на правах рукописи

Немытов Дмитрий Сергеевич

ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И КОНСТРУКЦИОННЫХ

ФАКТОРОВ НА РЕСУРС ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ

ПАРОГЕНЕРАТОРОВ АЭС С ВВЭР-1000

Специальность 05.14.03 - «Ядерные энергетические установки, включая

проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2009 2

Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Всероссийский научноисследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций (ОАО «ВНИИАЭС»).

Научный руководитель: - кандидат технических наук Тяпков Владимир Федорович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук Гашенко Владимир Александрович - кандидат технических наук Сиряпина Лариса Александровна

Ведущая организация: - ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»

Защита состоится 2009 г. в 1100 часов на заседании диссертационного совета Д 418.001.01 в ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС» по адресу:

142103 г.Подольск, ул.Орджоникидзе, д. 21.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС».

Автореферат разослан «_» 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. Шарый Н.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Парогенератор (ПГ) является одним из основных, важных для безопасности элементов энергоблоков АЭС с реакторами ВВЭР.

В процессе эксплуатации парогенераторов имеет место зарождение и последующее развитие коррозионных дефектов теплообменных труб (ТОТ) парогенератора, что может привести к разгерметизации первого контура реакторной установки. С целью обеспечения безопасной эксплуатации парогенераторов теплообменные трубы подвергают неразрушающему контролю, по результатам которого осуществляется превентивное глушение труб с недопустимыми для дальнейшей эксплуатации дефектами. По достижению предельно допустимого числа заглушенных теплообменных труб требуется замена парогенератора, что сопряжено со значительными экономическими потерями и дозовыми нагрузками персонала АЭС. В период с 1999 по 2009 г.г. на АЭС с ВВЭР-1000 России и Украины девять парогенераторов были заменены по причине коррозионного повреждения металла теплообменных труб.

Повышение надежности, увеличение межремонтного периода эксплуатации парогенераторов требуется для 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 с 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 связи с необходимостью решения проблемы повышения надежности и увеличения сроков службы парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000 определение влияния эксплуатационных и конструкционных факторов на ресурс ТОТ является особенно актуальной задачей.

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 ПГ;

- с использованием результатов статистической обработки данных вихретокового контроля (ВТК) 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 ПГ;

- определено 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 дефектами;

статистической обработкой большого объема данных результатов ВТК;

результатами 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 ТОТ;

- разработанный 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.

Автор выносит на защиту:

- результаты оценки коррозионных повреждений ТОТ ПГ;

- результаты статистической обработки данных эксплуатационного контроля ТОТ;

- результаты исследования влияния эксплуатационных и конструкционных факторов на процессы коррозии ТОТ ПГ;

- обоснование доминирующих факторов, определяющих интенсивность процессов коррозии ТОТ ПГ;

- метод оценки технического состояния и остаточного ресурса ТОТ ПГ.

Автор лично разработал:

- метод оценки технического состояния и остаточного ресурса ТОТ ПГ;

- рекомендации по оптимизации вихретокового контроля ТОТ ПГ;

- обоснование доминирующих факторов процессов коррозии ТОТ ПГ;

Апробация работы Основные результаты проведенных исследований были представлены на следующих семинарах и конференциях:

- Седьмой международный семинар по горизонтальным парогенераторам.

ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», г. Подольск, 3-5 октября 2006 г.

- Пятая международная научно – техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», г. Подольск - Десятая международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров – 2007», г. Обнинск, 1 – 4 октября, 2007 г.

- Шестая международная научно-практическая конференция по проблемам атомной энергетики, Украина г., Севастополь, 21-26 сентября 2007г.

Структура и объем диссертации.

Работа изложена на 172 страницах, содержит введение, четыре главы, выводы, 47 рисунков, 24 таблицы и список литературы из 62 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, содержатся сведения о цели работы, ее практической ценности и области использования результатов. Сформулирована научная новизна выносимых на защиту результатов и приведено содержание работы.

