Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией

Оценка целостности теплообменных трубок (ТОТ) с учетом их текущего технического состояния в условиях аварии с осушением парогенератора (ПГ) имеет существенное значение в продлении срока эксплуатации ПГ и усовершенствовании стратегий управления авариями. Представлены основные результаты исследований...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Шугайло, А.П., Мустафин, М.А., Рыжов, Д.И., Жабин, О.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України 2016
Schriftenreihe:	Ядерна та радіаційна безпека
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129904
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией / А.П. Шугайло, М.А. Мустафин, А.П. Шугайло, Д.И. Рыжов, О.И. Жабин // Ядерна та радіаційна безпека. — 2017. — № 3. — С. 18-24. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-129904
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1299042025-02-09T13:44:15Z Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией Основні результати оцінки цілісності теплообмінних трубок парогенератора енергоблока № 3 Рівненської АЕС у процесі управління аварією Main Results of Assessing Integrity of RNPP-3 Steam Generator Heat Exchange Tubes in Accident Management Шугайло, А.П. Мустафин, М.А. Шугайло, А.П. Рыжов, Д.И. Жабин, О.И. Оценка целостности теплообменных трубок (ТОТ) с учетом их текущего технического состояния в условиях аварии с осушением парогенератора (ПГ) имеет существенное значение в продлении срока эксплуатации ПГ и усовершенствовании стратегий управления авариями. Представлены основные результаты исследований теплообменной поверхности ПГ энергоблока № 3 РАЭС с целью оценки целостности ТОТ в условиях аварий, приводящих к полному или частичному осушению теплообменной поверхности. Оцінка цілісності теплообмінних трубок (ТОТ) з урахуванням їх поточного технічного стану в умовах аварії з осушенням парогенератора (ПГ) має істотне значення у продовженні строку експлуатації ПГ і вдосконаленні стратегій управління аваріями. Наведено основні результати досліджень теплообмінної поверхні ПГ енергоблока № 3 РАЕС з метою оцінки цілісності ТОТ в умовах аварій, що призводять до повного або часткового осушення теплообмінної поверхні. Tubes integrity evaluation under accident conditions considering drain of SG and current technical state of steam exchange tubes is an important question regarding SG long-term operation and improvement of accident management strategy. The main investigation results prepared for heat exchange surface of RNPP-3 steam generator are presented in this research aimed at assessing integrity of heat exchange tubes under accident conditions, which lead to full or partial drain of heat exchange surface, in particular during station blackout. 2016 Article Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией / А.П. Шугайло, М.А. Мустафин, А.П. Шугайло, Д.И. Рыжов, О.И. Жабин // Ядерна та радіаційна безпека. — 2017. — № 3. — С. 18-24. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2073-6231 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129904 621.039.58 ru Ядерна та радіаційна безпека application/pdf Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Оценка целостности теплообменных трубок (ТОТ) с учетом их текущего технического состояния в условиях аварии с осушением парогенератора (ПГ) имеет существенное значение в продлении срока эксплуатации ПГ и усовершенствовании стратегий управления авариями. Представлены основные результаты исследований теплообменной поверхности ПГ энергоблока № 3 РАЭС с целью оценки целостности ТОТ в условиях аварий, приводящих к полному или частичному осушению теплообменной поверхности.
format	Article
author	Шугайло, А.П. Мустафин, М.А. Шугайло, А.П. Рыжов, Д.И. Жабин, О.И.
spellingShingle	Шугайло, А.П. Мустафин, М.А. Шугайло, А.П. Рыжов, Д.И. Жабин, О.И. Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией Ядерна та радіаційна безпека
author_facet	Шугайло, А.П. Мустафин, М.А. Шугайло, А.П. Рыжов, Д.И. Жабин, О.И.
author_sort	Шугайло, А.П.
