Разработка метода и средств неразрушающего контроля технологического оборудования АЭС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.03, кандидат наук Абу Газал Айман Ахед

• Абу Газал Айман Ахед
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Абу Газал Айман Ахед

РАБОТЫ.......................................................................................5

ГЛАВА 1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МЕТОДАМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПЕРСПЕКТИВ ОТ ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ.........................................................................15

1.1. Методы неразрушающего контроля, применяемые при эксплуатации оборудования АЭС..................................................................18

1.2. Требования к системам неразрушающего контроля состояния металла...............................................................................20

1.3. Оценка экономических перспектив внедрения разработанного метода на промышленных предприятиях................................................23

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ УЗЛА ПРИВАРКИ КОЛЛЕКТОРА ПАРОГЕНЕРАТОРА......................................................................31

2.1. Требования к содержанию типовых программ контроля....................31

2.2. Программа электрофизического контроля сварных соединений узла приварки коллектора парогенератора.................................................32

2.2.1. Проблемы, возникающие при эксплуатации парогенератора ПГВ 1000М, связанные со сварным соединением приварки узла коллектора первого контура к корпусу парогенератора..........................................32

2.2.2. Постановка задачи ЭФК сварного соединения узла приварки коллектора парогенератора..............................................................34

2.2.3. Методика выполнения ЭФК.....................................................35

2.2.4. Метрологическое обеспечение измерений, выполняемых при контроле

состояния металла..........................................................................38

ГЛАВА 3. МЕТОД СКАНИРУЮЩЕЙ КОНТАКТНОЙ ПОТЕНЦИОМЕТРИИ....................................................................43

3.1. Обоснование выбора электрофизического метода неразрушающего контроля.....................................................................................43

3.2. Особенности метода сканирующей контактной потенциометрии.......45

3.3. Преобразование электрического сигнала на пятнах контакта..........52

3.4. Расчетно-экспериментальное моделирование остаточных напряжений в сварных соединениях.....................................................................60

3.5. Разработка средств неразрушающего контроля сварного соединения... .67

3.5.1. Датчики контроля сварных соединений....................................67

3.5.2. Электрофизические сканеры поверхности.................................72

3.6. Разработка обеспечивающих компьютерных программ.....................75

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭФК СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ УЗЛА ПРИВАРКИ КОЛЛЕКТОРА.............................................................90

4.1. Визуальный контроль входных и выходных коллекторов парогенераторов......................... 90

4.2. Подготовка поверхности сварного соединения узла приварки коллектора парогенератора для проведения измерений.............. 90

4.3. Проведение ЭФК входных и выходных коллекторов парогенераторов ........................ ..96

4.4. Результаты ЭФК входных и выходных коллекторов парогенераторов..........................................................................98

4.5. Результаты исследования остаточных напряжений в сварных соединениях...............................................................................116

4.6. Заключение о состоянии металла сварного соединения парогенератора

ПГВ 1000 М................................................................................126

ГЛАВА 5. ВЕРИФИКАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И РАСЧЕТНЫХ МЕТОДИК И РЕЗУЛЬТАТЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,

ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ЭФК..........................128

5.1. Исследование локализации пластической деформации и мартенситного превращения в аустенитной стали 12Х18Н10Т на стадии интенсивного течения......................................................................................128

5.2. Исследование локализации пластической деформации в сплаве Д16Т.........................................................................................148

5.3. Верификация результатов ЭФК методом радиографического контроля

сварного соединения.....................................................................152

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.................................160

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................164

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Порядок подготовки измерительного прибора и датчиков

к работе....................................................................................174

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Порядок проведения ЭФК сварных соединений.........174

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Архив экспериментальных результатов.....................176

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Технические характеристики парогенератора ПГВ

1000М.......................................................................................177

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Рекомендации по разработке программ ЭФК для использования их в производственных целях.......................................177

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода и средств неразрушающего контроля технологического оборудования АЭС»

РАБОТЫ

Актуальность работы

Опыт эксплуатации коррозионностойких сталей в реакторных установках показывает, что рабочие напряжения от давления и температуры рабочей среды в течение длительной эксплуатации приводят к возникновению и развитию разного рода повреждений. В настоящее время серьезной проблемой безопасной эксплуатации парогенераторов ПГВ-1000М реакторных установок ВВЭР-1000 является коррозионное растрескивание в узле сварного соединения №111. При появлении микроскопических трещин или несплошностей в этом узле дальнейшая эксплуатация парогенераторной установки может привести к ее разрушению. Поэтому актуальность работы обусловлена задачей обнаружения потенциально опасных структурных нарушений на ранней стадии их развития, что позволит повысить уровень безопасной эксплуатации технологического оборудования АЭС и предотвратить высокие материальные издержки в случае выхода его из строя.

Разработанный метод сканирующей контактной потенциометрии (СКП) открывает широкие практические возможности для исследования поверхностных напряжений и деформаций, изучения механизмов пластической деформации, стадий развития внутренних дефектов вплоть до разрушения материала, и других физических процессов в режиме реального времени. Информативный электрический сигнал образуется на пятнах контакта преобразователя с объектом контроля, при этом поверхность механического контакта представляет собой чувствительный элемент электрофизического преобразователя. Число пятен контакта преобразователя определяется интенсивностью контактного взаимодействия в зоне контакта и процессами, протекающими в этой зоне, и существенно зависит от качества поверхности, а также параметров динамической волнистости и шероховатости.