В первой главе рассмотрено конструктивное исполнение ПГ, параметры основных режимов работы, а также основные проблемы, выявленные в ходе эксплуатации АЭС. Особое внимание уделено ведению водного режима второго контура. Показано, что в настоящее время основным элементом, определяющим незаменяемостью трубного пучка.

Рассмотрены причины появления и развития коррозионных повреждений ТОТ ПГ. Основной причиной появления и развития коррозионных повреждений, определяющих срок эксплуатации ТОТ, является процесс коррозионного растрескивания под напряжением, обусловленный совместным действием растягивающих напряжений и концентрированных растворов коррозионноактивных примесей.

Представлен литературный обзор основных теорий коррозионного растрескивания хромоникелевых сталей. Наиболее полно закономерности и кинетику коррозионного растрескивания металла определяет электрохимическая теория. Проанализировано влияние основных факторов, определяющих интенсивность коррозионного растрескивания под напряжением, которые можно разбить на три группы:

параметры среды эксплуатации (концентрация коррозионно-активных примесей, значение pH, температура, давление);

состояние металла (химический и фазовый состав, прочностные характеристики стали);

конструктивное исполнение (уровень действующих растягивающих напряжений, наличие естественных застойных зон и концентраторов напряжений).

Выполнен анализ существующих методов и расчетных зависимостей оценки остаточного ресурса ТОТ ПГ и другого теплообменного оборудования, подверженного коррозионному растрескиванию под напряжением.

С учетом результатов работ R.W. Staehle и J.A. Gorman формулу для оценки скорости роста коррозионной трещины от всех влияющих факторов можно в общем виде представить как:

где A - коэффициент, учитывающий состав и структуру металла;

x - коэффициент, учитывающий параметры водной среды;

p, m, b - показатели степеней, зависящие от конкретных условий;

- уровень действующих растягивающих напряжений, МПа;

Е, E 0 - электрохимические потенциалы, В;

Q - энергия активации, Дж/моль;

R - константа, Дж/(мольК);

T - температура эксплуатации 0С.

Анализ литературных источников не выявил расчетных зависимостей, позволяющих достоверно с учетом всех факторов, влияющих на протекание процесса коррозионного растрескивания металла под напряжением, рассчитать интенсивность зарождения и скорость роста коррозионных трещин.

В работе показано, что эмпирическая формула (2) оценки времени до начала растрескивания образцов, выполненных из аустенитной хромоникелевой стали, не позволяет получить достоверных результатов применительно к расчету образования дефектов ТОТ.

где КР - время до растрескивания, ч.;

0 - эмпирический коэффициент;

CCl - концентрация хлорид-ионов, мг/дм3;

C O2 - концентрация кислорода, мг/дм3.

Во второй главе приводятся результаты статистического анализа данных ВТК, определены закономерности распределения дефектов ТОТ по объему трубного пучка ПГ, зависимости скорости роста дефектов от их расположения в трубном пучке. По результатам металлографических исследований ТОТ с дефектами выявлены особенности коррозионных повреждений ТОТ ПГ, проведена оценка достоверности контроля ТОТ методом вихревых токов.

В результате металлографических исследований установлено, что в процессе эксплуатации ПГ возможно образование различных по типу коррозионных дефектов ТОТ. Наиболее распространенным дефектом, приводящим к необходимости глушения ТОТ, является язва, в процессе развития которой образуется коррозионная трещина.

Анализ мест расположения дефектов труб по объему ПГ АЭС с ВВЭР- позволил обнаружить общие закономерности для всех ПГ. При этом для каждого конкретного ПГ характер распределения дефектов ТОТ в объеме трубного пучка имеет свои особенности, что связанно с различиями в гидродинамических потоках котловой воды. На ПГ Калининской АЭС дефекты преимущественно локализуются в нижней зоне первой полуокружности трубного пучка. На ПГ 1 – Балаковской АЭС дефекты локализуются в нижней зоне второй полуокружности трубного пучка. Для ПГ 4 Балаковской АЭС характерно равномерное преимущественной локализацией на нижних рядах.

