Анализ состояния и прогнозирование дефектности теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.03, кандидат технических наук Тесленко, Михаил Владимирович

• Тесленко, Михаил Владимирович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тесленко, Михаил Владимирович

Введение.

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

1.1 Конструктивное исполнение парогенераторов ПГВ-1000 АЭС с ВВЭР.

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

1.3 Вихретоковый контроль ТОТ.

1.4 Виды и механизмы повреждения ТОТ.

1.5 Методики оценки и прогнозирования состояния ТОТ АЭС с ВВЭР.

1.5.1 Параметры оценки дефектного состояния ТОТ.

1.5.2 Модель зарождения и роста дефектов.

1.5.3 Методика оценки остаточного ресурса ТОТ ПГ.

1.6 Метод долгосрочного прогноза количества заглушённых ТОТ.

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

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

1.9 Выводы по первой главе.

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

2.1 Параметры оценки дефектного состояния ТОТ ПГ.

2.1.1 Анализ амплитуд ВТ сигналов от дефектов и индикаций.

2.1.2 Анализ новых дефектов и индикаций.

2.2 Расположение дефектов и отложений на теплообменных трубах парогенераторов.

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

2.2.2 Трехмерная модель расположения дефектов ТОТ в парогенераторах.

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

2.3 Выводы по второй главе.

Глава 3. Прогноз количества глушений теплообменных труб.

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

3.2 Статистический анализ появления и развития дефектов.

3.2 Методика краткосрочного прогнозирования количества глушений теплообменных труб.

Выводы по третьей главе.

Основные результаты работы.

Перечень принятых сокращений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ состояния и прогнозирование дефектности теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР»

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

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

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

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

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

Цели и задачи научного исследования

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

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

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

- установить закономерности распределения дефектов на ТОТ;

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

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

Научная новизна:

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

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

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

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

Практическая ценность выполненных работ заключается в следующем:

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

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

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

Заключение диссертации по теме «Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации», Тесленко, Михаил Владимирович

Основные результаты работы

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

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

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

1.3 Был реализован расчет относительных параметров: относительное количество индикаций (ОКИ); для каждого ВТК рассчитывается абсолютное и относительное количество труб с более чем N индикациями, где N - задаваемая величина.

2. Разработана и реализована трехмерная модель расположения дефектов теплообменных труб в парогенераторах. Реализовано отображение отложений и шлама в объеме трубного пучка ТОТ. Использование трехмерного представления дефектов позволяет точнее оценивать состояние теплообменных труб парогенераторов.

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

4. Рассмотрены и статистически обобщены данные по появлению новых дефектов и развитию ранее обнаруженных дефектов на всех парогенераторах за все время проведения ВТК. Образование новых дефектов на парогенераторах ПГВ-440 и ПГВ-1000 происходит с относительно большими глубинами (примерно в половине случаев превышающими 60%), но затем при эксплуатации практически не изменяются (не растут) по глубине. В большинстве случаев при глушении ТОТ по глубинному критерию глушения причиной является появление новых дефектов.

5. Была разработана и реализована программно методика краткосрочного прогнозирования количества глушений теплообменных труб парогенераторов. Прогноз рассчитывается, как сумма ТОТ, которые будут заглушены по причине появления новых дефектов и роста старых дефектов, обнаруженных во время последнего ВТК. Отличием данной методики от других является учет всех дефектов в каждом конкретном парогенераторе, а также отслеживание их индивидуальной динамики.

Перечень принятых сокращений

АЭС - атомная электростанция

БалАЭС - Балаковская атомная электростанция

ВВЭР - водоводяной энергетический реактор

ВТК - вихретоковый контроль

ВХР - водно-химический режим

Ду - условный диаметр

ДЭ - дистанционирующий элемент

ИАС - информационно-аналитическая система

КЗ - критическая зона

Кол. - количество

КРН - коррозионное растрескивание под напряжением

МАГАТЭ - Международное агенство по атомной энергии

НВО АЭС - Нововоронежская атомная электростанция

ОКГ - относительное количество глушений

ОКИ - относительное количество индикаций

ОКНД - относительное количество новых дефектов

ОКНИ - относительное количество новых индикаций

ОКТ1 - относительное количество труб с более, чем одним дефектом

ОКТ5 - относительное количество труб с более, чем пятью дефектами

ПГ - парогенератор

ПГВ - парогенератор ВВЭР

ППР - плановый предупредительный ремонт

РД - руководящий документ

РУ - реакторная установка

СТП - стандарт предприятия

ТОТ - теплообменная труба шт. - штук

EFPY - effective full power year - эффективный год работы на мощности 100%

EPRJ - Electric Power Research Institute

IGA - intergranular attack - межкристаллитная коррозия

NRC - Nuclear Regulatory Comission - Комиссия ядерного регулирования

ODSCC - outer diameter stress corrosion cracking - коррозионное растрескивание под напряжением со стороны внешнего диаметра PWR - реакторы с водой под давлением p^g primary water stress corrosion cracking - коррозионное растрескивание под напряжением в водном теплоносителе первого контура TW - tube wall - стенка трубки