Полученные нами результаты по выявлению и идентификации дефектов структуры материалов для разных видов механических испытаний привели к выводу о возможности применения метода СКП для контроля сварных соединений. В качестве основной в работе была поставлена задача по разработке практического метода и средств неразрушающего контроля сварных соединений технологического оборудования атомных энергетических станций. Метод СКП относится к методам электрофизического неразрушающего контроля (ЭФК) и является принципиально новым методом пассивной электромагнитной дефектоскопии.

На сегодняшний день перечень применяемых методов неразрушающего контроля оборудования АЭС включает ультразвуковой, радиографический, вихретоковый, капилярный и ряд других известных методов.

По сравнению с ними метод и средства СКП имеют важные преимущества: высокую чувствительность к структурным дефектам; малую массу и габариты преобразователей, обусловленные малыми линейными размерами пятен контактов; высокую надежность и воспроизводимость результатов измерений; высокую пожаробезопасность, связанную с отсутствием в конструкциях датчиков сильноточных цепей и нагреваемых областей; низкий по амплитуде уровень полезного сигнала и отсутствие, в связи с этим, искрений в механических контактах. Экспресс-метод СКП обеспечивает возможность проведения как одноточечных, так и распределенных массивов измерений, в том числе с использованием частотно-временного мультиплексирования чувствительных элементов, расположенных на удаленных участках объекта контроля. Система обработки потока поступающей информации содержит программные коды временного и спектрального анализа.

При выборе объекта контроля в работе особое внимание было уделено проблемам, возникающим при эксплуатации парогенератора ПГВ 1000М, выполненного из стали 10ГН2МФА. Главная причина повреждения

коллекторов связана с образованием в них трещин различной протяженности. Поэтому объектом неразрушающего контроля выбраны сварные соединения приварки коллектора первого контура к корпусу парогенераторов ПГВ 1000М РУ ВВЭР-1000.

Целью работы: разработка метода неразрушающего контроля сварных соединений приварки коллектора первого контура к корпусу парогенератора ПГВ 1000 М на стадии предэксплуатационного контроля для оценки соответствия состояния сварного соединения установленным требованиям, включая измерительные средства, средства отображения и обработки результатов контроля.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Разработать методику выполнения электрофизического контроля (ЭФК) сварного соединения приварки коллектора первого контура к корпусу парогенератора в условиях действующего производства.

2. Разработать датчики ЭФК и измерительные устройства, исходя из геометрии, размеров объекта и условий проведения контроля.

3. Разработать программное обеспечение для представления и анализа результатов контроля.

4. Обеспечить выполнение метрологических требований точности и единства измерений при контроле состояния металла сварного соединения.

5. Выполнить ЭФК сварных соединений приварки коллектора первого контура к корпусу парогенераторов ПГВ 1000М, находящихся в Ресурсном центре НИЯУ МИФИ на площадке АО «АЭМ-Технологии» «Атоммаш».

6. Провести амплитудный и частотный анализ результатов контроля и построить временные, поверхностные потенциограммы и спектры сигналов, определить диапазоны изменения амплитуды сигналов, необходимые для эффективного выявления структурных нарушений.

7. Выполнить идентификацию структурных нарушений сварных соединений и дать заключение об их текущем состоянии.

8. Верифицировать полученные результаты ЭФК путем сравнения их с результатами других методов и проведения специальных экспериментов.

9. Сформулировать рекомендации по составлению программ ЭФК для выявления и фиксации несплошностей, и использования их на стадии предэксплуатационного контроля парогенераторов.

Практическая ценность работы

1. Получен первый опыт использования ЭФК на предприятиях Росатома -выполнен контроль сварных соединений приварки коллектора первого контура к корпусу парогенераторов ПГВ 1000М РУ ВВЭР-1000 с номерами №18 и №52 на площадке АО «АЭМ-Технологии» «Атоммаш» в г. Волгодонске.

2. Разработана методика выполнения ручного поточечного и автоматизированного ЭФК сварных соединений узла приварки коллектора теплоносителя к патрубкам Ду1200 парогенераторов РУ ВВЭР-1000 с зоной контроля, соответствующей внешней цилиндрической поверхности сварного соединения с размерами 70 мм х 3770 мм.

3. Разработаны датчик ручного контроля сварных соединений с коническим преобразователем, имеющий шероховатость поверхности чувствительного элемента Яа не менее 0,1- 0,15 мкм. Преобразователи изготавливаются из стали Х18Н10Т (ГОСТ 14955-77).

4. Разработан механический сканер поверхности стационарного базирования Е!рИ-200/2, имеющий выносной рычаг-измеритель длиной 200 мм с установленным на нем преобразователем, и привод от шагового двигателя, управляемого с помощью электронного блока.

5. Разработан электрофизический дефектоскоп сварных соединений ЭДСС - 1РД, предназначенный для проводного контроля технического состояния сварных соединений в режимах работы с внешним цифровым или

аналоговым измерителем выхода на основе дифференциального метода измерения двухполярного постоянного напряжения.