В целом можно отметить, что большая часть дефектов (порядка 75 %) локализуются под дистанцирующими решетками и на свободном участке между HP1-HP5 первой полуокружности и HP1-HP5 второй полуокружности от горячего коллектора ПГ (рисунок 1). Зоной интенсивного образования дефектов ТОТ также является участок гиба трубного пучка под дистанцирующими решетками между HV1-HV3 (рисунок 1). Если анализировать расположение дефектов по высоте, то они образуются, в основном, в нижней части трубного пучка ПГ. В свою очередь были зафиксированы отдельные случаи образования дефектов ТОТ на верхних рядах трубного пучка.

Рисунок 1 - Характер распределения повреждений ТОТ в ПГ Повреждения ТОТ были выявлены как на свободных участках, так и в щелевых зазорах дистанцирующих решеток ТОТ. Анализ результатов ВТК ПГ энергоблока №3 Балаковской АЭС показал, что на нижних рядах трубного пучка дефекты локализованы как на свободных участках, так и под дистанцирующими решетками. На верхних рядах дефекты расположены под дистанцирующими решетками трубного пучка.

В ходе работ выполнялось сравнение истинных геометрических размеров дефектов, полученных в результате металлографических исследований образцов ТОТ, с результатами ВТК. ВТК вырезок ТОТ проводился установкой идентичной используемой на АЭС с ВВЭР-1000. Согласно полученным данным относительная погрешность в среднем составляет 20%.

изменений глубины дефектов ТОТ для различных участков ПГ-4 энергоблока № Балаковской АЭС (данный ПГ выбран для проведения анализа как имеющий наиболее значительную статистическую выборку исходных данных).

Выполненный анализ показал отсутствие зависимости скорости роста глубины дефекта от расположения ТОТ по высоте трубного пучка.

а) горизонтальные ряды ТОТ №1-63 второй полуокружности ПГ б) горизонтальные ряды ТОТ №63-109 второй полуокружности ПГ в) горизонтальные ряды ТОТ №1-109 первой полуокружности ПГ Рисунок 2 - Распределения значений изменений глубины дефектов ТОТ на различных участках трубного пучка ПГ-4 блока №3 Балаковской АЭС ( % S / год - рост глубины дефекта за год в процентах от номинальной толщины На рисунке 3 представлено распределение значений изменений глубины дефектов в зависимости от их локализации по длине ТОТ.

Результаты анализа позволяют сделать вывод, что скорость роста глубины дефектов, расположенных на участке гиба трубы, более чем в два раза превышает скорость роста глубины дефектов, расположенных на свободном участке или под дистанцирующими решетками.

б) дефекты расположены на свободном участке ТОТ Рисунок 3 - Распределения значений изменений глубины дефектов для их В третьей главе представлены результаты работ по определению влияния основных режимов эксплуатации ПГ и их параметров на процессы коррозионной повреждаемости ТОТ ПГ.

Систематизированы результаты экспериментальных работ, направленных на изучение закономерностей кинетики развития коррозионных повреждений ТОТ.

Одним из основных факторов, определяющих интенсивность зарождения дефектов ТОТ в период эксплуатации ПГ на мощности, является удельная загрязненность ТОТ отложениями продуктов коррозии. С ростом толщины экспоненциальной. Максимальная концентрация i-ой примеси Ci, мкг/дм достигается вблизи поверхности теплообмена:

где Co - концентрация примесей на поверхности отложений, мкг/дм3;

отл – толщина отложений, мкм;

q - величина удельного теплового потока, кВт/м2;

- пористость отложений;

w – плотность воды, кг/м3;

Lw – теплота испарения воды, кДж/кг;

Di – коэффициент диффузии i-той примеси, м2/c.

В работе проводилось сравнение расчетных значений содержания солей в отложениях с экспериментальными данными о выводе солей из отложений в представленного на рисунке 4, видно, что значения концентрации хлоридов, полученных по уравнению Макбета, являются заниженными по сравнению с «истинными» значениями содержания солей в отложениях, полученными по результатам измерения «hide out return» эффекта. Подобное расхождение может быть объяснено тем, что данные о загрязненности ТОТ отложениями на верхних рядах ТОТ, используемые при расчете, не всегда достоверно отражают реальную загрязненность трубного пучка ПГ.