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тесленко, Михаил Владимирович, 2013 год

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

2. Н.Б.Трунов, Б.И.Лукасевич, В.В.Сотсков, С.А.Харченко. ФГУП ОКБ «Гидропресс», г. Подольск. Прошлое и будущее горизонтальных парогенераторов. Москва.: Сборник трудов седьмого международного семинара по горизонтальным парогенераторам, 2-5 октября 2006.

3. Парогенератор ПГВ-1000М с опорами Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 320.05.00.00.000 ТО, ОКБ «ГИДРОПРЕСС».

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

5. Вихретоковый контроль неферромагнитных труб. INETEC. Загреб, 2003.

6. Dr. Dusko Corak. Overview of WER Steam Generator Tube Inspection. INETEC-Institute for Nuclear Technology. 8-й международный семинар по горизонтальным парогенераторам, Подольск. 2010.

7. Strategy for Assessment of WWER Steam Generator Tube Integrity. IAEA-TECDOC-1577. 2007.

8. Костилья К, (TECNATOM, Испания). Система инспектирования для парогенераторов ВВЭР. Материалы регионального семинара МАГАТЭ «Целостность трубок парогенераторов», Удомля, 2000.

9. Немытов Д. С., Тяпков В. Ф. Особенности коррозионных повреждений теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000. Теплоэнергетика №7, 2009.

10. Трунов Н. Б., Попадчук В. С., Давиденко С. Е., Жуков Р. Ю. Актуальные проблемы управления сроком службы трубных пучков ПГ АЭС с ВВЭР. Теплоэнергетика №5, 2010

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

12. Партон В. 3., Морозов Е. М. Механика упруго-пластического разрушения. М.: Наука, 1974.

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

14. Немытов Д. С. Влияние эксплуатационных и конструкционных факторов на ресурс теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

15. Анализ данных ППР-2004. Отчёт по этапу 10 договора №2003/4.1.1.1.10.2.4/6556/3326 от 20.10.2003. ОКБ «Гидропресс», Подольск, 2004.

16. Анализ состояния парогенераторов АЭС с ВВЭР по итогам ППР-2005. Отчет 320-Пр-606, ОКБ «Гидропресс».

17. Анализ состояния парогенераторов АЭС с ВВЭР по итогам ППР-2006. Отчет 320-Пр-797, ОКБ «Гидропресс», Подольск, 2007.

18. Анализ состояния парогенераторов АЭС с ВВЭР по итогам ППР-2007. Отчет 320-Пр-833, ОКБ «Гидропресс», Подольск, 2008.

19. Анализ состояния парогенераторов АЭС с ВВЭР по итогам ППР-2008. Отчет 320-Пр-946, ОКБ «Гидропресс», Подольск, 2009.

20. Анализ состояния парогенераторов АЭС с ВВЭР по итогам ППР-2009. Отчет 320-Пр-997, ОКБ «Гидропресс», Подольск, 2010.

21. Анализ состояния парогенераторов АЭС с ВВЭР по итогам ППР-2010. Отчет 320-Пр-1047, ОКБ «Гидропресс», Подольск, 2010.

22. Анализ состояния ТОТ ПГ АЭС с РУ ВВЭР по итогам ВТ контроля в период ППР-2011. Отчет 320-Пр-1113, ОКБ «Гидропресс», Подольск, 2011.

23. Отчет о научно-исследовательской работе. Разработка рекомендаций по обеспечению работоспособности трубчатки парогенераторов на срок 60 лет (заключительный). 392М.23.Е4.3.1-0-005. ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2009.

24. Сборник трудов седьмого международного семинара по горизонтальным парогенераторам, 2-5 октября 2006.

25. Анализ возможности и механизмов образования дефектов в теплообменных трубах парогенераторов для РУ с ВВЭР и разработка модели деградации теплообменных труб при эксплуатации. Технический отчет. Санкт-Петербург, 2005.

26. Методика оценки остаточного ресурса парогенераторов атомных станций с реактором ВВЭР-1000 по критерию достижения предельно минимальной величины теплопередающей поверхности (трубной системы). РД ЭО 1.1.2.09.0156-2011. ОАО «Концерн Росэнергоатом», 2011.

27. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. Издательство «Наука», Москва, 1969.

28. Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. Физматлит, Москва, 2006.

29. Bases for predicting the earliest penetrations due to SCC for Alloy 600 on the secondary side of PWR steam generators. NUREG/CR-6737. NRC, 2001.

