Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов управления ресурсом оборудования АС 10
Эксплуатационная надежность оборудования КПТ 10
Конструкционный и технологический методы управления ресурсом 26
Управление ресурсом на основе прогнозных моделей 38
Постановка задачи исследования 51
Глава 2. Прогнозирование ресурса тепломеханического оборудования методами суммирования повреждений 55
Процесс накопления повреждений и влияние параметров коррозионной среды на ресурс ТОТ 55
Модель линейного суммирования повреждений 58
Модель нелинейного суммирования повреждений 69
Расчет методом нелинейного суммирования повреждений 72
Влияние точности измерения основных показателей водно-химического режима на результаты расчетов 77
Выводы по второй главе 79
Глава 3. Разработка моделей прогнозирования ресурса на основе эксплуатационных данных 81
Прогнозирование ресурсных характеристик оборудования методами теории диффузионных процессов 81
Прогнозирование ресурса трубопроводов 84
Оценка межпромывочного периода ПГ по эксплуатационным данным о загрязненности ТОТ 87
Расчет межпромывочного периода 91
Оценка качества восстановления для разных методов контроля глубины дефектов 101
Выводы по третьей главе 106
Глава 4. Прогнозирование ресурса ПГ методом линейной фильтрации 108
Построение фильтра Калмана для прогнозирования ресурса ПГ 108
Метод фильтрации Калмана 111
Подготовка исходных данных и примерный расчет 116
Выводы по четвертой главе 127
Заключение 129
Библиографический список использованной литературы 131
Приложение
- Конструкционный и технологический методы управления ресурсом
- Влияние точности измерения основных показателей водно-химического режима на результаты расчетов
- Оценка межпромывочного периода ПГ по эксплуатационным данным о загрязненности ТОТ
- Подготовка исходных данных и примерный расчет
Введение к работе
Поиск закономерности накопления повреждений в теплоэнергетическом оборудовании с учетом накопленных статистических данных остается актуальной задачей при прогнозировании ресурсных характеристик элементов. Кроме того, особую важность приобретает проблема индивидуального прогноза работоспособности и ресурса элементов АС по результатам наблюдений за их состоянием в процессе эксплуатации. Накоплен достаточно большой объем данных о результатах эксплуатации, о проводимых измерениях и контроле, о качестве технического обслуживания и профилактических работ. Использование этих данных для повышения точности прогноза и оценки технического состояния элементов атомных станций (далее АС), разработка соответствующих моделей, алгоритмов и методик определяют актуальность настоящей диссертационной работы.
Многофакторные эксплуатационные воздействия приводят к тому, что процессы изменения прогнозируемых параметров являются нестационарными случайными процессами с неизвестными статистическими свойствами и структурными характеристиками, определяемыми наличием или отсутствием обратимых или необратимых изменений, скачков, выбросов, случайных шумов самих объектов прогнозирования и шумов измерения параметров. Поэтому особую значимость приобретает разработка методов фильтрации полезной информации.
Построение адекватной аналитической модели процессов старения проблематично вследствие объективных причин: случайного характера процессов, протекающих в объектах прогнозирования, большого числа действующих факторов, невозможности учета их совместного влияния на работоспособность объекта, - это приводит либо к слишком большому числу параметров модели, что резко снижает точность прогноза, либо к неустойчивости вследствие ограниченной применимости самой модели. Вопросы достоверности модели напрямую зависят от статистики наблюдений, качество которой определяется используемыми методами измерений и контроля: большая погрешность средств контроля, проблема распознавания толщины собственно стенки оборудования и толщины отложений на ней, а также условиями смены режимов, трудностью обеспечения рекомендуемых параметров рабочей среды, выполнения предупредительных мероприятий в неоптимальные сроки и т.д.
Объединение различного рода информации об исследуемом объекте для преобразования наблюдений в прогнозируемую ситуацию требуют информации о зависимостях между параметрами, точности и достоверности контроля, качестве рабочей среды и т.д., что определяет в общем случае ресурсные характеристики объекта и необходимо для обоснованного управления его ресурсом.