Рисунок 4 - Зависимость между расчетным количеством содержания хлоридов в отложениях и количеством хлоридов, выведенных из ПГ в период расхолаживания энергоблоков Запорожской АЭС При достижении определенной концентрации хлоридов на поверхности ТОТ происходит нарушение целостности защитной пленки оксида хрома, что является условием зарождения коррозионного дефекта.

(питтингообразования) согласно работам В.В. Герасимова связан с концентрацией хлорид-иона и температурой следующим образом:

где - температура эксплуатации, 0 С ;

CCl - концентрация хлоридов, моль/дм.

На рисунке 5 представлен график изменения удельной загрязненности на нижних рядах ТОТ ПГ-4 энергоблока №3 Балаковской АЭС с учетом проведения химических отмывок (ХО). Средняя скорость роста отложений на поверхности ТОТ рассчитывалась по уравнению баланса примесей в котловой воде ПГ, имеющего вид:

где D ПВ - расход питательной воды т/ч;

D П - расход пара, т/ч;

G ПР - величина продувки, т/ч;

С Fe ПВ - концентрация железа в питательной воде, мкг/кг;

С Fe П - концентрация железа в паре мкг/дм3;

С Fe ПР - концентрация железа в продувочной воде мкг/дм3;

AFe - величина накопления железа в котловой воде ПГ, мкг/ч.

Скорость формирования отложений на верхних рядах ТОТ, оценивалась по зависимости:

где C Fe - концентрация железа в котловой воде, мг/дм ; q - величина удельного теплового потока, Вт/м2.

Для линейного закона изменения толщины отложений по высоте трубного пучка оценивалась динамика формирования отложений на нижних рядах труб.

Однако подобная методика расчета позволяет приближенно рассчитать изменение удельной загрязненности только на свободных участках ТОТ. Динамика роста отложений под дистанцирующими решетками ТОТ будет отличаться от рассчитанной для свободных участков.

На рисунке 6 представлено изменение относительного показателя дефектности, представляющего собой отношение количества дефектов ТОТ, выявленных на свободном участке нижних рядов труб (ряды № 84-110) к объему проведенного контроля этих же рядов. Сравнение графиков на рисунках 5 и показывает наличие соответствия между характером изменения концентраций хлоридов под отложениями и показателями дефектности ТОТ, рассчитанных для свободного участка нижних рядов ТОТ.

Удельная загрязненность нижних Рисунок 5 - Динамика изменения удельной загрязненности нижних рядов ТОТ, концентрации хлоридов под отложениями в процессе эксплуатации ПГ - дефектности, Кмм Показатель Рисунок 6 – Изменение относительного показателя дефектности трубного пучка в процессе эксплуатации ПГ -4 энергоблока №3 Балаковской АЭС интенсивность зарождения и роста дефектов ТОТ, является наличие во втором контуре АЭС оборудования, выполненного с применением медных сплавов.

Наличие медесодержащего оборудования не позволяет поднять pHt до значений, соответствующих минимальной скорости эрозионно-корозионного износа (ЭКИ), и тем самым снизить скорость формирования отложений на теплообменной поверхности ПГ. При высоких концентрациях аммиака и наличии даже следовых количеств кислорода создаются условия для интенсивной коррозии этого сплава и выноса большого количества соединений меди в парогенератор.

Опыт эксплуатации АЭС с ВВЭР-1000 подтверждает негативное влияние наличия во втором контуре медесодержащего оборудования на интенсивность образования дефектов ТОТ ПГ.

