Влияние эксплуатационных и конструкционных факторов на ресурс теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000

Парогенератор является одним из основных, важных для безопасности элементов энергоблоков АЭС с реакторами ВВЭР.

В процессе эксплуатации парогенераторов имеет место зарождение и последующий рост коррозионных дефектов теплообменных труб парогенератора, что может привести к разгерметизации первого контура реакторной установки. Основным механизмом, ответственным за повреждение ТОТ, является процесс коррозионного растрескивания под напряжением, обусловленный совместным действия растягивающих напряжений и концентрированных растворов коррозионно-активных примесей, образующихся вследствие концентрирования их в отложениях.

С целью обеспечения безопасной эксплуатации парогенераторов теплообменные трубы подвергают неразрушающему контролю, по результатам которого осуществляется превентивноеглушение труб с недопустимыми для дальнейшей эксплуатации дефектами. По достижению определенного числа заглушённых теплообменных труб требуется замена парогенератора, что сопряжено со значительными экономическими потерями и дозовыми нагрузками персонала АЭС. В период с 1999 по 2009 г. на АЭС с ВВЭР-1000 России и Украины девять ПГ были заменены по причине коррозионного повреждения металла теплообменных труб.

Повышение надежности, увеличение межремонтного периода эксплуатации парогенераторов требуетсядля выполнения «Программы увеличения выработки электроэнергии на действующих энергоблоках АЭС ОАО „Концерн Энергоатом“ на 2007;2015 годы», составной частью которой является переход на 18-месячный топливный цикл энергоблоков ВВЭР-1000.

Наличие значительного количества теплообменных труб с коррозионными повреждениями снижает надежность парогенераторов и является доминирующим фактором при определении остаточного ресурса и сроков службы, парогенераторов. В свою очередь, проектный срок службы на ряде энергоблоков АЭС близок к исчерпанию. Однако существующие на сегодняшний день методы и подходы, в том числе и нормативные, по ряду причин не всегда позволяют оценить остаточный ресурс теплообменных труб. В связи с необходимостью решения задачи повышения надежности и увеличения сроков службы парогенераторов определение влияния эксплуатационных и конструкционных факторов на процессы коррозии теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР является особенно актуальной проблемой.

Данная работа посвящена изучению влияния различных режимов эксплуатации ПГ и их параметров на коррозионные процессы повреждаемости ТОТ. Рассматривается влияние режима работы ПГ на мощности, нестационарных режимах, а также длительной стоянки ПГ. Принимается во внимание влияние конструкционного исполнения конкретного ПГ на интенсивность повреждаемости теплообменных труб парогенератора. Отдельная глава данной работы посвящена разработке методов по оценке остаточного ресурса теплообменных труб парогенератора по результатам эксплуатационного контроля, с учетом особенностей его проведения.

Целью проводимых работ является выявление особенностей коррозионной повреждаемости ТОТ, определение влияния различных режимов работы ПГ и их параметров на интенсивность деградации ТОТ, а также разработка метода определения технического состояния и остаточного ресурса трубного пучка ПГ.

Научная новизна работы состоит в следующем: по результатам металлографических исследований выявлены особенности коррозионных повреждений ТОТ ПГс использованием результатов статистической обработки данных вихретокового контроля выявлены закономерности распределения дефектов по объему трубного пучка, зависимости скорости роста дефектов ТОТ от их расположения в трубном пучке, разработаны алгоритмы определения технического состояния и остаточного ресурса ТОТ ПГопределено влияние эксплуатационных и конструкционных факторов, обоснованы доминирующие факторы, определяющие интенсивность процессов коррозии ТОТ ПГ.

Степень достоверности результатов исследований подтверждается: результатами металлографических исследований образцов ТОТ с дефектамистатистической обработкой большого объема данных результатов ВТКрезультатами измерений параметров режимов эксплуатации ПГ блоков АЭС с ВВЭР-1000.

Практическая ценность выполненных работ заключается в следующем: результаты проведенных работ по определению влияния режимов работы ПГ и их параметров на интенсивность коррозионных повреждений позволили разработать рекомендации по совершенствованию режимов эксплуатации ПГ и оптимизации объемов и периодичности вихретокового контроля ТОТразработанный метод оценки технического состояния и остаточного ресурса трубного пучка парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000 используется при обосновании сроков службы ПГ (Протокол № 320.05-ТП-73-Блк-3) — полученные результаты работ были использованы при подготовке обосновывающих материалов об исключении медесодержащего оборудования из второго контура действующих энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Проведена статистическая обработка данных ВТК, выявлены закономерности распределения дефектов ТОТ по объему трубного пучка, зависимости скорости роста глубины дефектов ТОТ от их расположения в трубном пучке.

2. Проведены металлографические исследования образцов ТОТ с дефектами, по результатам которых определены особенности коррозионных повреждений ТОТ ПГ.

3. Определено влияние различных режимов работы ПГ и их параметров на интенсивность деградации ТОТ, обоснованы доминирующие факторы процесса коррозии ТОТ ПГ. Доминирующими факторами, определяющими интенсивность зарождения и скорость развития коррозионных дефектов ТОТ, являются следующие:

— толщина отложений на поверхности' ТОТ, концентрация! коррозионно-активных примесей. Показано, что с увеличением удельной загрязненности и концентрации хлоридов интенсивность образования дефектов ТОТ значительно увеличивается;

— уровень рН воды в ПГ. Снижение уровня рН ниже значения 4 — 5 и повышение выше 10,5 приводит к резкому увеличению скорости развития дефектов ТОТ;

— наличие ионов меди в питательной воде ПГ и чистой меди в отложениях ТОТ. Ионы меди являются окислителем в реакции анодного растворения, а наличие чистой меди в отложениях увеличивает разность потенциалов между катодным и анодным участками;

— наличие коррозионно-активной среды в отложениях в стояночном режиме эксплуатации ПГ, что приводит к зарождению дефектов ТОТ, их развитию с образованием концентраторов напряжений.

4. Разработаны рекомендации по совершенствованию режимов эксплуатации ПГ, в т. ч. предусматривающие вывод коррозионно-активных примесей из отложений в процессе расхолаживания энергоблока с организацией дополнительного водообмена.

5. С учетом выявленных закономерностей распределения дефектов по объему трубного пучка, зависимостей скоростей роста дефектов от их расположения, а также влияния доминирующих факторов на интенсивность протекания коррозионных процессов ТОТ разработаны:

— метод оценки технического состояния и остаточного ресурса ТОТ ПГрекомендации по оптимизации ВТК ТОТ ПГ.