999, №9, С. 31-34.

8.Алехин С.Г., Самокрутов А.А., Бобров В.Т., Бобров С.В., Сергеев К.Л. Моделирование магнитных систем ЭМА-преобразователей для возбуждения ультразвуковых волн. - Контроль. Диагностика, 2013, №7, с.12- 18.

9. Rioux Philippe. Comparison corrosion mapping solutions using phased array and conventional UT techniques [Электронный ресурс] http ://www.ndt.net/events/NDTCanada2015/app/content/Paper/18_Rioux.pdf (дата обращения: 11.08.2015).

10.Самокрутов А.А., Шевалдыкин В. Г., Козлов В. Н, Алёхин С.Г., Ме-лешко И.А., Пастушков П.С. А1207 - Ультразвуковой толщиномер нового поколения - В мире НК, 2001, №2 (12), с. 23-24.

11. Introduction to phased array ultrasonic technology applications: R/D tech guideline. - Olympus NTD, 2007, 376 p.

12. Кристоф Швабович, Суворов В.А. Неразрушающий контроль и построение профиля донной поверхности при помощи методов ультразвуковой томографии. [Электронный ресурс] http://www.acsys.ru/article/ nerazrushayushchiy-kontrol-i-postroenie-profilya-donnoy-poverkhnosti-pri-pomoshchi-metodov-ultrazvuk/ (дата обращения: 11.08.2015).

13. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Филинов В.Н. и др. Машиностроение. Энциклопедия. Том III-7. Измерения, контроль, испытания и диагностика. -Москва: Машиностроение, 2001 г . - 464 с.

14. Secondary Piping Rupture Accident at Mihama Power Station, Unit 3, of the Kansai Electric Power Co., Inc. (Final Report). — The Nuclear and Industrial Safety Agency. 30 March, 2005.

15. V Calonne-Chatelee, Y Thebault, O de Bouvier, L Dejoux, S Trevin, E-M Pavageau. Field experience on weld assemblies behaviour toward flow accelerated corrosion in French nuclear power plants (NPP). - 13th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems, Whistler, British Columbia, August 2007

16. Отчёт о расследовании отклонения на АС. Образование дефектов (утонений металла) в сварных соединениях (СС) и переходах 300x250 и 400x300 после регуляторов питательной воды 1П1.1312, 1322, 1П2.1312, 1322 КМПЦ энергоблока №1 вследствие эрозионных размывов металла в процессе эксплуатации. № 1КУР-Ц19-012-04-11/РЦ-1 от 05.05.2011 г.

17. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Ковалев А.В. и др. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник. - Москва: Машиностроение, 1995 г. - 488 с.

18. Унифицированная методика контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов АЭУ. Радиографический контроль. ПНАЭ Г-7-017-89.

19. Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля. ПНАЭ Г-7-010-89.

20. Правила контроля сварных соединений и наплавки узлов конструкций энергетических установок атомного энергомашиностроения. ПК 1514-72

21. Михайленко М.А. Применение метода цифровой беспленочной радиографии для профильной толщинометрии труб. - Томск: ТПУ, 2012 г.

22. Унифицированная методика контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Ультразвуковой контроль. Часть III. Измерение толщины монометаллов, биметаллов и антикоррозионных покрытий. ПНАЭ Г-7-031-91.

23. Инструкция по дефектоскопии гибов трубопроводов из перлитной стали» И № 23 СД-80*.

24. AS-TM-A11. Измерение толщины стенок и использованием ЭМАП. Инструкция по применению.

25. РД ЭО 1.1.2.99.1022-2015. Проведение измерений толщины стенок оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок с применением ЭМА-толщиномеров.

26. Методика измерения толщины стенок трубопроводов атомных энергетических установок с применением электромагнитно-акустических толщиномеров. ИТЦЯ.401171.003 Д.

27. Руководящий документ по проведению измерений толщины стенок трубопроводов АЭУ с применением серийно выпускаемых ЭМА толщиномеров.

28 Corrosion Mapping with Phased Array Ultrasonics. Olympus Présentation. API Inspection Summit and Expo 2011.

29 Omniscan MX2 Training Materials.

30. Anandamurugun S., Siva Y. Ultrasonic phased array technology for enhanced pod & inspection speed in corrosion detection and wall thickness measurement. - GE Inspection Techologies, JFWTC, Bangalore, India.