title	Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией
title_short	Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией
title_full	Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией
title_fullStr	Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией
title_full_unstemmed	Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией
title_sort	основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 ривненской аэс в процессе управления аварией
publisher	Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України
publishDate	2016
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129904
citation_txt	Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией / А.П. Шугайло, М.А. Мустафин, А.П. Шугайло, Д.И. Рыжов, О.И. Жабин // Ядерна та радіаційна безпека. — 2017. — № 3. — С. 18-24. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Ядерна та радіаційна безпека
work_keys_str_mv	AT šugajloap osnovnyerezulʹtatyocenkicelostnostiteploobmennyhtrubokparogeneratoraénergobloka3rivnenskojaésvprocesseupravleniâavariej AT mustafinma osnovnyerezulʹtatyocenkicelostnostiteploobmennyhtrubokparogeneratoraénergobloka3rivnenskojaésvprocesseupravleniâavariej AT šugajloap osnovnyerezulʹtatyocenkicelostnostiteploobmennyhtrubokparogeneratoraénergobloka3rivnenskojaésvprocesseupravleniâavariej AT ryžovdi osnovnyerezulʹtatyocenkicelostnostiteploobmennyhtrubokparogeneratoraénergobloka3rivnenskojaésvprocesseupravleniâavariej AT žabinoi osnovnyerezulʹtatyocenkicelostnostiteploobmennyhtrubokparogeneratoraénergobloka3rivnenskojaésvprocesseupravleniâavariej AT šugajloap osnovnírezulʹtatiocínkicílísnostíteploobmínnihtrubokparogeneratoraenergobloka3rívnensʹkoíaesuprocesíupravlínnâavaríêû AT mustafinma osnovnírezulʹtatiocínkicílísnostíteploobmínnihtrubokparogeneratoraenergobloka3rívnensʹkoíaesuprocesíupravlínnâavaríêû AT šugajloap osnovnírezulʹtatiocínkicílísnostíteploobmínnihtrubokparogeneratoraenergobloka3rívnensʹkoíaesuprocesíupravlínnâavaríêû AT ryžovdi osnovnírezulʹtatiocínkicílísnostíteploobmínnihtrubokparogeneratoraenergobloka3rívnensʹkoíaesuprocesíupravlínnâavaríêû AT žabinoi osnovnírezulʹtatiocínkicílísnostíteploobmínnihtrubokparogeneratoraenergobloka3rívnensʹkoíaesuprocesíupravlínnâavaríêû AT šugajloap mainresultsofassessingintegrityofrnpp3steamgeneratorheatexchangetubesinaccidentmanagement AT mustafinma mainresultsofassessingintegrityofrnpp3steamgeneratorheatexchangetubesinaccidentmanagement AT šugajloap mainresultsofassessingintegrityofrnpp3steamgeneratorheatexchangetubesinaccidentmanagement AT ryžovdi mainresultsofassessingintegrityofrnpp3steamgeneratorheatexchangetubesinaccidentmanagement AT žabinoi mainresultsofassessingintegrityofrnpp3steamgeneratorheatexchangetubesinaccidentmanagement
first_indexed	2025-11-26T10:00:04Z
last_indexed	2025-11-26T10:00:04Z
_version_	1849846616684494848
fulltext	18 ISSN 2073-6231. Ядерна та радіаційна безпека 3(75).2017 УДК 621.039.58 Ал-й П. Шугайло, М. А. Мустафин, Ал-р П. Шугайло, Д. И. Рыжов, О. И. Жабин Государственный научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности, г. Киев, Украина Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией Оценка целостности теплообменных трубок (ТОТ) с учетом их те- кущего технического состояния в условиях аварии с осушением паро- генератора (ПГ) имеет существенное значение в продлении срока экс- плуатации ПГ и усовершенствовании стратегий управления авариями. Представлены основные результаты исследований теплообмен- ной поверхности ПГ энергоблока № 3 РАЭС с целью оценки целост- ности ТОТ в условиях аварий, приводящих к полному или частичному осушению теплообменной поверхности. К л ю ч е в ы е с л о в а: парогенератор, теплообменная поверх- ность, стратегия управления аварией. Ол-й П. Шугайло, М. А. Мустафін, Ол-р П. Шугайло, Д. І. Рижов, О. І. Жабін Основні результати оцінки цілісності теплообмінних трубок парогенератора енергоблока № 3 Рівненської АЕС у процесі управління аварією Оцінка цілісності теплообмінних трубок (ТОТ) з урахуванням їх по- точного технічного стану в умовах аварії з осушенням парогенератора (ПГ) має істотне значення у продовженні строку експлуатації ПГ і вдо- сконаленні стратегій управління аваріями. Наведено основні результати досліджень теплообмінної поверхні ПГ енергоблока № 3 РАЕС з метою оцінки цілісності ТОТ в умовах ава- рій, що призводять до повного або часткового осушення теплообмінної поверхні. К л ю ч о в і с л о в а: парогенератор, теплообмінна