Целью данной работы является разработка моделей оценки показателей ресурса элементов конденсатно-питательного тракта энергоблоков ВВЭР на основе систематизации эксплуатационных факторов и обоснование мер по управлению ресурсом.
Основные положения, выносимые автором на защиту:
1. Систематизация факторов, влияющих на ресурс оборудования КПТ АС, по условиям эксплуатации, проводимым мероприятиям модернизации, техническому состоянию элементов.
2.Модель прогнозирования остаточного ресурса оборудования КПТ методами суммирования повреждений.
3.Модель расчета времени между отмывками теплообменной поверхности ПГ на основе стохастических процессов.
4.Модель стохастической фильтрации для прогнозирования ресурса отдельных ТОТ и на основании этого - оптимального планирования очередного контроля.
Научная новизна работы состоит в следующем: 1. Систематизированы основные факторы, влияющие на ресурс элементов КПТ, и меры по управлению их ресурсом.
2. Получены статистические обобщения на основе анализа эксплуатационной надежности ТОТ ПГ, определяющие характер зависимости количества заглушённых ТОТ от параметров эксплуатации и местоположения, нелинейный характер роста загрязненности теплообменной поверхности и т.д. Предложен новый подход к оценке межпромывочного периода для теплообменной поверхности ПГ, а также к оценке остаточного ресурса трубопроводов в условиях эрозионно-коррозионного износа.
3. Разработана модель нелинейного суммирования повреждений ТОТ ПГ.
4. Впервые разработана модель стохастической фильтрации Кальмана для прогнозирования количества глушений ТОТ.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
1. Разработанные теоретические модели доведены до инженерных методик с соответствующей программной реализацией, что позволяет проводить вариантные расчеты с изменением параметров эксплуатации. Проведены расчеты характеристик надежности и ресурса элементов, для которых рассматриваемые процессы старения являются определяющими.
2. Разработанные методики оценки межпромывочного периода и ресурса трубопроводов, основанные на статистике измерений, снабжены удобным пользовательским интерфейсом и средствами визуализации результатов, что позволяет отслеживать темп деградации и своевременно применять превентивные меры.
3. Разработанная модель стохастической фильтрации дополняет модель процесса старения данными контроля и корректирует прогноз для следующего шага, что является необходимым для улучшения управления ресурсом элементов. Апробация. Материалы диссертации докладывались на региональных семинарах и международных конференциях:
1st International Conference of NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurised Components, 1998, Amsterdam;
IAEA Regional Workshop on Steam Generator Degradation and Inspection , Saint Denis, 1999;
Научно-техническая конференция «Безопасность трубопроводов», Москва, НИКИЭТ, 1999 г;
Региональные семинары «Целостность трубок ПГ», Удомля, 1999 г. и 2000 г., Международная научно-техническая конференция «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, ВНИИАЭС, 2004 г. и 2006 г.,
Международная научно-техническая конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров», Обнинск, 2005 г.
Диссертация состоит из четырех глав, трех приложений, изложена на 155 с, содержит 63 рис., 30 табл. и списка использованных источников из 82 наим.
Основные публикации
1. Давиденко Н.Н., Немытов С.А., Корниенко К.А. Реализация мероприятий по обеспечению безопасной и надежной эксплуатации парогенераторов энергоблоков с реакторными установками ВВЭР концерна «Росэнергоатом».// Материалы семинара на Калининской АЭС, Удомля, 16-18 ноября 1999г. - Электрогорск: ЭНИЦ ВНИИАЭС. - 2000. - С.5-17.
2. Давиденко Н.Н., Корниенко К.А. Реализация мероприятий по обеспечению безопасной и надежной эксплуатации парогенераторов энергоблоков с реакторными установками ВВЭР концерна «Росэнергоатом»// Материалы регионального семинара «Целостность трубок ПГ», Удомля, 27-30 ноября 2000 г. - М.: ЭНИЦ ВНИИАЭС, 2001. -С.7-11. 3. N. Davidenko, S. Nemytov, K. Kornienko, V. Vasiliev. The Integrity of the Elements of WER Steam Generators of Concern Rosenergoatom.// Proceedings of IAEA Regional Workshop on Steam Generator Degradation and Inspection , Saint Denis, France, 1999. Vienna: IAEA, 1999. - P. 10-14.