31. Пронин В.В., Шкатов П.Н., Сандуляк А.А.. Технологии сплошной ультразвуковой толщинометрии. 2-ая международная конференция по вычислительной математике и инженерным наукам (CMES-2017). Стамбул, 2017. С.74.

32. Сплошная ультразвуковая толщинометрия оборудования и трубопроводов энергоблоков атомных электростанций. Сплошная ультразвуковая толщинометрия с применением фазированых решёток. МТ 1.2.1.15.001.10862015.

33. Базулин А.Е., Бенитес Х., Пронин В.В., Тихонов Д.С., Шнель О.О., Ультразвуковая полуавтоматизированная сплошная толщинометрия основного металла и сварных соединений. - Тезисы XX Всероссийской научно-технической конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике, 2014, с.105-109.

34. Пронин В. В., Базулин А.Е., Бенитес Х., Тихонов Д.С., Шнель О.О. Сплошная ультразвуковая толщинометрия основного металла и сварных швов. В мире неразрушающего контроля. 2014, № 4 (66). С. 20-26.

35. Пронин В. В., Базулин А.Е., Бенитес Х., Тихонов Д.С., Шнель О.О. Сплошная ультразвуковая толщинометрия основного металла и сварных швов. Ультразвуковая дефектометрия, 25 лет: юбилейный сборник трудов ООО «НПЦ «ЭХО+ / под ред. А.Х. Вопилкина. Москва; Санкт-Петербург: СВЕН, 2015. С. 101-107.

36 ТО-СУЗТ-ФР-2015. Расчетно-техническое обоснование методики сплошной ультразвуковой толщинометрии оборудования и трубопроводов энергоблоков атомных электростанций. Часть 1. Сплошная ультразвуковая толщинометрия с применением фазированный решеток.

37 ПНАЭГ-7-031-91. Унифицированные методики контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов. Ультразвуковой контроль. Часть III Измерение толщины монометаллов, биметаллов и атикоррозионных покрытий.

38 И № 23 СД-80*. Инструкция по дефектоскопии гибов трубопроводов из перлитной стали.

39. Civa 10 User Manual (UT Module), CEA, 2011.

40. Базулин А.Е., Бенитес Х., Пронин В.В., Тихонов Д.С., Шнель О.О., Сплошная ультразвуковая толщинометрия основного металла и сварных швов.

- В мире НК, 2014, № 4 (66), с. 20-26.

41. Сплошная ультразвуковая толщинометрия оборудования и трубопроводов энергоблоков атомных электростанций. Ультразвуковая толщиномет-рия металла сварных соединений с применением фазированных решёток. МТ 1.2.1.15.001.1086-2015.

42. Базулин А.Е., Бенитес Х., Пронин В.В., Тихонов Д.С., Шнель О.О., Сплошная ультразвуковая толщинометрия основного металла и сварных швов.

- Ультразвуковая дефектометрия, 25 лет: юбилейный сборник трудов ООО «НПЦ «ЭХО+ / под ред. А.Х. Вопилкина. Москва; Санкт-Петербург: СВЕН, 2015. С. 101-107.

43. ASTM E 2373. Standard Practice for Use of the Ultrasonic Time of Flight Diffraction (TOFD) Technique.

44. Пронин В.В. Новые технологии ультразвуковой толщинометрии. Коррозия Территория НЕФТЕГАЗ. Москва, 2017, № 1(36)17. С.18-23.

45 ТО-СУЗТ-ФР-2015. Расчетно-техническое обоснование методики сплошной ультразвуковой толщинометрии оборудования и трубопроводов энергоблоков атомных электростанций. Часть 2. Ультразвуковая толщиномет-рия металла сварных соединений с применением фазированных решёток.

[46] C. Brillon, T. Armitt, O. Dupuis. TOFD Inspection with Phased Arrays. 17th World Conference on Nondestructive Testing, 25-28 Oct 2008, Shanghai, China

47. Базулин А.Е., Бенитес Х., Пронин В.В., Тихонов Д.С., Шнель О.О., Сплошная ультразвуковая толщинометрия основного металла и сварных швов. - В мире НК, 2014, № 4 (66), с. 20-26.