поверхня, стра- тегія управління аварією. © Ал-й П. Шугайло, М. А. Мустафин, Ал-р П. Шугайло, Д. И. Рыжов, О. И. Жабин, 2017 П ри аварийных сценариях, связанных с потерей теплоотвода вторым контуром, необходимо восстановление подпитки парогенераторов (ПГ), в том числе и после существенного сни- жения уровня в нем. Регулирование подпит- ки ПГ — одна из важнейших стратегий управления авари- ями, при этом целостность теплообменных трубок (ТОТ) имеет прямое влияние на выбор стратегии преодоления аварийных последствий. Целью данной статьи является представление полу- ченных результатов оценки целостности ТОТ в условиях аварии с осушением ПГ с учетом текущего технического состояния ТОТ. Результаты важны с точки зрения форми- рования подходов к усовершенствованию стратегий управ- ления авариями. Оценка целостности теплообменных ТОТ выполнена в следующей последовательности: теплогидравлический расчет (количественный анализ) для выбранных представительных сценариев; расчет прочности — разработка и верификация рас- четной модели ТОТ, определение напряженно-деформи- рованного состояния (НДС) трубок при нестационарном режиме протекания аварии; анализ результатов оценки целостности. Теплогидравлический анализ Постановка задачи. Согласно требованиям инструкций по ликвидации аварий и аварийных ситуаций на реак- торной установке (РУ), действия по восстановлению под- питки парогенераторов предписаны процедурами ВФТ-1.1 и АРЗ-0.0 [1]. При этом ограничивающим фактором с точки зрения времени восстановления подпитки ПГ яв- ляются не параметры среды в ПГ (давление, температура, уровень воды), а эффективность теплоотвода для сниже- ния температуры теплоносителя первого контура и, со- ответственно, охлаждения активной зоны. Поскольку к моменту восстановления подпитки в ПГ поверхность теплообмена со стороны второго контура может быть ча- стично или полностью оголена, подача холодной воды в ПГ может привести к возникновению существенных термических напряжений на теплообменных трубках ПГ, в связи с чем возникает необходимость анализа влияния залива холодной воды на целостность трубчатки. Выбор расчетного сценария для анализа. Из множества сценариев развития исходных событий (ИС), сопровожда- ющихся значительным снижением уровня в ПГ (например, разрыв трубопровода питательной воды (ПВ) между ПГ и последним по ходу среды обратным клапаном, отклю- чение насоса основной питательной воды, нарушения в системе основной питательной воды, приводящие к пре- кращению подачи ПВ в один ПГ), наибольший интерес с точки зрения подачи воды в частично или полностью осушенный ПГ представляют те сценарии, которые при- водят к одновременной потере подпитки всех ПГ. К та- ким сценариям относятся сценарии запроектных аварий «Полная потеря питательной воды», а также «Полное обе- сточивание энергоблока». В целом оба указанных сценария развиваются подобно друг другу, однако в случае полной потери ПВ имеется воз- можность организовать охлаждение активной зоны по пер- вому контуру (со сбросом теплоносителя через ИПУ КД или систему аварийного газоудаления с реализацией под- питки от САОЗ ВД). В то же время, при полном обесто- чивании единственным способом охлаждения активной ISSN 2073-6231. Ядерна та радіаційна безпека 3(75).2017 19 Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС зоны до восстановления электроснабжения является по- дача воды в ПГ путем сброса давления в ПГ и слива воды из деаэраторов и/или подачи воды от мобильных насосных установок. При этом давление в первом контуре может превышать номинальное вследствие разогрева теплоноси- теля первого контура, что позволяет получить максималь- ный перепад давления между первым и вторым контуром. На основании результатов качественного анализа ис- ходных событий для дальнейшего расчетного анализа в качестве наиболее представительного ИС выбрано пол- ное обесточивание энергоблока. Для оценки влияния вре- мени восстановления подачи воды в ПГ рассматриваются два сценария: с восстановлением подачи воды в один ПГ на 2500-й секунде расчета (сценарий 1) и на 9000-й секун- де (сценарий 2). Расход ПВ принят равным 75 м3/ч, подача осуществляется по линии аварийной питательной воды. Температура подаваемой воды консервативно принята рав- ной 5 °С, как минимально возможная согласно [2]. Результаты анализа. Оба рассмотренных нестационар- ных режима ПГ (сценарий 1 и сценарий 2) характеризуют- ся изменением параметров среды первого и второго конту- ров (внутреннее давление P, температура Т, коэффициент теплоотдачи α). Поскольку в обоих сценариях переходные процессы подобны, для дальнейшего прочностного анали- за и оценки целостности ТОТ выбран сценарий 1. Анализ поведения теплогидравлических параметров в рассматриваемом сценарии 1 выполнен с использова- нием расчетного кода RELAP5/Mod.3.2. По результатам теплогидравлического расчета установ- лено, что при подаче аварийной питательной воды с тем- пературой 5 °С температура воды второго контура в верх- нем объеме трубчатки находится в диапазоне 278—295 °С. Отметим, что расчетный код RELAP5 является систем- ным теплогидравлическим кодом в сосредоточенных пара- метрах, где параметры усредняются в расчетных узлах модели (контрольных объемах и соединениях), и расчетные значе- ния температуры в контрольных объемах, моделирующих соответствующую часть второго контура ПГ, представляют собой некую «усредненную» температуру смеси, что приво- дит к получению оптимистичных (с точки зрения терми- ческих напряжений) условий на теплообменных трубках ПГ и не дает четкого представления о локальных параметрах. Так как при выполнении расчетных анализов использо- валась нодализационная схема ПГ, которая имеет довольно грубую разбивку парового пространства ПГ, результаты теплогидравлического анализа не могут реалистично по- казать распределение температур по объему ПГ в случае аварии при подаче холодной воды в паровое пространство осушенного ПГ. Данную неопределенность необходимо принимать во внимание при оценке целостности трубок ТОТ по результатам прочностного анализа. С учетом полученных результатов теплогидравлического анализа, прочностные расчеты с целью оценки целостности трубок ТОТ выполнены для следующих граничных случаев: 1) «консервативного» (с точки зрения термических на- пряжений) — в качестве граничных условий по темпе- ратуре на внешней поверхности теплообменной трубки принимается минимальное значение температуры, соот- ветствующее температуре, подаваемой в ПГ аварийной питательной воды с температурой 5 °С; 2) «оптимистичного» (с точки зрения термических на- пряжений) — в качестве граничных условий по температу- ре принимаются результаты расчетов, выполненных в коде RELAP. При подаче аварийной питательной воды с темпе- ратурой 5 °С температура воды второго контура в верхнем объеме трубчатки находится в диапазоне 278—295 °С. Расчет прочности и оценка целостности Описание расчетной модели, принятые упрощения и до- пущения. На основании анализа проектной документации в среде Designmodeller, входящей в состав расчетного ком- плекса ANSYS, создана геометрическая модель семи ли- ний теплообменных трубок c фрагментами цилиндриче- ских частей «холодного» и «горячего» коллекторов. Исходя из условий симметрии, «холодный» и «горячий» коллекторы первого контура с целью консервативного оп- ределения влияния температурных расширений коллектора на исследуемые линии ТОТ смоделированы в виде полукруг - лого сегмента перфорированной цилиндрической части коллекторов высотой 40 мм (рис. 1). Начальные перемеще- ния ТОТ в районе коллекторов вследствие их расширения при нагреве учтены консервативно (в упрощенном виде). Рис. 1. Схема кинематических граничных условий расчетной модели семи линий ТОТ и фрагментов «холодного» и «горячего» коллекторов 20 ISSN 2073-6231. Ядерна та радіаційна безпека 3(75).2017 Ал-й П. Шугайло, М. А. Мустафин, Ал-р П. Шугайло, Д. И. Рыжов, О. И. Жабин Для детального анализа НДС были выбраны три ТОТ внешнего и четыре ТОТ внутреннего U-образного пучка. Выбор данных ТОТ обусловлен геометрической формой (выбранные трубки охватывают все разновидности форм ТОТ по трассировке) и максимально большими расстоя- ниями между опорами ТОТ. Особое внимание уделено корректному моделирова- нию граничных условий взаимодействия трубок с опорны- ми элементами. Граничными условиями на торцах трубок в данном расчете являются перемещения, обусловленные радиальным температурным расширением фрагментов созданной модели коллекторов. Следует отметить, что все опорные элементы ТОТ спроектированы с учетом темпера- турного расширения линий ТОТ в процессе эксплуатации. На первом этапе для созданной модели трубок ТОТ определены значения напряжений в характерных сечени- ях (решена задача статической прочности при параметрах нормальных условий эксплуатации). Произведена итераци- онная верификация созданной модели с применением име- ющегося решения для энергоблока № 1 Запорожской АЭС. На