Снижение интенсивности формирования отложений на поверхности ТОТ может быть достигнуто за счет введения в питательную воду ПГ этаноламина или морфолина в качестве корректирующего реагента. Применение морфолина или этаноламина, имеющих более высокие щелочные свойства и более низкий по сравнению с аммиаком коэффициенты распределения между паром и водой, позволяет повысить значение pHt. При этом не создаются условия для интенсивной коррозии медесодержащих сплавов. При достаточно консервативной оценке за счет снижения скорости ЭКИ при дозировании этаноламина можно ожидать уменьшения выноса соединений железа в парогенератор более чем на Одним из факторов, определяющих стойкость металла к коррозионным процессам, является исходное состояние металла. В работе проведено сравнение результатов входного контроля металла ТОТ двух ПГ, техническое состояние ТОТ которых значительно отличается. В обоих случаях значения содержания легирующих элементов и значения механических свойств металла ТОТ удовлетворяют требованиям соответствующих стандартов.

Согласно работам, выполненным в ОКБ «ГИДРОПРЕСС», скорость роста коррозионной трещины VТр, мм/год, регулируется величиной потока окислителя к поверхности катодного участка. При этом можно записать I Корр = I Ox, где I Ox сила катодного тока процесса восстановления окислителя, рассчитываемая по формуле:

где SТр – площадь поверхности ТОТ, на которой восстанавливается окислитель (м2); g Ox - значение величины потока окислителя, поступающего к поверхности катодного участка мкг Роль окислителя в реакции анодного растворения металла выполняют содержащиеся в питательной воде ПГ:

ионы меди, образующиеся вследствие растворения соединений меди;

ионы трехвалентного железа, образующиеся вследствие растворения магнетита;

Содержание кислорода в котловой воде ПГ с учетом восстановления его гидразином можно консервативно принять на уровне 1мкг/дм3. Содержание ионов трехвалентного железа и ионов меди определяется растворимостью соединений железа и меди в котловой воде и напрямую зависит от уровня pH при рабочей температуре ПГ.

С использованием зависимости (6) и результатов экспериментальных работ по определению растворимости продуктов коррозии были рассчитаны различные скорости роста трещины в режиме эксплуатации ПГ на мощности в зависимости от уровня pH котловой воды ПГ при наличии меди и без нее. Из рисунка 7 видно, что скорость роста трещины максимальна в области низких pH и при полном отсутствии меди в контуре приблизительно на 30 % ниже, чем при ее наличии.

Скорость роста глубины дефекта ТОТ, мм/год Рисунок 7 - Результаты оценки скорости роста коррозионной трещины ТОТ в зависимости от ее исходных размеров и значения pH Развитие дефектов ТОТ наблюдается не только при эксплуатации ПГ на мощности, но также и в стояночном режиме. В отсутствии растягивающих напряжений зарождение и рост трещин происходить не может, однако происходит зарождение и рост питтингов с образованием концентраторов напряжений.

С использованием зависимости (6) рассчитаны скорости роста глубины дефекта в зависимости от его исходной геометрии. Величина потока окислителя к поверхности катодного участка оценивалась с использованием уравнения Фика, при исходной концентрации кислорода, соответствующей его максимальной растворимости в водной среде в контакте с воздухом при атмосферном давлении.

На рисунке 8 представлено сравнение расчетной оценки скорости роста глубины дефектов ТОТ с результатами статистической обработки данных ВТК. Из графика видно, что в присутствии соединений меди во втором контуре значения соответствуют расчетным, относительная погрешность в среднем составила 15%.

Скорость роста глубины дефектов ТОТ, в обоих случаях уменьшается с увеличением глубины дефекта ТОТ.

Скорость роста глубины дефектов ТОТ, мм/год Рисунок 8 - Сравнение расчетных значений скоростей роста глубины дефектов ТОТ и значений, полученных по результатам статистической обработки данных По результатам проведенных в работе исследований разработаны рекомендации по совершенствованию режимов эксплуатации ПГ, в т.ч.

предусматривающие вывод коррозионно-активных примесей из отложений в ходе расхолаживания блока АЭС, что достигается выдержкой в течение нескольких часов при температурах 280260 и 150170 0С и организацией дополнительного водообмена при достижении в ПГ температур 80500С. При длительном стояночном режиме рекомендуется организовать вывод влаги из отложений, принудительной циркуляцией сухого воздуха в ПГ.

