Технические науки /5. Энергетика

К.т.н. Диха О.В., Шматько М.Д.

Хмельницький національний університет, Україна

Аналіз причин пошкоджень та заходи по підвищенню довговічності колекторів парогенераторів АЕС

Як показує досвід експлуатації, часті непередбачувані зупинки енергоблоків АЕС викликані виходом з ладу основного технологічного устаткування, такого як парогенератори. Технологічні операції по заміні парогенераторів пов'язані зі значними економічними витратами на придбання нового обладнання, його заміну. Величезне значення при цьому мають втрати по недовиробітку електроенергії в зв'язку із простоєм енергоблоку. Для розробки обґрунтованих технічних рішень підвищення надійності роботи парогенераторів необхідне проведення ретельного дослідження й вивчення особливості кінетики напружено - деформованого стану вузлів парогенератора в період експлуатації.

В процесі експлуатації метал колекторів парогенераторів АЕС, а разом з ним і вузол вварки теплообмінних трубок (ТОТ), піддаються значним динамічним і термічним навантаженням, впливу активного теплоносія першого контуру, а також живильної води другого контуру. В результаті виникають внутрішні напруження в металі колектора і вузлі вварки ТОТ, що найчастіше стає причиною виникнення різних дефектів з утворенням протічок теплоносія першого контуру в другий.

Дослідження факторів руйнування в період експлуатації колекторів парогенераторів дозволила встановити, що зародження дефектів в основному відбувається у перемичках між теплообмінними трубками в міжзеренному просторі з наступним їх розвитком всередині зерен, причому тільки на “холодних” колекторах. Встановлено, що пошкоджуваність “холодних” колекторів обумовлена наступними факторами:

1) деформаційним старінням матеріалу ТОТ – сталі 10ГН2МФА;

2) зниженням пластичності і міцності стінок колекторів за рахунок висвердлювання і вибухової технології запресовування теплообмінних трубок;

3) корозійним фактором внаслідок порушень водно-хімічного режиму;

4) впливом теплогідравлічних процесів.

Дослідження по уповільненому деформуванню (розтягання гладких зразків з малою швидкістю деформування) у корозійному середовищі показали, що при складі середовища, з відхиленнями, що мають місце в процесі експлуатації колекторів (низький водневий показник рН, присутність кисню), може мати місце значне зниження пластичних властивостей сталі зі збільшенням швидкості деформування. Виконані експерименти показали, що сталь 10ГН2МФА в робочому діапазоні температур при напруженнях, рівних чи вище границі текучості, виявляє властивість повзучості.

Отже, при наявності в конструкції високих напружень, що приводять до перманентного деформування матеріалу з повільною швидкістю повзучості матеріалу в присутністю корозійного середовища призводить до передчасного пошкодження металу колекторів та теплообмінних трубок ПГ.

З метою підвищення довговічності колекторного вузла парогенераторів АЕС запропоновані наступні заходи:

1) проведення низькотемпературної термічної обробки колекторів, що полягає в нагріванні перфорованої зони колекторів до 450°С зі швидкістю 20°С /год з подальшою витримкою при цій температурі протягом 20 годин і охолодження зі швидкістю не більш 20°С /год. при цьому підвищується циклічна міцність деформованого шару в місці входу ТОТ в 2-5 разів і знижуються залишкові напруження;

2) зниження рівня напруженості зони входу ТОТ за рахунок застосування гідровальцювання трубок.

3) зведення до мінімуму умов деградації металу ТОТ застосуванням свердління з наступним розгортанням та термообробкою після свердління;

4) підтримання необхідного рівня водно-хімічного режиму;

5) заміна матеріалу теплообмінних трубок сталі 10ГН2МФА на сталь 08Х18Н10Т, що дозволить підвищити ресурс роботи колектора за рахунок наступних факторів:

- гомогенність по класу матеріалів колектора і теплообмінних трубок, забезпечує близькі значення коефіцієнтів лінійного розширення, що виключає електрохімічні корозійні процеси;

- високий рівень пластичних властивостей сталі 08Х18Н10Т;

- стабільність структури стали 08Х18Н10Т в процесі експлуатації;

6) довальцювання теплообмінних трубок на всю глибину закладення в металі колектора.

7) впровадження ефективного методу контролю герметичності за допомогою підвідного телескопа, що дозволяє виявити нещільності металу колекторів на ранніх стадіях розвитку і виконавши весь комплекс технічних рішень по підвищенню надійності ПГ, попередити їх зародження.

Вказаний метод контролю герметичності крім високих економічних показників заслуговує на увагу і перевагу перед іншими видами і методами обстеження металу парогенераторів внаслідок того, що контроль металу колекторів першого контуру парогенераторів виконується дистанційно, запобігаючи тим самим впливу небезпечних факторів іонізуючого випромінювання на організм ремонтного персоналу;

Література:

1. Парогенератор ПГВ - 1000М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ОКБ “Гидропресс”.– 1981г.

2. Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля. (ПНАЭ Г- 7-010-89).– М.: ГПАН , 1989 г.