Герметичные модули для термопарных (ХА) кабелей гермовводов на основе стеклокристаллических и керамических материалов Головко, Татьяна Анатольевна

Введение к работе

Актуальность работы

Проблема обеспечения безопасности атомных станций остается особо значимой в связи с неуклонным повышением их роли в мировой и отечественной энергетике. Одним из важных элементов АЭС являются герметичные вводы, недостаточная надежность которых явилась причиной многих серьезных аварий. Существующее разнообразие конструкций гермовводов не решает в полной мере вопросы их надежности, укесточение требований к ним требует новых конструктивных, технологических и материа-ловедческих решений. Например, гермовводы типа ПГКК отечественного производства, выполненные на основе полимерных материалов, не отвечают современным требованиям и теряют герметичность уже в первые годы работы на АЭС. Это связано с тем, что при повышенных температурах и воздействии радиации полимерные .материалы разлагаются, выделяя газообразные и ядовитые вещества. .

Неорганические материалы (стекло, керамика) и металлы (медь, стали и сплавы), как известно, обладают более высокой огнестойкостью н радиационной стойкостью, чем органические материалы. Поэтому представляется интересной возможность их использования г. качестве герметизирующих, элекроизоляционных и конструкционных материалов для гермовводов.

В 1983 году Инженерно - технологическим центром ЯВО РАН (ДВО АН СССР) били начаты работы по созданию герметичных вводов для АЭС на основе неорганических материалов, юамен применявшихся ранее вводов типа ПГКК. В настоящее время разработка герметичных вводов типа ВГКК закончена и принята Мекведомс понной комиссией в составе представителей Атч>мэ-нергоэк».порта. Атомэнёргопроекта, Госатомэнергонадзора и Министерш аа атомной энергетики. Утверждены технические условия >.d поставку изделий на АЗС.

Цель работы

Целью данной работы является разработка конструкции и спосойа изготовления герметичных модулей на основе термочар-

ных кабелей с жилами хромель-алшель для гермовводов типа ВГКК.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Подобрать исходные материалы для разработки герметичного модуля*. Выбранные для соединения, герметизации и изоляции материалы должны обладать рядом свойств:

удельным электрическим сопротивлением, обеспечивающим сопротивление изоляций между жилой и оболочкой и между жилами не менее 10 МОм в нормальных и предельных условиях (при температуре до 150 С, давлении до 0.5 МПа. радиации до Ю³ Гр/час):

электрической прочностью, обеспечивающей работоспособность при напряжении меаду жилой и оболочкой и между жилами при 220 В, а такае испытание напряжением 0.5 KB при частоте 50 Га в течение 1 минуты;

механической, прочностью спая, обеспечивающего сохранение герметичности при изготовлении, испытаниях, хранении, транспортировке и эксплуатации:

коррозионной стойкостью, обеспечивающей сохранение электроизоляционных свойств {сопротивление изоляции не менее 10 МОм) и герметичности (степень натекания по воздуху не должна превыиать 5.6-10"¹ Пам³/с) при неблагоприятных климатических воздействиях, действии водяного пара и паровоздушной смеси, дезактивационных и погловд ящих растворов в течение заданного времени;

радиационной стойкостью при заданных интенсивностях и дозах излучения (10 - 10³ Гр/час. интегральная доза 5-Ю⁶ Гр), обеспечивающей сохранение диэлектрических свойств и герметичности на заданном уровне; -

стабильностью всех свойств, обеспечивающей полный назначенный срок службы в заданном диапазоне температур, давлений, электрических напряжений, радиационных и коррозионных воздействий.

" Понятие 'модуль" принято при разработке гермовводов ВГКК. Аббревиатура авторов, (см. стр. 10).

1. Разработать конструкцию и технологию герметизации отдельных узлов кабелей для гермоввода на основе выбранных материалов.

2. Разработать методику контроля основных параметров.

3. Исследовать полученные модули при рабочих условиях АЭС, а также в аварийных режимах.

4. Провести исследования, подтверждающие правильность выбора герметизирующих материалов.

Объекты исследований

1. Термопарные кабели КТМСМ (ХА) с оболочкой из стали Х18Н10Т, с жилами из термоэлектродных сплавов хромель, алюмель и минеральной (магнезиальной) изоляцией.

2. СТеклокрясталлические покрытия QCT 135-1. ПСТ 150-1. керамика 22ХС.

3. Герметичные модули на основе кабелей КТШ! (ХА) и электроизоляционных материалов по п. 2.

научная новизна

1..В результате исследований для создания герметичного ввода выбраны только неорганические материалы и металлы, обладающие еысокой радиационной, химической и огневой стойкостью.

2. Разработан новый способ изготовления герметичных модулей на основе термопарных кабелей с ситаллокерамическими узлами герметизации. Он отличается от аналогичного ему способа герметизации термопарного кабеля с аилами хромапь-ко-пель тем, что герметизация концов этих кабелей происходит по "высокотемпературной" технологии. Это достигается использованием герметизирующих материалов с более высокой температу-ратурой плавления, что обеспечивает более надежный го критериям пожзроустойчивости и химической стойкости узел.