В четвертой главе предложен метод оценки остаточного ресурса основанный на статистической обработке данных контроля ТОТ, разработаны рекомендации по оптимизации объемов и периодичности ВТК ТОТ ПГ.

Согласно представленному методу остаточный ресурс теплообменных труб ПГ, в случае соблюдения условий циклической прочности, определяется временем, необходимым для зарождения и последующего роста дефектов до размеров, соответствующих критерию глушения у критического числа ТОТ, равного предельно допустимому количеству заглушенных ТОТ. Фактически остаточный ресурс трубного пучка, зарождения и скоростью роста коррозионных дефектов:

ДТОТ - время от последнего ВТК до момента достижения количества труб с где дефектами равного количеству предельно допустимого числа заглушенных труб, лет;

a ПР - средняя глубина имеющихся дефектов ТОТ, на момент достижения количества дефектных труб равного количеству предельно допустимого числа заглушенных труб, мм;

aK - глубина дефекта ТОТ, соответствующая критерию глушения ТОТ, мм;

v - средняя скорость подрастания глубины дефектов в прогнозируемый период эксплуатации ПГ, мм/год.

Интенсивность зарождения (образования) дефектов оценивается методом экстраполяции показателей интенсивности образования «новых» дефектов, рассчитанных с учетом принятой практики проведения ВТК. Одним из показателей, позволяющих сравнивать результаты ВТК при различных объемах и зонах проведения контроля ТОТ, является величина относительного количества «нововыявленных» дефектов, для i-ого ВТК, определяемая как:

K Д K Д K Д

где N (Н )i - количество «нововыявленных» дефектов зафиксированных при проведении i-ого ВТК, шт.;

V11,V12,...V2K 3 - объем пересечения контроля ТОТ, на конкретном участке трубного пучка ПГ, шт.;

k1Д1, k1Д2,....k 2Д 3 - коэффициенты дефектности для конкретной зоны трубного пучка ПГ, характеризующие неравномерность распределения дефектов в объеме ПГ.

коэффициентов дефектности в первую очередь обусловлено неравномерностью распределения дефектов в сечении трубного пучка. Учитывая неопределенность в объемах и зонах проведения ВТК, обусловленную отсутствием нормативной документации, точно регламентирующей зоны, объемы и периодичность контроля, оценка значения приращения количеств «нововыявленных» дефектов ТОТ на k - ый, прогнозируемый год эксплуатации ПГ, проводится для ежегодного, 100 % объема контроля.

Скорость роста дефектов ТОТ в прогнозируемый период v, мм/год, в случае отсутствия возрастающей тенденции среднегодовых изменений глубины дефектов ТОТ, оценивается их усреднением за весь наблюдаемый период эксплуатации ПГ. Использование усредненных значений глубины и скоростей роста дефектов обеспечивает необходимый консерватизм расчетов. Так, если проводить расчет времени до достижения предельного состояния каждой ТОТ с дефектом в отдельности, ресурс трубного пучка ПГ определялся бы дефектом ТОТ, имеющим минимальные размеры и/или минимальные скорости роста, в составе критического количества ТОТ. График, иллюстрирующий пример изменения технического состояния ТОТ в процессе эксплуатации ПГ, показан на рисунке 9. На графике можно выделить следующие основные периоды эксплуатации ПГ:

период эксплуатации до момента проведения 1-ого ВТК;

период эксплуатации до момента проведения текущего ВТК;

период эксплуатации до достижения ТОТ с дефектами предельно допустимого числа заглушенных ТОТ;

время до достижения числа заглушенных труб в ПГ предельно допустимого числа заглушенных ТОТ в ПГ.

Число ТОТ, шт.

Рисунок 9 – Изменение технического состояния ТОТ в процессе эксплуатации ПГ превышает или равно предельно допустимому количеству заглушенных ТОТ в ПГ, остаточный ресурс теплообменных труб парогенератора определяется временем подрастания имеющихся дефектов до размеров, соответствующих критерию глушению ТОТ.