4. Агеев А.Г., Корольков Б.М., Белов В.И., Семякин А.А., Корниенко К.А., Трунов Н.Б. Теплохимические испытания парогенератора ПГВ-1000М с реконструированным ПДЛ и модернизированной системой водопитания.// Годовой отчет ЭНИЦ ВНИИАЭС, 1999. - 96 с.
5. Бараненко В.И., Гашенко В.А., Бакиров М.Б., Янченко Ю.А., Немытов С.А., Пахорский В.А., Корниенко К.А. Влияние химических элементов-примесей в углеродистой и кремнемарганцовистых сталях на ресурсные характеристики трубопроводов АЭС при эрозионно-коррозионном износе//Теплоэнергетика. - 2001. - №12, - С.37-40.
6. Бараненко В.И., Гашенко В.А., Бакиров М.Б., Янченко Ю.А., Немытов С.А., Корниенко К.А. Эрозионно-коррозионные повреждения трубных систем подогревателей высокого давления на АЭС с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.// Доклады участников международной конференции «Безопасность трубопроводов», 6-Ю сентября 1999 г.- М.: НИКИЭТ, 1999. - т.2. -С.208-212.
7. Бараненко В.И., Гащенко В.А., Немытов С.А., Корниенко К.А., Бакиров М.Б., Янченко Ю.А. Влияние износа трубопроводов и элементов оборудования на эксплуатационную надежность и остаточный ресурс энергоблоков АЭС.//Материалы научно-технической конференции «Развитие атомной энергетики и возможности продления сроков службы атомных энергоблоков», 24-26 мая 1999 г., Санкт-Петербург-Сосновый Бор. - М: ВНИИАЭС, 1999. - С.37-38.
8. Бараненко В.И., Олейник С.Г., Будукин С.Ю., Бакиров М.Б., Янченко Ю.А., Корниенко К.А. Обеспечение эксплуатационной надежности парогенераторов АЭС с ВВЭР// Тяжелое машиностроение.-2001, №8.-С6-9.
9. Корниенко К.А., Гулина О.М., Сальников Н.Л., Фролов С.А. Прогнозирование ресурсных характеристик тепломеханического оборудования при нелинейных эффектах деградации.// Четвертая международная научно-техническая конференция «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики». Пленарные и секционные доклады. М.,16-17 июня 2004 г. - М.: ВНИИАЭС-2004. -С.134-139.
Ю.Гулина О.М., Корниенко К.А., Сальников Н.Л., Фролов С.А. Анализ эксплуатационных данных о техническом состоянии оборудования конденсатно-питательного тракта (промежуточный по договору № 2004/4.1.1.1.7.7/9224)//Отчет о НИР. Обнинск, 2005. - 71с.
П.Гулина О.М., Корниенко К.А., Фролов С.А. Разработка и исследование моделей прогнозирования времени жизни парогенератора.// 9-ая международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров». Тезисы докладов. Обнинск, 24-28 октября 2005 г. - Обнинск: ИАТЭ, 2005. -Ч.2.-С.21-22.
12. Гулина ОМ., Корниенко К.А., Сулимова Е.В. Теория диффузионных процессов для прогнозирования ресурса трубопроводов // Сборник каф. АСУ «Диагностика и прогнозирование состояния сложных систем» №16, Обнинск, 2005. - С.38-42.
13.Гулина О.М., Корниенко К.А., Павлова М.Н. Анализ загрязненности трубчатки ПГ и оценка межпромывочного периода методами диффузионных процессов.// Известия ВУЗов. Ядерная энергетика. - №1.-2006. - С.20-24.
Н.Гулина О.М., Корниенко К.А., Политюков В.П., Фролов С.А. Применение метода стохастической фильтрации Кальмана для прогнозирования ресурсных характеристик парогенератора АС.// Атомная энергия. - 2006. -ВЫП.4.-С.133-136.