6. Разработан прибор ЭФК $>рес1гое1рк-¥ЯЯ для механического сканирования поверхности, со скоростью скольжения преобразователя по поверхности от 0,2 до 2,2 мм/с, в процессе совместной работы с нагрузочной машиной LM-29, управляемый дистанционно при помощи ПК.

7. Разработаны обеспечивающие компьютерные программы для построения потенциограмм, анализа спектров сигналов на основе дискретного преобразования Фурье (ДПФ) и метода частотно-временного представления:

- программа для амплитудной дискриминации сигналов контроля;

-программы для спектрального анализа сигналов и частотно-временного представления.

Сравнение результатов ДПФ с окнами Ханна и Хемминга для сварных соединений, имеющих структурные нарушения и без них, показывает существенные отличия.

8. Полученные массивы экспериментальных данных разности электрических потенциалов для сварных соединений узла приварки коллектора теплоносителя к патрубкам парогенераторов, предназначены для использования их в качестве библиотек справочных данных.

Часть вопросов, рассмотренных в диссертации, относится к потенциометрии структурных нарушений при физико-механических испытаниях материалов. Впервые проведены совместные исследования процессов разрушения стали 12Х18Н10Т и алюминиевого сплава Д16Т на нагрузочной машине LM-29 методами дифракции тепловых нейтронов и СКП на реакторе ИБР-2 в ЛНФ им. И.М. Франка в ОИЯИ г. Дубна.

Внедрение результатов диссертации

В процессе пуско-наладочных работ трубопровода сжатого воздуха в инженерном корпусе Московской печатной фабрики - филиала АО «Госзнак» были внедрены измерительная методика, устройство

электрофизической диагностики стационарное и электрофизический дефектоскоп ЭДСС-1РД, а также мобильная информационно-измерительная система для оценки качества сварных соединений. Акт о внедрении №204/350 от 20.06.2016 г.

На предприятии ООО «Химтех-Р» в условиях действующего производства прошли апробацию и внедрены методика электрофизического неразрушающего контроля сварных соединений, разработанные измерительные средства сканирующей контактной потенциометрии и программное обеспечение для представления и обработки результатов измерений. Акт о внедрении от 22.06.2018 г.

На основании договора между АО «АЭМ-технологии» (Филиал АО «АЭМ-технологии» «Атоммаш» в г. Волгодонске») и НИЯУ МИФИ университет в период с 16.10.2017 г. по 19.10.2017 г. выполнена научно-исследовательская работа по теме:

«Электрофизический неразрушающий контроль сварных швов парогенератора ПГВ 1000 М в ресурсном центре НИЯУ МИФИ на площадке АЭМ-технологии «Атоммаш» в г. Волгодонске» по этапу «Апробация электрофизического метода неразрушающего контроля в условиях предприятия». Акт о выполнении научно-исследовательской работы от 20.12.2017 г.

Научная новизна результатов

1. Впервые применен спектральный анализ сигналов электрофизической диагностики на основе дискретного преобразования Фурье, частотно-временных окон Ханна и Хемминга. Для сварных соединений узла приварки коллектора теплоносителя к патрубкам образцов парогенераторов РУ ВВЭР-1000 построены амплитудные спектры разности электрических потенциалов, а также функции спектральной плотности сигнала и функции свертки. Показано, что спектральная плотность сигнала, как и функция свертки, имеет максимальное значение в той области сварного соединения, где присутствует структурная неоднородность.

2. Выявлены и систематизированы особенности изменения разности электрических потенциалов в зависимости от состояния сварного соединения и режимов его контроля. Использование внешнего электрического поля позволило обнаружить дефект размером 0,3 мм на глубине залегания около 30 мм.

3. Показано, что при испытаниях на растяжение образца из стали 12Х18Н10Т, сваренного из двух половин с помощью волоконного лазера, в интервале напряжений от 200 до 700 МПа на структурных уровнях, начиная с третьего и до пятого включительно, на разных половинах образца значения разности потенциалов отличаются не только по величине, но и по знаку, причем граница скачкообразной инверсии знака совпадает с осью сварного соединения.

4. При зонной локации поверхности цилиндрического образца из аустенитной стали 12Х18Н10Т в условиях растяжения на нагрузочной машине ЬЫ-29 при напряжениях 300-700 МПа на высоком структурном уровне, со стороны места прикладываемой нагрузки, наблюдалось появление небольших разрозненных участков размерами нескольких десятых миллиметров с относительно высокими значением амплитуды сигнала (начало процесса ~8 мкВ) , которые с увеличением нагрузки увеличивались в размерах и распространялись в направлении от места приложения нагрузки к противоположному захвату машины, что связано с динамическими процессами образования фазы мартенсита, наличие которой было установлено на основе анализа спектров дифракции тепловых нейтронов.

5. При испытаниях на растяжение образца аустенитной стали 12Х18Н10Т в интервале напряжений 600-650 МПа методом сканирующей контактной потенциометрии обнаружено резкое снижение детерминированной компоненты сигнала (тренда) в результате локализации пластической деформации и образования шейки в сечении сужения образца.