48.Способ ультразвукового контроля профиля внутренней поверхности изделия с неровными поверхностями. Патент на изобретение № 2560754, приоритет изобретения 30 мая 2014 г.

49. Пронин В.В., Базулин А.Е., Тихонов Д.С., Шкатов П.Н. Построение профиля внутренней поверхности трубопроводов ультразвуковым методом с применением технологии цифровой фокусировки антенны. Приборы. Москва, 2015, № 11 (185). С. 16-25.

50.Базулин Е.Г., Коколев С.А., Голубев А.С., Применение ультразвуковой антенной решетки для регистрации эхосигналов методом двойного сканирования для получения изображений дефектов - Дефектоскопия, 2009, №7, с. 18-32.

51. Пронин В.В., Базулин А.Е., Тихонов Д.С., Шкатов П.Н. Построение профиля внутренней поверхности трубопроводов ультразвуковым методом с применением технологии цифровой фокусировки антенны. Приборы. Москва, 2015, № 11 (185). С. 16-25.

52 Т0-СУЗТ-ФР-2015. Расчетно-техническое обоснование методики сплошной ультразвуковой толщинометрии оборудования и трубопроводов энергоблоков атомных электростанций. Часть 2. Ультразвуковая толщинометрия металла сварных соединений с применением фазированных решёток.

53. Пронин В.В., Базулин А.Е., Базулин Е.Г. Определение расстояния между антенными решетками и скорости продольной волны в объекте контроля для восстановления изображения профиля дна сварного соединения при ультразвуковом контроле. Дефектоскопия. Москва, 2017, № 9. С. 10-20.

54.Базулин Е.Г., Базулин А.Е., Вопилкин А.Х., Пронин В.В., Тихонов Д.С. Способ ультразвукового контроля профиля внутренней поверхности изде-

лия в зоне сварного соединения с применением антенных решеток. Патент на изобретение № 2560754 от 23.07.2015г.

55. Сайт фирмы EXTENDE. URL: http://www.extende.com/ (дата обращения: 25.08.2016).

56. Пронин В.В., Базулин А.Е., Тихонов Д.С., Шкатов П.Н. Построение профиля внутренней поверхности трубопроводов ультразвуковым методом с применением технологии цифровой фокусировки // Приборы. 2015. № 11 (185). С. 16-25

57. Базулин Е.Г. Калибровка ультразвуковой антенной решётки, установленной на призму // Дефектоскопия. 2014. №4. C. 50-63.

58. Разыграев Н.П. Ультразвуковая дефектоскопия головными волнами

- физические предпосылки и практическое применение // Дефектоскопия. 2004. № 9. С. 27-37.

59. Time-Of Flight Diffraction (TOFD) Technique // ASME Boiler & Pressure Vessel Code. Section V Article 4. Mandatory Appendix III. 2004.

60. Басацкая Л.В., Ермолов И.Н. Поле преобразователей с углами наклона близкими к критическим // Дефектоскопия. 1985. №4. С. 3-11.

61. Überall H. Physical Acoustics Vol. 10 ed. W P Mason and R N Thurston

- Academic Press, 1973.

62. Базулин Е.Г., Исмаилов Г.М. Измерение скорости звука и толщины в плоскопараллельных объектах контроля с использованием двух антенных решёток // Дефектоскопия, 2013, №8, С. 20-34.

63. Мэтьюз Д.Г., Финк К.Д. Численные методы. Использование MATLAB, 3-е изд. М.: Изд. дом «Вильямс», 2001. 720 с.

64. Бархатов В.А. Моделирование ультразвуковых волн методом конечных разностей во временной области. Двумерная задача. Оптимальные алгоритмы. Анализ погрешностей. Поглощающие области вблизи границ сетки // Дефектоскопия. 2009. №6. С. 58-75.

65. Базулин Е.Г. Учёт анизотропных свойств сварного соединения при восстановлении изображения отражателей по эхосигналам, измеренным ультразвуковой антенной решёткой // Дефектоскопия. 2016. №10.

66. Пронин В.В. Новые технологии ультразвуковой толщинометрии. Территория НЕФТЕГАЗ. Москва, 2017, № 3. С.14-19.