15.Корниенко К.А., Гулина О.М., Сальников Н.Л., Фролов С.А. Прогнозирование ресурса парогенератора на основе метода стохастической линейной фильтрации.// Пятая международная научно-техническая конференция «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики». Пленарные и секционные доклады. М., ВНИИАЭС, 19-20 апреля 2006 г. - М.: ВНИИАЭС, 2006. - С.121-128
Іб.Аркадов Г.В., Давиденко Н.Н., Коноплев Н.П., Корниенко К.А., Павелко В.И., Усанов А.И., Финкель Б.М. Опыт разработки и применения систем оперативного диагностирования оборудования реакторных установок ВВЭР.// 9-ая международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров». Тезисы докладов. Обнинск, 24-28 октября 2005 г. -Обнинск: ИАТЭ, 2005. - Ч.2.-С.43-44.
Конструкционный и технологический методы управления ресурсом
Задача управления ресурсом блока тесно связана с задачей управления качеством эксплуатации [24]. При этом возможными способами воздействия являются следующие: 1. Повышение технологической дисциплины оперативного и ремонтного персонала. 2.Снижение интенсивности внутренних повреждающих факторов. 3. Повышение готовности и оснащенности Системы Технического Обслуживания и Ремонта (СТОиР). 4.Проведение модернизации ответственных компонентов (введение резервирования, повышение доступности или легкосъемности, оснащение системой раннего обнаружения предвестников отказа,...). 5.Проведение реконструкции (структурное резервирование, изменение компоновочных решений, расширение ремонтных площадей и т.д.). Последствия принятых мер можно оценить численными значениями коэффициента КИУМ, интенсивности отказов X, интенсивности восстановления ц, стоимости ремонтов и замен оборудования и т.д. В основе концепции управления сроком службы (УСС) AC (Ageing Management Programme - AMP) лежит положение о сохранении проектных показателей и функций, важных для безопасности, через взаимосвязанную систему мероприятий по техническому и диагностическому обслуживанию, своевременному ремонту и модернизации. К модернизации следует отнести также и внедрение новых технологий эксплуатации и ремонта, в том числе и по управлению АС, позволяющих уменьшить скорость деградации свойств и параметров оборудования, инженерных систем конкретных блоков [25]. Основной принцип концепции УСС - прекращение эксплуатации объекта или элемента его оборудования в момент достижения предельного состояния. Этот момент определяется индивидуальными характеристиками объекта, которые обусловлены его историей - проектированием, изготовлением, монтажом и эксплуатацией, и рассеянием параметров, определяющих момент перехода в предельное состояние конкретных элементов металлоконструкций, оборудования, трубопроводов и инженерных систем АС, важных для безопасности. Активные работы по теме продления срока службы (ПСС) с акцентом на механизмы старения и меры по снижению их влияния привели к появлению термина «управление старением», что подчеркивает регулируемость процесса и возможность активного воздействия со стороны эксплуатирующей организации. Методология Контроля, Оценки, Прогнозирования и Управления Ресурсными характеристиками элементов (КОПУР) рассмотрена в руководящем документе концерна «Росэнергоатом», РД-ЭО-0039-95 [26]. В РД приведены основные термины и определения, рассмотрены основные принципы КОПУР; требования к составлению перечня оборудования, к периодичности проведения КОПУР, к перечню основных работ; рассмотрены возможные пути управления ресурсными характеристиками: техническое обслуживание, ремонт, замену элементов или их составных частей, модернизацию, изменение (смягчение) условий эксплуатации, переназначение показателей долговечности или ресурсных характеристик. Типовое Положение по управлению ресурсными характеристиками элементов энергоблоков АС, РД ЭО 281-01 [27], внедрено с учетом опыта применения РД-ЭО-0039-95 [26]. В этом документе Концерна "Росэнергоатом" приведена