Автор защищает:

- впервые полученные результаты ЭФК сварных соединений приварки коллектора первого контура к корпусу парогенераторов ПГВ 1000М, находящихся в Ресурсном центре НИЯУ МИФИ на площадке АО «АЭМ-Технологии» «Атоммаш»;

- методику выполнения ЭФК и метрологическое обеспечение измерений, выполняемых при контроле состояния металла сварного соединения;

- измерительные средства, разработанные приборы и устройства для электрофизического контроля технологического оборудования АЭС;

- обеспечивающие компьютерные программы для отображения результатов контроля, а также анализа спектров сигналов на основе дискретного преобразования Фурье и метода частотно-временного представления;

- результаты исследования процессов разрушения стали 12Х18Н10Т и алюминиевого сплава Д16Т на нагрузочной машине LM-29 методом сканирующей контактной потенциометрии на реакторе ИБР-2 в ЛНФ им. И.М. Франка в ОИЯИ г. Дубна;

- результаты верификации разработанного метода и средств неразрушающего контроля.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались

и обсуждались на 15-й международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM-2015)» (Москва, 2015); III Международной заочной научно-практической конференции «Автоматизированное проектирование в машиностроении: материалы» (Новокузнецк, 2015); XXIV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученных по фундаментальным наукам «Ломоносов-2017» (Москва,2017); XIII International Youth Scientific and Practical Conference «FUTURE OF ATOMIC ENERGY - AtomFuture 2017»

(Москва,2017); 17-й международной научно-практической конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM-2017)» (Москва,2017); 15th International School-Conference «New materials - Materials of innovative energy» (Москва,2017); XXI Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире» (Санкт-Петербург, 2018) ;VII международной молодежной научной школе-конференции «Современные проблемы физики и технологий» (НИЯУ МИФИ, Москва 2018) ; XXIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых, ученных по фундаментальным наукам «Ломоносов», (Москва, 2016); XXV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов», (Москва, 2018); XIII Международная научно-практическая конференция «Безопасность ядерной энергетики», (ВИТИ НИЯУ МИФИ,г. Волгодонск 2017);Международная молодежная конференция«XLII Гагаринские чтения»,( МАИ- Москва 2016) ; МНТК-2018 Одиннадцатая международная научно-техническая конференция «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики»,(Москва 2018) ; III Международной конференции молодых ученых, специалистов, аспирантов и студентов «Инновационные ядерные реакторы малой и сверхмалой мощности»,( г. Обнинск 2018). Всероссийской конференции «молодых ученых-механиков»,(г. Сочи 2018) ; V Международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики» МНТК НИКИЭТ - 2018, (Москва 2018).

Личный вклад автора

Автор принимал непосредственное участие в постановке задачи, в подготовке и проведении экспериментов, в обсуждении и анализе полученных результатов. Руководил отдельными этапами проектирования, изготовления и отладки механического сканера поверхности Elpf-200/2, прибора электрофизического контроля Spectroelph-FRR и других

измерительных средств. Принимал участие в разработке программ компьютерного обеспечения. Все экспериментальные результаты, включенные в диссертацию, получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии. Анализ полученных результатов и подготовка публикаций выполнена диссертантом в составе коллектива авторов.

Достоверность полученных результатов подтверждается воспроизводимостью выявленных закономерностей при неразрушающем контроле различных материалах и изделиях, их непротиворечивостью с имеющимися литературными данными, а также результатами верификации методами радиографического контроля и дифракции тепловых нейтронов.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 30 печатных работ, отражающих основное содержание диссертации, из них 7 статей в изданиях, входящих в базы цитирования ВАК, Scopus и Web of Science.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка используемой литературы и пяти приложений. Объем работы 183 с., рисунков - 90, таблиц - 23, приложений - 5, список литературы содержит 72 наименования.

ГЛАВА 1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МЕТОДАМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ, ТРУБОПРОВОДОВ И ДРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ

Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии «Правила контроля основного металла, сварных соединений и наплавленных поверхностей при эксплуатации оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций» (НП-084-15) утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 7 декабря 2015 г. № 502 [1]. В этом документе установлены требования к эксплуатационному контролю состояния металла оборудования, трубопроводов и элементов атомных станций для организаций и предприятий, осуществляющих проектирование, конструирование и эксплуатацию оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций. Правила и нормы в энергетике (ПНАЭ-7-010-89) введены в действие Постановлением Госпроматомнадзора СССР от 5 января 1990 г. N 1. взамен "Правил контроля сварных соединений и наплавки узлов и конструкций атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок. ПК 1514-72.