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.

3.1 Толщина отложений на поверхности ТОТ концентрация коррозионноактивных примесей. Показано, что с увеличением удельной загрязненности и концентрации хлоридов, интенсивность образования дефектов ТОТ значительно увеличивается.

3.2 Уровень pH воды в ПГ. Снижение уровня pH ниже значения 4 - 5 и повышения выше 10,5 приводит к резкому увеличению скорости развития дефектов ТОТ.

3.3 Наличие ионов меди в питательной воде ПГ и чистой меди в отложениях ТОТ. Так, ионы меди являются окислителем в реакции анодного растворения металла, а наличие чистой меди в отложениях увеличивает разность потенциалов между катодным и анодным участком.

3.4 Наличие коррозионно-активной среды в отложениях в стояночном режиме эксплуатации ПГ, 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 («hide out return») 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 ПГ;

рекомендации по оптимизации ВТК ТОТ ПГ.

1. Немытов Д.С., Тяпков В.Ф. Особенности коррозионных повреждений теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000. Теплоэнергетика 2009 г. №7. С. 70- 74.

2. Немытов Д.С., Тяпков В.Ф. Метод оценки остаточного ресурса теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000 на основе статистического анализа результатов вихретокового контроля. «Новое в российской электроэнергетике» 2009 г. №3. С. 20- 29.

3. Давиденко Н.Н., Трунов Н.Б., Сааков Э.С., Березанин А.А., Богомолов И.Н., Дерий В.П., Немытов Д.С., Усанов Д.А., Шестаков Н.Б., Щелик С.В.

Теплохимические испытания ПГ для выбора оптимального регламента распределение растворимых примесей в объеме ПГ. // Теплоэнергетика С. 37-46.

4. Бакиров М.Б., Клещук С.М, Чубаров С.В, Немытов Д.С, Трунов Н.Б, Ловчев В.Н., Гуцев Д.Ф. Разработка атласа дефектов теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР. // Седьмой международный семинар по Подольск 3-5 октября 2006 г.

5. Попадчук В.С., Трунов Н.Б., Харченко С.А., Жуков Р.Ю., Тупиков Р.А.

Немытов Д.С. Коррозионные испытания теплообменных труб ПГВ-1000М.

// Седьмой международный семинар по горизонтальным парогенераторам // ФГУП ОКБ "ГИДРОПРЕСС" г. Подольск 3-5 октября 2006г.

6. Бакиров М.Б., Немытов Д.С., Клещук С.М., Чубаров С.В. Березанин А.А.

Анализ состояния, режимов эксплуатации и конструктивного исполнения парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000 на примере энергоблока № Калининской и №3 Балаковской АЭС. Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР // Сб. трудов пятой международной научно – технической конференции, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», г. Подольск 29 мая – 1 июня 2007 г. т. 3. С. 277-286.

7. Давиденко Н.Н., Березанин А.А., Усанов Д.А., Немытов Д.С. Щелик С.В.

Мониторинг эксплуатационных состояний парогенераторов. Безопасность АЭС и подготовка кадров – 2007 // Тезисы докладов 10-й международной конференции, ИАТЭ, г. Обнинск 1 – 4 октября, 2007 г. С. 110.

8. Немытов Д.С., Клещук С.М., Усанов Д.А. Влияние эксплутационных режимов и конструкционных факторов на процессы повреждаемости теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР. // Сб. трудов 6-й международной научно-практическая конференция по проблемам атомной энергетики, СНУЯЕтаП, Украина г. Севастополь, 21-26 сентября 2007 г. С.

9. Немытов Д.С., Бараненко В.И., Жидков C.В., Березанин А.А., Усанов Д.А.

Разработка методики оценки остаточного ресурса парогенераторов ПГВпо числу заглушенных теплообменных труб. Безопасность АЭС и подготовка кадров – 2007 // Тезисы докладов 10-й международной конференции, ИАТЭ, г. Обнинск 1 – 4 октября, 2007 г. С. 118.