Процедура управления ресурсными характеристиками элементов энергоблоков АС, в том числе критерии предельного состояния и условия принятия решения о замене элементов. Согласно [27] критериями предельного состояния являются: - требования проектно-конструкторской и эксплуатационной документации к ресурсным характеристикам элементов и, соответственно, выполнение требуемого уровня безопасной эксплуатации; - минимизация затрат при осуществлении управления ресурсными характеристиками элементов. Решение о замене элементов принимается в случаях: - достижения элементом предельного состояния; - изменения ресурсных характеристик элемента, которые снижают уровень безопасной эксплуатации энергоблока; - экономической нецелесообразности поддержания методами ремонта и ТО технического состояния элемента, соответствующего требованиям ПКД и эксплуатационной документации на основании методически обоснованных критериев Эксплуатирующей организации. Типовые технические требования к методикам оценки технического состояния и остаточного ресурса элементов энергоблоков АС, РД-ЭО-0141-01 [28], разработаны для обеспечения внедрения в практику методологии КОПУР. Они определяют наименование и содержание основных разделов методик оценки технического состояния (ТС) и остаточного ресурса (ОР) элементов энергоблоков АС, используя подходы, основанные на: - принципе «безопасной эксплуатации по техническому состоянию», согласно которому оценка осуществляется по параметрам технического состояния, характеризующих безопасную и надежную эксплуатацию элементов ЭБ в течение установленного или определенного остаточного ресурса; - экспертной оценке ТС и ОР элементов энергоблоков АС. Требования [28] распространяются на методики оценки ТС и ОР элементов энергоблоков АС, включенных в «Специальный перечень элементов энергоблоков АС для проведения КОПУР» и «Цеховые перечни...», разработанные в соответствии с [27]. Методики оценки ТС и ОР отдельного оборудования АС приведены в [29-32] и направлены на выполнение требований РД и определяют процедуру, методы и способы контроля, измерений и расчетов при выполнении работ по оценке ТС и ОР соответствующего оборудования после истечения срока службы и/или при проведении работ по продлению назначенного в проекте срока службы ЭБ.
Влияние точности измерения основных показателей водно-химического режима на результаты расчетов
Поскольку учитываемые факторы модели - это измеряемые концентрации кислорода и хлор-иона, то их погрешность определяется используемыми средствами измерений.
Измерение концентрации кислорода в продувочной воде ПГ (НВАЭС) осуществляется амперометрическим анализатором Марк 301-Т. Погрешность измерения данным прибором составляет ±(0,003+0, IC02), где Сог - измеренная величина концентрации кислорода в воде.
Определение концентрации ионов хлора в продувочной воде ПГ производится фотоэлектрокалориметром или ионным хроматографом. В первом случае погрешность измерения при концентрации хлора 40-200 мкг/л составляет ±52%, при концентрации хлора 200-1000 мкг/л - ±26%. При измерении концентрации хлор-иона ионным хроматографом погрешность измерения при концентрации хлора 2-20 мкг/л составляет ±50%, при концентрации хлора 20-200 мкг/л - ±29%.
Для оценки верхнего предела возможной погрешности в определении ВБР т необходимо умножить среднеквадратическую эластичность, которая определяется как на максимальную относительную погрешность среди всех учитываемых факторов: Результаты вычислений для различных концентраций ионов хлора и разных приборов приведены в табл. 26.
В соответствии с приведенными в табл.26 результатами расчетов видно, что возможное время наработки в рассматриваемом режиме достаточно чутко реагирует на точность измерения концентрации хлора (неточность в расчете т может достигать 34-36%). Однако, следует принимать во внимание, что, в основном, концентрация хлора колеблется в пределах 20-50 мкг/л, а в этом случае, даже при использовании ионного хроматографа, максимально возможная погрешность в определении т не превосходит 20%, что вполне приемлемо на фоне погрешностей метода вихретокового контроля (ВТК).