втором этапе, на основе результатов верификации, а также с учетом реальной работы ТОТ в условиях темпера- турных нагрузок выполнена корректировка граничных ус- ловий взаимодействия линий ТОТ с опорными элементами. Определение дополнительных нагрузок. Для уточне- ния нагрузок на трубки теплообменной поверхности вы- полнен дополнительный анализ текущего состояния ПГ Ривненской АЭС и рассмотрены статистика выхода из строя теплообменных трубок (для всех АЭС Украины), оценка со- стояния ТОТ ПГ, результаты вихретокового контроля, дан- ные выполненных металлографических исследований. Результаты анализа показали следующее: ПГ эксплуатируются в тяжелых коррозионных условиях; в процессе эксплуатации парогенераторов ПГВ-1000М имеются различные случаи повреждения ТОТ; наблюдается массовое повреждение ТОТ во второй по- луокружности в зоне между первой и четвертой дистанци- онирующими решетками от горячего коллектора (рис. 2); скопление шлама может оказывать на ТОТ дополни- тельное воздействие в виде дополнительного веса на по- гонный метр трубки, влиять на условия закрепления трубки в опорах и т. д. (рис. 3); коренной причиной повреждений ТОТ могут быть ус- ловия эксплуатации ПГ, а определяющим фактором — не- допустимый уровень удельной загрязненности отложения- ми теплообменных труб ПГ; в местах отложений и скоплений шламов концентри- руются негативные факторы, приводящие к ускоренной Рис. 3. Локальная зона скопления шлама в объеме парогенераторов; примеры язвенной коррозии ТОТ ПГ Рис. 2. Зоны максимального скопления шлама ISSN 2073-6231. Ядерна та радіаційна безпека 3(75).2017 21 Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС коррозии, образованию язв и питтингов, а также коррози- онному растрескиванию под напряжением. Приведенные сведения учтены при выборе гранич- ных условий наиболее нагруженного участка линии ТОТ для определения целостности трубок. С учетом условий эксплуатации расчет прочности для оценки целостности трубок ТОТ выполнен в следующей последовательности: 1. Расчет прочности теплообменных трубок и оценка НДС в условиях скопления шлама, которое приводит к утончению стенки и изменению условий закрепления трубок в опорных местах. При этом в расчете прочно- сти принимаются «консервативные» граничные усло- вия с точки зрения влияния термических напряжений. Температура подаваемой воды в ПГ принимается равной 5 °С. Расчет проводится для ряда случаев с различной сте- пенью утончения стенки с целью определения критиче- ского значения утончения, после которого происходит по- теря целостности трубки ТОТ. 2. Расчет прочности с учетом поведения трубок ТОТ в переходном процесс при граничных условиях для «опти- мистичного» случая и оценка НДС во времени. При этом выбирается фрагмент, расположенный в зоне максималь- ного скопления шлама, однако потеря металла вслед- ствие влияния коррозионных процессов моделируется поверхностными трещинами на внешней и внутренней поверхностях теплообменной трубки. Расчет прочности трубок теплообменной поверхности и оценка НДС при постуляции дефекта в виде утончения стенки. Допускаемые напряжения приняты в соответствии с положениями ПНАЭ Г-7-002-86 [3]. Опорные решетки, через которые проходят ТОТ, скон- струированы таким образом, что при разогреве и расхола- живании трубки должны свободно перемещаться в опор- ных местах, т. е. дополнительных усилий и моментов в местах их крепления не возникает. Однако скопление шлама по длине трубки и в опорных местах может при- водить к изменению условий опирания трубки. Поэтому дистанционирующие элементы системы опорных элемен- тов реализованы моделированием упругих опор с расчет- ными характеристиками жесткостей К1 и К2, чтобы при- близить моделируемые условия к возможным реальным. Дефект реализован в виде локального утончения тол- щины стенки на 20 % и постулируется в месте локализа- ции максимальных напряжений по результатам предвари- тельного расчета. Результаты расчета при заданных граничных условиях свидетельствуют о том, что в отдельных сечениях в месте утончения расчетные напряжения превышают допустимые по ПНАЭ Г-7-002-86 [3] напряжения и, более того, пре- вышают пределы текучести и прочности материала ТОТ. При заданных нагрузках материал ТОТ выходит за гра- ницы работы в упругой зоне и работает в упругопластиче- ской зоне. Для уточнения НДС в этом случае определены упругопластические свойства материала ТОТ методом сте- пенной аппроксимации диаграммы деформирования. Расчет с учетом