30. P.L. Andresen, F.P. Ford, K. Gott, R.L. Jones, P.M. Scott, T. Shoji, R. W. Staehle, R.L. Tapping. Expert Panel Report on Proactive Materials Degradation Assessment, NUREG/CR-6923, NRC, Washington DC, 2007.

31. Бараненко В. И. Разработка проекта методических указаний «Прогнозирование на основе использования вероятностных методов состояния теплообменных трубок парогенераторов». ОАО «ВНИИАЭС», Москва, 2006.

32. В.И. Бараненко, В.А. Юрманов. Разработка метода прогнозирования количества повреждений ТОТ ПГ на АЭС с ВВЭР. 5-я международная научно-техническая конференция "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР". ОКБ "Гидропресс", Подольск, 2007.

33. Regulatory perspective on steam generator tube operating experience. Nuclear Pressure Equipment Expertise and Regulation 2005 Symposium, NRC, Materials and Chemical Engineering Branch, 2005.

34. В.Д. Бергункер. Целостность теплообменных труб вертикальных и горизонтальных парогенераторов (сравнительный анализ). 7-й международный семинар по горизонтальным парогенераторам. Подольск. Тезисы докладов. Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2006

35. Assessment and management of ageing of major nuclear power plant components important ot safety: Steam generators. IAEA-TECDOC-1668. Vienna, 2011.

36. K. J. Karwoski. Steam generator tube integrity requirements and operating experience in the United States. NRC, Rockville, Maryland.

37. PWR Steam Generator Examination Guidelines, EPRI, Palo Alto, California, 2001.

38. Steam generator tube integrity. DG-1074. NRC. 1999.

39. Кадников А. А., Никоноров А. В. ФГУДП «Атомэнергоремонт» Опыт проведения вихретокового контроля теплообменных трубок парогенераторов. Подольск.: Сборник трудов седьмого международного семинара по горизонтальным парогенераторам, 2-5 октября 2006.

40. Надинич Б. Оценка целостности теплообменных труб парогенераторов на основе результатов токовихревого контроля. Материалы регионального семинара МАГАТЭ «Целостность трубок парогенераторов», Удомля, 2000.

41. Steam Generator Degradation Assessment 2002 Outage. Ginna Station. Rochester Gas and Electric Corporation. New York, 2002.

42. Condition monitoring and operational assessment report Diablo Canyon power plant Unit 1 thirteenth refueling outage. 2006.

43. Operational Assessment of ANO-2 Steam Generator Tubing for the Remainder of Cycle 14. 2000 r.

44. Тесленко M. В., Бергункер В. Д. Развитие информационно-аналитической системы «Парогенераторы АЭС»., Вопросы атомной науки и техники, выпуск 26, г. Подольск, 2010.

45. Технический отчет. Технико-экономическое обоснование необходимости замены медесодержащего теплообменного оборудования II контура блоков АЭС с ВВЭР-1000. ОАО «ВНИИАЭС», 2008.

46. Расчетно-экспериментальное прогнозирование остаточного ресурса ТОТ ПГ 3-го блока Балаковской АЭС. Технический отчет. Центр материаловедения и ресурса. Москва, 2007.

47. Парогенератор ПГВ-4М. Чертеж 179-51-001/А. ОКБ «Гидропресс», Подольск.

48. Парогенератор ПГВ-4М. Чертеж 179-01-001/В. ОКБ «Гидропресс»,Подольск.

49. Парогенератор ПГВ-213 тип II. Чертеж У213-02-001. ОКБ «Гидропресс», Подольск, 1976.

50. Система опор трубного пучка. Сборочный чертеж 320.05.01.04.000СБ ГКАЭ ОКБ «Гидропресс», 1981.

51. Березанин А. А. Опыт эксплуатации и проведения комплекса работ по повышению ресурса теплообменных трубок на парогенераторах Калининской АЭС. Материалы регионального семинара МАГАТЭ «Целостность трубок парогенераторов», Удомля, 2000.

52. Обоснование и выдача рекомендаций по мероприятиям, обеспечивающим возможность продления ресурса парогенераторов. 320-Пр-834. ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2008.

53. Бергункер В.Д, Трунов Н.Б., Денисов В.В. Анализ состояния труб парогенераторов на основе данных вехретокового контроля. 6-й Международный семинар по горизонтальным парогенераторам. ОКБ "Гидропресс", Подольск, 2004.

54. Operational Assessment of ANO-2 Steam Generator Tubing for the remainder of cycle 14, 2000.

55. Нормы дефектов (критерии глушения) теплообменных труб парогенераторов реакторных установок АЭС с ВВЭР. РД ЭО 1.1.2.16.0157-2009. ОАО «Концерн Энергоатом», 2009.