Учитывая вышеуказанную погрешность, при оценке ресурса методом линейного суммирования нижняя граница ВБР смещается на 25%), при оценке методом нелинейного суммирования оценка изменяется на 17%, что также сопоставимо с погрешностями ВТК. Проведенные во второй главе разработки, исследования и анализ позволяют сделать следующие выводы. 1. Разработаны и апробированы средства оценки и прогнозирования ресурсных характеристик методами линейного и нелинейного суммирования повреждений теплообменных трубок ПГ при различных значениях концентраций повреждающих факторов: кислорода и ионов хлора. Модели учитывают стохастический характер процессов изменения повреждающих факторов и реализованы в виде аналитической (линейная модель) и аналитико-имитационной (нелинейная модель) моделей с использованием асимптотических приближений теории вероятностей и математической статистики. 2. Разработанная аналитическая модель линейного суммирования проста для использования и позволяет в первом приближении оценить ресурсные характеристики ПГ, в том числе с учетом концентрации ионов хлора в отложениях. Проведено исследование модели при различных концентрациях примесей и допустимых уровнях эксплуатации. На примере ПГ ЭБ № 3 НВАЭС показано применение разработанных процедур для оценки остаточного ресурса теплообменной поверхности при поддержании концентраций повреждающих факторов в определенных пределах. Модель линейного суммирования может быть использована при управлении ресурсом действующего оборудования. 3. При разработке модели нелинейного суммирования повреждений предложено ввести параметр а, характеризующий обобщенную интенсивность процесса накопления повреждений для конкретного парогенератора. Оказалось, что параметр а нелинейной модели можно достаточно точно аппроксимировать, что дает возможность делать прогноз с использованием этой модели индивидуально для каждого парогенератора. Как и ожидалось, применение нелинейной модели дает более консервативные оценки ресурсных характеристик. 4. Результаты исследования показали, что ресурсные характеристики, прогнозируемые методами линейного и нелинейного суммирования повреждений, существенно зависят от условий водно-химического режима, что говорит о необходимости поддержания его хотя бы на уровне требований ВНИИАЭС, т.е. концентрация хлор-иона не более 100 мкг/кг. Кроме того, неравномерность распределения повреждающих факторов по объему ПГ увеличивает ошибку прогноза. Модернизация модели с учетом поправки Макбета позволяет учитывать повышенные концентрации хлора в зонах застоя, обусловленные отложениями либо конструкционным несовершенством, что приводит к более консервативным оценкам (особенно при нелинейном оценивании), но делает модели более адекватными. 5. При поддержании водно-химического режима на уровне не хуже конструкционных требований (CCi 150 мкг/кг) погрешность оценок, получаемых методами линейного и нелинейного суммирования, достаточно чутко реагирует на точность измерения концентрации хлора (неточность в расчете т может достигать 34-36%). Однако, учитывая, что, в основном, концентрация хлора колеблется в пределах 20-200 мкг/л, максимально возможная погрешность в определении остаточного ресурса т не превосходит 20%, что вполне приемлемо на фоне погрешностей ВТК. При этом, оценивая ресурс методом линейного суммирования, нижняя граница вероятности безотказной работы смещается на 25%, методом нелинейного суммирования -на 17%, что также сопоставимо с погрешностями ВТК. 6. Примененная методология позволяет управлять ресурсом рассматриваемого оборудования путем проведения вариационных расчетов с различными параметрами эксплуатации и дальнейшим выбором оптимального варианта.
Оценка межпромывочного периода ПГ по эксплуатационным данным о загрязненности ТОТ
Опыт эксплуатации ПГ показывает, что большинство дефектов образуются под слоем шлама и коррозионных отложений на поверхности трубчатки [7]. Управление ресурсом ТОТ заключается, в том числе, и в проведении профилактических отмывок, освобождающих поверхность ТОТ от отложений и снижающих тем самым интенсивность процессов местной коррозии. Задача состоит в том, чтобы разработать на основе анализа эксплуатационных данных по загрязненности поверхности теплообменных трубок (ТОТ) ПГ методику прогнозирования работоспособности ТОТ и оценки периода профилактики. В качестве показателя загрязненности ТОТ ПГ используется средняя удельная загрязненность Куд с размерностью [г/м ]. Зависимость средней удельной загрязненности теплообменных труб от длительности эксплуатации ПГВ-1000М используется, как правило, в виде линейной зависимости [16]: Однако эта зависимость относится к средней загрязненности трубчатки по группе ПГ. Чтобы получить зависимости роста загрязненности от времени для дальнейшего использования их в задаче индивидуального прогнозирования работоспособности ТОТ, необходимо проанализировать данные по загрязненности парогенераторов АС, полученные в результате промывок. Анализ данных Отложения на поверхности трубчатки ПГ в местах, удобных для их отбора (верхние ряды пучка), часто оказываются непредставительными для оценки общей загрязненности пучка, особенно в его глубине и в нижних рядах. Так, например, толщина отложений на ТОТ, вырезанной из 60-го по высоте ряда на одном из ПГВ-1000 во время ППР, составляла от 0,1 до 1,5 мм, что соответствует загрязненности порядка 350-5000 г/м при том, что загрязненность верхних рядов не превышала нормы [16]. В [14] подчеркивается, что в результате исследования металла труб поврежденных пучков на парогенераторах Блк АЭС (ЭБ №2) и НВ АЭС (ЭБ №3) установлено, что основной причиной повреждения металла ТОТ является подшламовая коррозия со стороны второго контура. В [74] по данным исследований, проведенных на ЭБ № 2 БлкАЭС, показано, что - плотность отложения на дефектных трубках в нижней части ПГ существенно выше, чем в верхней; - сквозные дефекты, зафиксированные пневмогидравлическим методом (ПГМК), также расположены в ТОТ нижних рядов; - после осушения ПГ визуальным осмотром было установлено, что примерно 10 нижних рядов погружены в шлам.