существующих дефектов выполнен на основе результатов вихретокового контроля теплообмен- ных труб парогенераторов ПГВ-1000 на энергоблоке № 3 РАЭС с использованием установки «Siemens-Intercontrole». Дефект реализован в виде локального утончения тол- щины стенки (рис. 4) и постулируется в месте локализа- ции максимальных напряжений по результатам предвари- тельного расчета. Результаты расчета НДС трубки для утончения на 20 % свидетельствуют о том, что при заданных «консервативных» граничных условиях целостность трубки сохранится. Далее для определения граничного значения утончения стенки, при котором возможно нарушение целостности ТОТ, рас- смотрены варианты с утончением стенки ТОТ на 50, 60, 65, 70 и 80 % (результаты расчета НДС для утончения стенки на 20, 50 и 80 % см. в табл. 1). Проведенный итерационный расчет НДС показывает, что граничное значение, при ко- тором происходит нарушение целостности трубки, — 80 %. Таблица 1. Результаты расчета НДС для утончения стенки на 20, 50 и 80 % Степень утончения стенки, % Предел текучести 0,2 T pR , МПа Расчетное значение напряжений σmax, МПа Предел прочности T mR , МПа 20 177 254,94 41250 270,22 80 415,28 Расчет прочности ТОТ и оценка НДС при постуляции дефекта в виде трещины. По результатам теплогидравличе- ского расчета для «оптимистичного» случая установлено, Рис. 4. Схема моделируемого локального утончения стенки на 20 % 22 ISSN 2073-6231. Ядерна та радіаційна безпека 3(75).2017 Ал-й П. Шугайло, М. А. Мустафин, Ал-р П. Шугайло, Д. И. Рыжов, О. И. Жабин что температура воды второго контура в верхнем объеме трубчатки может быть принята в диапазоне 278—295 °С. C целью уточнения поведения ТОТ при протекании переходного процесса выполнен анализ НДС во вре- мени. Результаты анализа (рис. 5) свидетельствуют о том, что экстремумы напряжений локализуются в зонах разных опорных элементов по всей длине исследуемой ТОТ. Для оценки целостности ТОТ выбрана внешняя ТОТ верхнего слоя трубчатки, имеющая максимально боль- шие расстояния между опорными элементами, с макси- мальными температурными деформациями. При этом для выбранной ТОТ приняты максимумы, полученные по результатам анализа НДС при переходном процессе, и выбран фрагмент, находящийся в зоне максимальной за- грязненности шламом. Основными характеристиками материала, используе- мыми в расчете, являются критический коэффициент интенсивности напряжений KIс, критическая температура хрупкости Tk и предел текучести 0,2 T pR . Сопротивление хрупкому разрушению считают обеспеченным, если для выбранного расчетного дефекта в виде трещины в рас- сматриваемом режиме эксплуатации выполняется условие KI < [KI], где [KI] — допустимое значение коэффициента интенсивности напряжений. Учитывая картину локализации экстремумов напряже- ний и характер НДС в поперечном сечении, расположение трещины (рис. 6) принято перпендикулярно действующим окружным напряжениям в зоне 11-й дистанционирующей решетки, которая также является зоной максимального скопления шлама. В данном случае постулируется про- дольная трещина на нижней (опорной) стороне стенки ли- нии ТОТ. В рассмотренном случае размеры поверхностной полуэллиптической трещины согласно требованиям Рис. 5. Определение экстремумов эквивалентных напряжений при нестационарном режиме (временные точки и значения напряжений приведены на графике зависимости давления первого контура от времени) Рис. 6. Схема двух типов поверхностных трещин ISSN 2073-6231. Ядерна та радіаційна безпека 3(75).2017 23 Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС ПНАЭ Г-7-002-86 [3] приняты следующими: глубина a = 0,375 мм, полудлина l = 0,563 мм. Постулирование трещины произведено в двух вариан- тах — для внешней и внутренней поверхностей. Результаты расчета коэффициента интенсивности на- пряжений (КИН) по фронту трещины свидетельствуют о том, что максимальное значение КИН составляет KIмах = = 40 МПа∙мм1/2=1,3 МПа∙м1/2. В настоящее время в нормативной документации Украины не регламентируется значение критического ко- эффициента интенсивности напряжений для стали аус- тенитного класса марки 08Х18Н10Т, из которой изготов- лены ТОТ ПГ. Но вместе с тем существующие результаты исследований вязкости разрушения сталей ВКУ (аналогич- ной стали ТОТ) различных реакторов [4, 5, 6] позволяют утверждать, что, в отличие от малолегированных и углероди- стых сталей, аустенитные нержавеющие стали (в частности 08Х18Н10Т) не проявляют резкого вязко-хрупкого перехода. Снижение