Настоящие федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии «Правила контроля основного металла, сварных соединений и наплавленных поверхностей при эксплуатации оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций» (далее - Правила) разработаны в соответствии с Федеральным законом от 21 ноября 1995 г. № 170-ФЗ «Об использовании атомной энергии» (Собрание законодательства Российской Федерации, 1995, № 48, ст. 4552; 1997, № 7, ст. 808; 2001, № 29, ст. 2949; 2002, № 1, ст. 2; № 13, ст. 1180; 2003, № 46, ст. 4436; 2004, № 35, ст. 3607; 2006, № 52, ст. 5498; 2007, № 7, ст. 834; № 49, ст. 6079; 2008, № 29, ст. 3418; № 30, ст. 3616; 2009, № 1, ст. 17; № 52, ст. 6450; 2011, № 29, ст. 4281; № 30, ст. 4590, ст. 4596; № 45, ст. 6333; № 48, ст. 6732; № 49, ст. 7025; 2012, № 26, ст. 3446; 2013, № 27, ст. 3451), постановлением Правительства

Российской Федерации от 1 декабря 1997 г. № 1511 «Об утверждении Положения о разработке и утверждении федеральных норм и правил в области использования атомной энергии» (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, № 49, ст. 5600; 1999, № 27, ст. 3380; 2000, № 28, ст. 2981; 2002, № 4, ст. 325; № 44, ст. 4392; 2003, № 40, ст. 3899; 2005, № 23, ст. 2278; 2006, № 50, ст. 5346; 2007, № 14, ст. 1692; № 46, ст. 5583; 2008, № 15, ст. 1549; 2012, № 51, ст. 7203).

Вышеуказанные Правила устанавливают требования к контролю состояния основного металла, сварных соединений и наплавленных поверхностей (далее - металла) оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций. В Правилах под другим элементом АС понимается оборудование (в том числе его составные части) и трубопроводы, на которые не распространяется действие федеральных норм и правил в области использования атомной энергии, устанавливающих требования к устройству и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

Правила устанавливают порядок проведения эксплуатирующей организацией оценки соответствия металла оборудования, трубопроводов и других элементов АС в форме контроля.

При эксплуатации должен выполняться контроль состояния металла:

- оборудования и трубопроводов, работающих под избыточным или вакуумметрическим давлением, на которые распространяется действие Правил устройства и безопасной эксплуатации;

- оборудования и трубопроводов (а также корпусов турбин, арматуры, фильтров и насосов), работающих под избыточным или вакуумметрическим давлением и отнесенных к элементам третьего класса безопасности, на которые не распространяется действие Правил устройства и безопасной эксплуатации.

- опор и подвесок, крепежных деталей оборудования и трубопроводов, указанных выше;

- внутрикорпусных устройств реакторов типа ВВЭР (шахты, блоки защитных труб, выгородки - для РУ ВВЭР-1000; шахты, днища шахты, блоки защитных труб, корзины выемной - для РУ ВВЭР-440);

- металлоконструкций реакторов типа РБМК и ЭГП (энергетический гетерогенный петлевой реактор - энергетический графито-водный гетерогенный реактор канального типа на тепловых нейтронах с естественной циркуляцией);

- металлоконструкций бассейнов выдержки, бассейнов перегрузки и хранения отработавшего ядерного топлива.

Следует отметить, что правила не распространяются на контроль состояния металла следующего оборудования:

- конденсаторов турбин, отсечной арматуры промежуточного перегрева, перепускных трубопроводов в пределах турбины и трубопроводов отбора пара от турбины до запорного устройства (при наличии запорного устройства на трубопроводе), а также элементов и узлов гидравлической системы регулирования турбоустановки;

- вентиляционных установок;

- строительных конструкций;

- металлоконструкций перегрузочного и обмывочного боксов с находящимся в них оборудованием (кроме пробок, герметизирующих перегрузочные каналы реактора) реакторов с жидкометаллическим теплоносителем;

- тепловыделяющих элементов и сборок, стержней системы управления и защиты и других конструкций внутри корпусов реакторов, технологических и иных каналов, содержащих делящиеся, поглощающие или замедляющие материалы;

- тепловыделяющих элементов и сборок, стержней системы управления и защиты и других конструкций, находящихся внутри бассейнов выдержки и перегрузки, хранилищ отработавшего ядерного топлива, содержащих делящиеся, поглощающие или замедляющие материалы;

- труб и устройств, встроенных внутри оборудования, разрушение которых не приводит к выходу рабочей среды за пределы этого оборудования или к протечке через элементы, разделяющие различные среды;

- механических и электрических устройств, расположенных в оборудовании и трубопроводах (механизмов перегрузочных устройств, исполнительных органов системы управления и защиты);

- металлоконструкций, расположенных внутри оборудования и не нагруженных в проектных режимах давлением теплоносителя, кроме внутрикорпусных устройств реакторов типа ВВЭР (шахты, блока защитных труб, выгородки - для РУ ВВЭР-1000; шахты, днища шахты, блоки защитных труб, корзины выемной - для РУ ВВЭР-440);

- уплотнительных прокладок.

Перечисленное оборудование, и в частности, тепловыделяющие элементы и сборки, стержни системы управления и защиты и другие конструкции внутри корпусов реакторов, технологических каналов, содержащих делящиеся, поглощающие или замедляющие материалы, может быть включено в эксплуатационный электрофизический контроль при разработке соответствующего регламента и типовых программ контроля.

Правила обязательны для всех юридических и физических лиц, осуществляющих проектирование, конструирование, эксплуатацию, а также неразрушающий и разрушающий контроль металла оборудования, трубопроводов и других элементов АС, а также разработку средств и методик контроля металла.