Поскольку большая загрязненность нижних рядов обусловлена еще и физическими причинами, то, вероятно, можно аппроксимировать загрязненность по высоте экспоненциальной зависимостью и с учетом роста загрязненности со временем KZ(t,h)= Куд Аехр(-Х,Ь), где Куд из (16), h изменяется от 0 до Н (высота ПГ) (рис. 27), А - определяется из данных предыдущих отмывок В пользу этого предположения говорит и опыт эксплуатации ПГ, например, БлкАЭС [35]. На рис.28 приведено распределение заглушённых ТОТ на ЭБ №2 и №3 БлкАЭС по высоте трубных решеток. Можно показать, что это распределение удовлетворительно описывается экспоненциальным законом. Здесь же приведен график аппроксимирующей функции. Вид аппроксимирующей функции для ЭБ №3 БлкАЭС f(h) = С, ехр(С2/ )+С3, где С,=852,С2=-0,024, С3=-7,09. Аналогичная зависимость описывает распределение заглушённых ТОТ ПГ ЭБ№2 БлкАЭС. Распределение заглушённых ТОТ по высоте входных коллекторов ПГ ЭБ №3 БлкАЭС. Опыт показывает, что число поврежденных трубок зависит от показателей водно-химического режима (ВХР) (скорость образования отложений) и от качества отмывок (остаточная загрязненность). Для оценки качества отмывки можно ввести коэффициент S=l-0l-/H±), ц. - загрязненность после отмывки (остаточная); г)+ - загрязненность до отмывки. Смысл этого коэффициента состоит в относительной доле отмытых отложений. Анализ качества отмывок, проведенных в ППР-96 на ЭБ №1 КлнАЭС, показал, что, например, для ПГ-2 5=1, для ПГ-4 5=0,63. Массу загрязнений на поверхности трубчатки можно оценить как среднюю загрязненность, проинтегрировав зависимость (2) с учетом того, что площадь поверхности ТОТ равна S
Подготовка исходных данных и примерный расчет
Разработаны алгоритмы индивидуального прогнозирования развития процессов старения с использованием методов теории диффузионных процессов. На основании прогноза оценивается момент первого выхода процесса за предельный уровень. Разработана методика и программное обеспечение расчетов коэффициентов сноса и диффузии по результатам измерений наблюдаемого параметра; расчета времени выхода диффузионного процесса с известными коэффициентами сноса и диффузии за допустимый уровень (верхний или нижний), а также расчет допустимой толщины стенки как значение допустимого уровня при эксплуатации трубопровода. 2. Одним из способов управления ресурсом ТОТ ПГ является периодическое проведение отмывок, что существенно замедляет скорость местной коррозии. Аппроксимированы статистические зависимости числа заглушённых трубок от высоты трубной решетки и удельной загрязненности, получено уравнение нелинейного роста удельной загрязненности. 3.Проведенный анализ роста загрязненности на поверхности трубчатки позволил построить соответствующие зависимости. Нелинейный характер процесса предъявляет высокие требования к качеству отмывок, т.к. время до пересечения предельно допустимого уровня существенно зависит от остаточной удельной загрязненности. 4. Рассчитаны значения межпромывочного периода ПГ при различных уровнях загрязненности с использованием результатов аппроксимации. Значение межпромывочного периода равно нижней границе 95%-ного интервала для времени достижения случайным процессом удельной загрязненности допустимого уровня. Для допустимого уровня 100 г/м при стартовых отложениях 20 г/м межпромывочный период равен 3,9 лет, при более высоком загрязнении (70 г/м ) - 2,9 лет. 5. Полученные результаты показывают хорошее согласие с экспериментальными данными. Это дает возможность расширить постановку задачи и учитывать в диффузионной модели не только данные по загрязненности, но и возможный в этих условиях процесс подшламовои коррозии, что придаст расчетам более консервативный характер. Разработано программное обеспечение расчетов. 6.Учитывая, что ресурс трубопроводов и сосудов давления существенно зависит от числа и размеров имеющихся в материале дефектов, проведено исследование и получены зависимости для показателя качества контроля -глубины восстановления, - позволяющие оценить требования к характеристикам контроля для обеспечения заданного качества восстановления.