их трещиностойкости, которое происхо- дит вследствие нейтронного облучения, имеет тенденцию к постепенному накоплению по мере возрастания флюенса и насыщается при его уровнях более 1�1021 н/см2. Одни из исследований [6] трещиностойкости аустенитных ста- лей типа 304 для ВКУ реакторов кипящего типа при флю- енсах от 1∙1021 до 6∙1021 н/см2 показывают, что уровень насыщения трещиностойкости этих сталей составляет 55 МПа∙м1/2. Аналогичные закономерности [4, 5] выявлены для стали 10Х18Н9 в диапазоне температур 20—400 �С. Однако ТОТ ПГ не подвержены нейтронному облучению; принимая во внимание упомянутые факторы, в качестве критерия можно консервативно принять допустимое зна- чение коэффициента интенсивности напряжений [ ] МПа м0,5 I 55 .K = ⋅ Распределение КИН для постулированной трещины представлено на рис. 7. Таким образом, [ ]max МПа м МПа м0,5 0,5 I I1,3 55 .K K= ⋅ < = ⋅ В данном случае низкое значение КИН напряженно- деформированного состояния объясняется отсутствием силовых факторов как предпосылок для раскрытия посту- лируемых трещин. Выводы В данной работе начато исследование поведения ТОТ ПГ для оценки их целостности в условиях аварий с организа- цией подпитки полностью либо частично осушенного ПГ. При проведении прочностного анализа приняты во внимание неопределенности результатов теплогидрав- лических анализов в части температуры охлаждающей воды в области трубчатки ПГ. С учетом условий эксплуатации расчет прочности для оценки целостности ТОТ проведен в следующей последовательности: 1. Расчет прочности ТОТ и оценка НДС в условиях скопления шлама, которое приводит к утончению стенки и изменению условий закрепления трубок в опорных ме- стах (температура подаваемой воды на стенку ТОТ приня- та равной 5 °С, расчет выполнен для случаев с различной степенью утончения стенки, определено граничное значе- ние утончения). 2. Расчет прочности с учетом поведения ТОТ при про- текании переходного процесса (температура подаваемой воды на стенку ТОТ принята в диапазоне 278—295 °С, НДС исследовано во времени, выбран фрагмент, располо- женный в зоне максимального скопления шлама, дефект моделируется в виде поверхностной трещины на внешней и внутренней поверхностях теплообменной трубки). Из результатов оценки целостности ТОТ по итогам анализа НДС при указанных условиях следует, что: при самых неблагоприятных условиях попадания на стенку ТОТ холодной воды с температурой 5 °С и мо- делирования дефекта в виде потери металла (утончения стенки) ее целостность будет сохраняться вплоть до 80 % утончения; при воздействии на стенку ТОТ воды с тем- пературой 278—295 °С и представлении имеющихся де- фектов в виде постулированных трещин (постулирова- ние трещин выполнено в соответствии с требованиями Рис. 7. Распределение КИН, МПа∙мм1/2, по фронту трещины на внутренней поверхности 24 ISSN 2073-6231. Ядерна та радіаційна безпека 3(75).2017 Ал-й П. Шугайло, М. А. Мустафин, Ал-р П. Шугайло, Д. И. Рыжов, О. И. Жабин ПНАЭ Г-87-002-86, глубина трещины — 25 % толщины стенки трубки) результаты расчета свидетельствуют о со- хранении целостности трубок ТОТ. Анализ результатов, а также использованных в расчете допущений и упрощений свидетельствует о том, что из- менение стратегии управления авариями только на осно- вании полученных результатов является несколько пре- ждевременным. Ряд факторов, влияющих на НДС трубок теплообменной поверхности, не могут считаться учтенны- ми в полном объеме. Например, парогенератор — это слож- ная конструкция, в которой сочетаются разные материалы, различные толщины стенок конструктивных элементов, поэтому при возникновении локальных захолаживаний конструкции вследствие аварий поведение ПГ как цельной конструкции и его влияние на ТОТ невозможно спрогно- зировать, для этого требуется проведение отдельного углуб - ленного анализа. На следующих этапах работ по доработке противо- аварийных процедур и проведению углубленного анализа предполагаются: разработка и верификация полномасштабной модели, включая корпус реактора, главный циркуляционный тру- бопроповод, компенсатор давления, главный циркуляци- онный насос, парогенератор, ТОТ для определения факти- ческих усилий, которые действуют на ТОТ и элементы ПГ при эксплуатации; сбор, анализ и систематизация сведений о выявленных дефектах в конструктивных элементах ПГ и ТОТ на энер- гоблоках АЭС Украины с целью определения наиболее представительных из них для дальнейших прочностных расчетов; разработка и