1.1. Методы неразрушающего контроля, применяемые при эксплуатации оборудования АЭС

При выполнении предэксплуатационного и эксплуатационного контроля реакторного оборудования установлены следующие виды контроля [1]:

- визуальный осмотр, с целью получения информации об общем состоянии оборудования, трубопроводов и других элементов АС (в том числе их опор, подвесок и крепежных соединений), а также для обнаружения

формоизменения и перемещений сверх установленных границ, коррозионных или механических повреждений, протечек или следов протечек. Визуальный осмотр должен проводиться по графикам осмотра оборудования, трубопроводов и других элементов АС в процессе эксплуатации независимо от объемов контроля, предусмотренных типовыми программами контроля. Если по результатам визуального осмотра обнаружены изменения состояния металла оборудования, трубопроводов и других элементов АС в зонах, не предусмотренных типовыми программами контроля, то контроль этих зон должен быть включен в рабочие программы контроля;

- контроль состояния поверхности с целью выявления поверхностных несплошностей и отклонений от геометрических размеров;

- контроль металла с целью выявления подповерхностных несплошностей и отклонений от геометрических размеров (контроль по толщине стенки);

- определение механических свойств металла;

- определение химического состава металла.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Абу Газал Айман Ахед, 2018 год

Список источников к Главе 1, п. 1.3

1. Global Non Destructive Testing Equipment Market Trends, Growth And Forecast Report Up To 2022 : Radiant Insights, Inc Market Research Report -RadiantInsights.com

2. Non Destructive Testing (NDT) Market by Method (UT, RT, LPT, MPT, ECT, VI), End-User (Aerospace & Defense, Power Generation, Infrastructure, Oil & Gas, Automotive), Technique, Application & Region (G7, BRICS, RoW) - Global Forecast to 2020.

3. Emerging Growth Markets for Nondestructive test inspection services. Brazil, India, China, and South Africa offer long-term growth prospects. Frost&Sullivan, 2013

4. Nondestructive Test Equipment Market—Gaining Momentum with Evolving Technologies. Frost & Sullivan, 2013.

5. Looking for growth opportunities in NDT? Turn to BRIC countries. Frost&Sullivan, 2010

6. Итоги деятельности Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» за 2014, Публичный годовой отчет.

Порядок подготовки измерительного прибора и датчиков к работе

1. Проверить целостность соединительных проводов.

2. Микровольтметр подсоединить к персональному компьютеру (ПК) посредством COM-порта (через переходное устройство).

3. Подключить микровольтметр и ПК к сети электропитания.

4. Включить ПК.

5. Включить микровольтметр, нажав кнопку «Power» на лицевой панели.

6. Прогреть устройство в течение 30-40 минут.

7. Рабочие поверхности преобразователей протереть ватным тампоном, смоченным ацетоном для удаления пыли и грязи.

8. Датчики подключить к измерительному прибору посредством двух однополюсных штекеров через разъемы «input» и «L0» на передней панели мультиметра, расположенных в правом верхнем углу.

9. Проверить индикацию сигнала на цифровом табло микровольтметра. На рабочем столе ПК найти файл Agilent Universal.vi и запустить его. На экране отобразится виртуальный прибор для управления регистрацией процесса измерений (см. рисунок).

Порядок проведения ЭФК сварных соединений

1. Для проведения электрофизического неразрушающего контроля необходимо иметь: небольшой переносной стол (или подставку под приборы), электрический удлинитель на ~220 В (2-3 розетки). Объект контроля должен быть освещен, а внешняя поверхность объекта подготовлена к измерениям. Измерительный прибор (мультиметр Agilent) и ноутбук устанавливаются на столе вблизи объекта и подключаются к электросети. Время прогрева измерительного прибора перед проведением измерений составляет 20-30 минут.

2. Обследование начинается с визуального осмотра состояния сварного соединения (СС). При осмотре протоколируются внешние признаки: состояние гребешка, наличие заметных наплывов, царапин, механических повреждений и других дефектов. Данные осмотра заносятся в компьютер, в соответствующую таблицу.

3. Для проведения измерений неподвижный электрофизический датчик размещается на подготовленной внешней поверхности объекта слева от СС. После чего производится механическое сканирование СС подвижным датчиком. Сканирование происходит путем последовательного устойчивого установления подвижного датчика на гребешке шва. Шаг сканирования составляет 5 мм для труб малого диаметра (до 100 мм) и 50 мм для труб большого диаметра. В каждой точке производится автоматический съем данных. Дискретизация измерений равна 1 изм/с. После окончания измерений по всей длине окружности СС неподвижный датчик перемещается вправо от СС и процедура сканирования повторяется.

4. Выявленные внешним осмотром дефекты СС диагностируются отдельно после окончания сканирования.

5. Полученные результаты архивируются в файлы для дальнейшей обработки.

Перед проведением ЭФК необходимо выполнить следующие действия:

1. Подготовить зачищенный и отполированный участок для установки стационарного преобразователя.

2. Протереть рабочие поверхности обоих преобразователей тампоном,

смоченным ацетоном.

3. Установить подвижный преобразователь в зоне контроля СС, а другой (стационарный) - на выбранном участке.

4. В окне виртуального прибора в выпадающем списке «VISA resource name» выбрать порт (COM 3 - для работы с ноутбуком).

5. Запустить виртуальный прибор путем нажатия кнопки с изображением стрелки в левом верхнем углу окна на экране монитора.