Принятый в настоящее время подход к оценке ресурсных характеристик оборудования состоит в прогнозировании вероятности безотказной работы на основе статистики о глушении теплообменных трубок (методы Вейбулла, наименьших квадратов и т.д.). Однако статистика о заглушённых трубках включает не только отказы по определенному механизму старения, но и отказы по другим причинам, связанным, например, с некачественным обслуживанием [47]. Поэтому прогнозирование работоспособности отдельного ПГ - это всегда задача индивидуального прогнозирования. Использование только статистики о глушении ТОТ не позволяет прогнозировать работу ПГ при измененных условиях эксплуатации, т.е. обоснованно управлять ресурсом, вследствие того, что не учитываются особенности реакции материалов элементов оборудования на эти изменения, последствия отложений продуктов коррозии, а также влияние агрессивной среды на ресурс ТОТ ПГ. Поэтому необходимо учитывать все виды информации об объекте для повышения точности прогноза; теоретическую информацию об определяющем процессе старения; эксплуатационную - о режимах и отказах; информацию о результатах контроля и проведенных профилактических работах.
Следовательно, решение следует искать в виде процедуры, учитывающей как природу процесса старения, так и его случайный характер.
Работоспособность такого оборудования как парогенератор ВВЭР определяется в первую очередь целостностью трубчатки.
Анализ эксплуатационной надежности ТОТ ПГ показал, что ТОТ ПГ подвержены повреждениям, в основном в зонах отложения продуктов коррозии. Основными составляющими в продуктах коррозии являются соединения железа и меди. Состав отложений на ТОТ отличается для различных энергоблоков, однако отмечается, что продукты коррозии содержат до 30% оксидов меди. Повреждения происходят более интенсивно, когда количество соединений меди в отложениях превышает 20%. Это способствует развитию питтингов на внешней поверхности ТОТ, и при повышении концентрации меди до 30% некоторые язвы становятся сквозными. Установлено также, что с увеличением времени эксплуатации ЭБ наблюдается увеличение содержания соединений меди в отложениях. Это говорит о том, что идет активный процесс питтингообразования, а на его фоне - коррозионное растрескивание под напряжением.
Прогнозирование только по одному из процессов даст заниженные значения ресурсных характеристик. Поэтому необходимо корректировать модель данными текущего контроля. Контроль металла теплообменных труб (ТОТ) осуществляется с определенной погрешностью, которая вносит дополнительную неопределенность в оценку ресурса, «зашумляя» реальную картину. Статистика о заглушённых трубках включает данные не только о ТОТ со сквозными дефектами. С 1999 г. в концерне «Росэнергоатом» действуют «Нормы дефектов (критерии глушения) теплообменных трубок парогенераторов реакторной установки типа ВВЭР-1000, РД ЭО-0157-99», - по которым глушатся трубы с износом (60-75)%. Причем критерии глушения труб на разных энергоблоках различаются. Например, на 3-ем блоке НВАЭС (ВВЭР-440) подлежат глушению трубы, имеющие нехватку материала более 60%, по 4 блоку - более 70%, либо по динамике роста дефектов, обнаруженных ранее, - глушатся трубки с приростом глубины дефекта более 5% в год.