верификация детализированной теплоги- дравлической модели ПГ для получения исходных данных по температурным условиям на поверхностях ТОТ, кол- лекторов, корпуса ПГ; выбор представительных аварийных сценариев и их те- плогидравлический анализ; прочностный анализ оценки целостности элементов ПГ (горячий и холодный коллектор, ТОТ) в условиях ава- рий для выбранных огибающих сценариев по результатам теплогидравлического анализа. Реализация перечисленных шагов позволит с высо- кой степенью вероятности спрогнозировать поведение ПГ в условиях аварий и усовершенствовать противоаварийные процедуры (ИЛА, РУТА). Список использованной литературы 1. Инструкция по ликвидации аварий и аварийных ситуаций на реакторной установке энергоблока № 3 Ривненской АЭС. Ча- сти 1—4. 3-ИЛА-РАЭС. К., 2013. 709 с. 2. Ривненская АЭС. Энергоблок № 3. Отчет по анализу без- опасности. Техническое обоснование безопасности сооружения и эксплуатации АЭС. Кн. 10. Гл. 3 : Описание важных для без- опасности систем, оборудования и сооружений АС. Системы 3.3– 3.3.1. 22.3.133.ОБ.13.10 АТ03-13.2110.ОД.2. К., 2014. 290 с. 3. ПНАЭ Г-7–002-86. Нормы расчета на прочность обору- дования и трубопроводов атомных энергетических установок. М. : Энергоатомиздат, 1989. 524 с. 4. Марголин Б. З., Минкин А. И., Смирнов В. И., Федоро- ва В. А., Кохонов В. И., Козлов А. В., Евсеев М. В., Козманов Е. А. Исследование влияния нейтронного облучения на статическую и циклическую трещиностойкость хромоникелевой аустенитной стали. Вопросы материаловедения. 2008. Т. 53, № 1. С. 123—138. 5. Марголин Б. З., Курсевич И. П., Сорокин А. А., Лапин А. Н., Кохонов В. И., Неустроев В. С. Охрупчивание и трещиностой- кость высокооблученных аустенитных сталей для элементов ВКУ ВВЭР. Сообщение 1 : Связь радиационного распуха- ния с радиационным охрупчиванием — экспериментальные результаты. Проблемы прочности. 2009 № 6. С. 5—16. 6. IAEA-TECDOC-1557. Assessment and Management of Ageing of Major Nuclear Power Plant Components Important to Safety: PWR Vessel Internals, 2007 Update. Vienna : IAEA, 2007. 65 р. References 1. Emergency Operating Procedure at Rivne NPP Unit 3, Parts 1–4, 3-ILA-RAES [Instruktsyia po likvidatsii avarii i avariinykh situatsii na reaktornoi ustanovke energobloka No. 3 Rivnenskoi AES], Kyiv, 2013, 709 p. (Rus) 2. Rivne NPP. Unit 3. Safety Analysis Report. Technical Safety Justification of NPP Construction and Operation, Book 10, Chapter 3: Description of Systems, Structures and Components Important to Safety [Rivnenskaia AES. Energoblok No. 3. Otchiot po analizu bezopasnosti. Tekhnicheskoie obosnovaniie bezopasnosti sooruzheniia i ekspluatatsii AES. Kn. 10. Gl. 3: Opisaniie vazhnykh dlia bezopasnosti sistem, oborudovaniia i sooruzhenii AS], Systems 3.3-3.3.1. 22.3.133. ОB.13.10 АТ03-13.2110.ОD.2, Kyiv, 2014, 290 p. (Rus) 3. PNAE G-7-002-86. Rules of Strength Calculation for Equipment and Piping of Nuclear Power Plants [Normy raschiota na prochnost oborudovaniia i truboprovodov atomnykh energeticheskikh ustanovok], Moscow, Energoatomizdat, 1989, 524 p. (Rus) 4. Margolin, B. Z., Minkin, A. I., Smirnov, V. I., Fiodorova, V. A., Kokhonov, V. I., Kozlov, A. V., Yevseev, M. V., Kozmanov, Ye. A. (2008), “Research of Neutron Radiation Impact on Static and Cyclic Crack Resistance of Chromium Nickel Austenitic Steel” [Issledovaniia vliianiia neitronnogo oblucheniia na staticheskuiu i tsyklicheskuiu treshchinostoikost khromnikelevoi austenitnoi stali], Material Science Issues, V. 53, No. 1, pp. 123—138. (Rus) 5. Margolin, B. Z., Kursevich, I. P., Sorokin, A. A., Lapin A. N., Kokhonov, V. I., Neustroiev, V. S. (2009), “Embrittlement and Crack Resistance of Highly Exposed Austenitic Steels for VVER Reactor Internals. Message 1: Connection of Radiation Swelling with Radiation Embrittlement — Experimental Results” [Okhrupchivaniie i treshchinostoikost vysoloobluchionnykh austenitnykh stalei dlia elementov VKU VVER. Soobshcheniie 1: Sviaz radiatsionnogo raspukhaniia s radiatsionnym okhrupchivaniiem – eksperimentalnyie rezultaty], Strength Problems, No. 6, pp. 5—16. (Rus) 6. IAEA-TECDOC-1557. Assessment and Management of Ageing of Major Nuclear Power Plant Components Important to Safety, PWR Vessel Internals, 2007 Update, Vienna, IAEA, 2007, 65 р. Получено 01.03.2017.

Основные результаты оценки целостности теплообменных трубок парогенератора энергоблока № 3 Ривненской АЭС в процессе управления аварией

Institution

Ähnliche Einträge