6.Начать измерение, нажав кнопку «Start» виртуального прибора. При этом на цифровом табло мультиметра будет отображаться текущее значение измеряемого напряжения.

В условиях нормальной работы системы на экране монитора должна отображаться кривая, описывающая динамику изменения амплитуды сигнала, регистрируемого мультиметром, в зависимости от времени. В верхнем окне отображается временной интервал, соответствующий последним ста значениям измеренного сигнала, в нижнем - интегральная кривая, за все время измерений (см. Рисунок, Приложение 1).

7.Завершить измерение путем нажатия кнопки «Stop» на экране виртуального прибора.

8.Сохранить файл в формате txt, указав в названии номер измерения, тип сварного соединения и фамилию оператора.

9.Повторить действия 1 - 8 для каждого СС объекта контроля.

10.После окончания измерений выключить оборудование и отключить все элементы от сети электропитания.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Архив экспериментальных результатов

Данные Приложения 3 имеются на электронном носителе, прилагаемом к тексту рукописи.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОГЕНЕРАТОРА ПГВ

1000М

Парогенератор ПГВ 1000М - рекуперативный теплообменный аппарат, где тепловая энергия передается от теплоносителя через погруженную поверхность теплообмена для генерации водяного пара, питающего турбину, которая вращает электрогенератор.

Диаметр изделия, м 4,3

Высота, м 10

Длина груза с приспособлениями для погрузки, м 16

Масса с оснасткой, т 378

Рабочее давление в корпусе, МПа 6,4

Тепловая мощность, МВт 750

Паропроизводительность, кг/с 408

Температура пара на выходе, оС 265

Влажность пара на выходе, % 0,2

Температура питательной воды, оС 220

Гидравлическое сопротивление по первому контуру, МПа 0,12

Материал коллектора теплоносителя 10ГН2МФА-ЭШП

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММ ЭФК ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЦЕЛЯХ

Метод электрофизического контроля позволяет получать значительные массивы информации, оперативно и с минимальными затратами обнаруживать дефекты в сварных соединениях ответственных промышленных объектов, помогает в прогнозировании вероятности возникновения аварийных ситуаций и разрушений. Широкие возможности

электрофизического метода контроля могут быть использованы и при исследовании различных свойств материалов и веществ.

Потенциальные области применения ЭФ контроля:

- ядерно-энергетический комплекс;

- нефтегазовая и химическая промышленность;

- трубопрокатные и металлургические предприятия;

- тепловая энергетика;

- железнодорожный транспорт;

- мостовые конструкции;

- авиационно-космическая техника;

- строительные сооружения.

Метод ЭФК обладает высокой чувствительностью к растущим дефектам и позволяет обнаружить в рабочих условиях зародыш трещины порядка долей миллиметра.

Для промышленного применения ЭФК необходимо использовать разработанные правила схематизации объекта контроля, правильно выполнять разметку маршрута контроля с привязкой к декартовым координатам. При контроле напряженно-деформированного состояния в условиях эксплуатации следует использовать расчетную модель нормальных контактных напряжений. ЭФК объектов выполняется с применением переносного и стационарного датчиков, а также с помощью дефектоскопа ЭДСС-1РД с автоматической фиксацией результатов контроля.

В соответствии с «Правилами контроля основного металла, сварных соединений и наплавленных поверхностей при эксплуатации оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций» (НП-084-15) рекомендуется применять ЭФК при выполнении предэксплуатационного и эксплуатационного контроля состояния металла оборудования, трубопроводов или других ответственных элементов атомной станции в сочетании с другими методами контроля.

Оценку качества сварных соединений следует выполнять в соответствии с полученными в диссертационной работе результатами и рекомендациями. При предэксплуатационном контроле ЭФК должен проводиться в два этапа.

Контроль на первом этапе должен проводиться в организации-изготовителе или на станции на стадии поставки, контроль на втором этапе -на смонтированном оборудовании. Для этого необходимо использовать порядок проведения ЭФК сварных соединений, указанных в Приложении 2.

Для выявления структурных нарушений и несплошностей в объектах контроля рекомендуется использовать разработанные правила оценки качества сварного соединения, заключающиеся в отсутствии критических значений амплитуд электрических сигналов, отличных от значений, полученных в фоновом режиме и средних статистических значений по выборке. Для этого устанавливают браковочный уровень и уровень фиксации сигнала контроля для различных значений СУС.

Фоновый уровень контроля определяется раздельно как по результатам измерений на первом, так и по результатам контроля на втором этапах.

Образование растущих трещин в объекте контроля сопровождается спонтанным значительным увеличением амплитуды сигнала на временных и линейных потенциограммах в виде ступенек или 5-функций. Трещиноподобные плоскостные несплошности имеют схожий характер сигнала контроля.

При использовании средств силового и температурного нагружения объекта контроля значения для браковочного уровня и уровня фиксации необходимо уточнить для каждого СУС. Решение об отбраковке изделия принимается с учетом результатов других методов неразрушающего контроля, например, ультразвукового и радиографического.

Выявленные на потенциограммах дефекты контроля классифицируются при обязательном участии специалистов лаборатории ElphysLAB НИЯУ МИФИ.