3. герметичные вводы, разработанные на основе модулей с минеральной изоляцией, алеют ряд преимуществ (креме указанных вше) перед герметичными вводами существующих конструкций:

- выбор материалов и элементов конструкции гарантирует высокую надежность герметичных вводов при эксплуатации, в ус-

ловиях радиации, повышенных температур, давлений, различных климатических.воздействий:

использование такого способа герметизации дает возможность производить сборку гермозвоял после за/юлки обоих концов кабелей и проверки его герметичности. Это существенно облегчает процесс сборки;

при отсутствии а гермовзоде биолаэдты появляется возможность создания такого гермоввода. в котором легко заменяется любой неисправный кабель:

герметизация кабеля с двух сторон позволяет говорить о двойном барьере герметичности. При разгерметизации кабеля со стороны "грязной" зоны (что наиболее вероятно), кабель не теряет своей герметичности, так как со сторони "чистой" зоны, как правила, уз»-л герметизации остается неповрежденным. Это обеспечивается конструктивными особенностями гермоввода (защитные кожуха со специальной засыпкой):

при потере герметичности одним модулем предлагаемой конструкции с обоих сторон остальным линии остаются герметичными и продолжают функционировать. Кроме того, магнезиальная изоляция потерявшего герметичность кабеля выступает как адсорбент и очищает воздух, проходящий через- кабель в "чистые" зоны, от' радиоактивных ;\.>'.;озолей и твердых пылевидных частин.

Практическая значимость

Полученные результаты позволяют достигнуть абсолютно нового уровня в решении проблемы электроснабжения. Применение герметичных вводов такой конструкция (ВГКК) на строящихся и действующих АЭС гарантирует радиационную безопасность и экологическую чистоту окруаагсцего пространства даже при аварийной ситуации (разумеется, исключая аварии с разрушением здания АЗС). Такой уровень безопасности обеспечгзается специфическими ссооенн'-'стяші конструкции гермоввода и оригинальна подо ;ром материалов и элементов конструкции.

использование в узлах термопарных кабелей с залами хромель - алюмель в качестве герметиков стекле .ои італлкче' ких .материалов с высокой температурой плавления позволила с -

дать высоконадежный гермоввод. удовлетворяющий всем требованиям пожарной, радиационной к химической стойкости. Внедрение такой конструкции на АЗС позволит обеспечить безопасную работу атомной станции на более высоком уровне.

Кроме атомных станций, разработанные проходки могут быть использованы при создании противопожарных барьеров в кабельных коридорах различного назначения.

В 1996 году негду Инженерно-Технологическим институтом АТН РФ и 3-м институтом Ядерной промышленности КЛИП в ходе работы семинара в 8-м Институт ядерной промышленности КГКЯІІ г. Шанхай (КНР) был подписан протокол намерений о создании совместного предприятия но производству герметичных вводов типа ВГКК. В настоящее время ведутся переговоры об использовании гермовводов ВГКК (в том числе и гермовводов на базе термопарных (ХА) кабелей) на новых атокнцх станциях.

На заіпяту выкосятся следующие положення

1. Выбор неорганических материалов. обладаниях заданными свойствами (см. п."Цель.работы"), для герметизации кабелей KTUClt (ХА).

2. Модульная , конструкция на основе термопарных кабелей !ГШСМ (ХА) с килами из сплавов хромель, алюмель; неорганических электроизоляционных материалов <стеклокристалляческие покрытия ПСТ 135-1'. ЛСТ 150-1 и керамика 22ХС).

3. Технология герметизации кабелей стеклокристалличес-кики покрытиями ПСТ 135-1. ПСТ 150-1 и керамикой 2ZY.C.

Апробация работы

Основные результата диссертационная работы докладывались и обсуядалнсь на:

4. Научно-технической конференция колодій учених Приамурья. 20 апреля 1994г.. г. Благовещенск..

5. Четвертой международной икряз-симпозиуме ""«вика и химия твердого тела". Июнь 1994г.. г. Благовещенск.

6. Международной научно-технической конференции "Роль атомной энергетики в реыении региональных экономических и экологических проблем". 18-20 октября 1994г.. г.Владивосток.

- a -

4. Региональной студенческой научно-технической конференція» "Студенты и научно-технический прогресс". 5 апреля 1995г., г.Благовещенск.

5. Республиканской научно-технической конференции "Проблемы энергоснабжения Дальнего Востока*. 25-27 апреля 1995г.. г.Благовещенск.

6. Семинаре в 8-м институте ядерной промышленности КГКЯП. 6 якваря 1995г.. г. Шанхай, КНР.

Результаты работы рассматривались Межведомственной комиссией из представителей Атоюнергоэкслорта. Атомэнергопро-екта, Госатомэкергонадзора. Ыинистерства атомной энергетики и НИИ Противопожарной обороны МВД РФ.

Объем п структура диссертационной работы

Диссертация состоит из введения. 6 глав, заключения и содержит 167 страниц, в ток числе 28 рисунков. 20 таблиц. списка литературы, включающего 112 наименований и 3 приложений.