Конкретные зоны контроля, методы неразрушающего контроля оборудования, трубопроводов и других элементов станций приведены в соответствующих типовых программах предэксплуатационного и эксплуатационного контроля.

Выбор перечня зон контроля и сочетание методов контроля, установленных типовыми программами, а также периодичности контроля должно выполняться исходя из оценки риска разрушения зон контроля оборудования, трубопроводов и других элементов станций в соответствии с требованиями указанных Правил:

- зона контроля применительно к сварному соединению или его части должна включать весь объем и (или) поверхность наплавленного металла (сварной шов), а также примыкающие к нему участки основного металла в обе стороны от сварного шва:

а) для стыковых сварных соединений, выполненных дуговой или электронно-лучевой сваркой, шириной не менее 5 мм при номинальной толщине свариваемых деталей до 5 мм включительно;

б) для стыковых сварных соединений, выполненных дуговой или электронно-лучевой сваркой, шириной не менее номинальной толщины свариваемых деталей при номинальной толщине свариваемых деталей более 5 до 20 мм включительно;

в) для стыковых сварных соединений, выполненных дуговой или электронно-лучевой сваркой, шириной не менее 20 мм при номинальной толщине свариваемых деталей свыше 20 мм;

г) для угловых, тавровых, торцевых сварных соединений и вварки труб в трубные доски, выполненных дуговой или электронно-лучевой сваркой, шириной не менее 3 мм независимо от толщины свариваемых деталей (для сварных соединений вварки труб в трубные доски - по указанию конструкторской документации или методического документа на контроль);

д) для сварных соединений, выполненных электрошлаковой вваркой, шириной 50 мм независимо от толщины свариваемых деталей.

В сварных соединениях различной номинальной толщины ширина контролируемых участков основного металла должна определяться отдельно для каждой из свариваемых деталей в зависимости от их номинальной толщины.

Оценка качества основного металла по результатам ЭФК должна проводиться в соответствии с требованиями конструкторской документации.

В соответствии с требованиями указанных Правил фиксации подлежат округлые несплошности размером более 1,0 мм; трещины любой ориентации и протяженности не допускаются. Зафиксированные несплошности, не удовлетворяющие нормам оценки качества, приведенным в конструкторской документации, подвергаются контролю другими методами неразрушающего контроля, в том числе электрофизического. Не допускаются трещины, неодиночные и протяженные несплошности с отношением максимальной длины к максимальной ширине более трех (ширина измеряется в направлении, перпендикулярном к линии максимальной длины). При меньшем значении указанного отношения (до трех включительно) несплошность считается округлой.

В соответствии с требованиями Правил, фиксации подлежат несплошности с максимальным размером, превышающим 0,2 мм. Зафиксированные округлые одиночные несплошности не допускаются (вне зависимости от размеров и количества), если они расположены на рабочей части и на расстоянии менее 2,5 мм от границ рабочей части наплавленной уплотнительной поверхности, а также если хотя бы две несплошности расположены на одной радиальной линии (при плоском уплотнении) или на одной образующей (при конусном уплотнении).

При определении размеров и количества допустимых округлых одиночных несплошностей на рабочей части наплавленных уплотнительных поверхностей по результатам ЭФ контроля следует использовать табличные значения, приведенные в тексте указанных Правил.

При ЭФК заключение о выявленных несплошностях принимается по результатам анализа потенциограмм от уровня, равного «1» до уровня, равного «6» и выше, при использовании соответствующей аппаратуры, с шагом не менее «0,25». Уровень СУС, на котором зафиксированы округлые одиночные несплошности, необходимо проверить с более мелким шагом контроля.

Информация о частотно-временном анализе сварного соединения используется в качестве дополнительной.

Указанные Правила не распространяются на контроль состояния металла реакторного оборудования, к которому относятся:

- металлоконструкции перегрузочного и обмывочного боксов с находящимся в них оборудованием (кроме пробок, герметизирующих перегрузочные каналы реактора) реакторов с жидкометаллическим теплоносителем;

- тепловыделяющие элементы и сборки, стержни системы управления и защиты и других конструкции внутри корпусов реакторов, технологических и иных каналов, содержащих делящиеся, поглощающие или замедляющие материалы;

- тепловыделяющие элементы и сборки, стержни системы управления и защиты и другие конструкции, находящиеся внутри бассейнов выдержки и перегрузки, хранилищ отработавшего ядерного топлива, содержащих делящиеся, поглощающие или замедляющие материалы.

В связи с этим необходимо разработать соответствующие программы контроля для применения ЭФК во внутриреакторных условиях. Программы должны быть согласованы с разработчиком проекта РУ, головной материаловедческой организацией и утверждаются эксплуатирующей организацией. Поскольку программы ЭФК для внутриреакторных условий содержат ноу хау, вопросы, связанные с их разработкой, обсуждаются только с официальными представителями заинтересованных организаций.

Метрологическое обеспечение измерений, выполняемых при контроле состояния металла, включает в себя применение технических средств,

метрологических правил и норм, необходимых для получения достоверной информации о состоянии металла.

В соответствии с требованиями Правил разработка методик ЭФК и их введение в действие должны осуществляться эксплуатирующей организацией в соответствии с существующим порядком.