Влияние физико-химических свойств конструкционных материалов на эксплуатационную надежность оборудования и трубопроводов аэс




Скачать 85.54 Kb.
Дата12.06.2016
Размер85.54 Kb.

Влияние физико-химических свойств конструкционных материалов на эксплуатационную надежность оборудования и трубопроводов АЭС


В.И. Бараненко, Ю.А. Янченко, О.С. Тарасова, М.С. Белов

ОАО ВНИИАЭС, Москва
Химический состав металла углеродистых сталей является одним из основных факторов, определяющих скорость эрозионно-коррозионного износа. В углеродистых сталях, используемых во втором контуре отечественных АЭС (стали 20, 15 ГС, 16 ГС), химическими элементами, способствующими снижению ЭКИ, являются такие элементы, как хром и медь. Хром и медь в сталях 20, 15 ГС, 16 ГС являются примесными элементами. Весовая концентрация этих элементов в металле может изменяться от 0.03% до 0.30%.

Определение химического состава металла оборудования и трубопроводов на блоках АЭС с ВВЭР-1000, также как на блоках АЭС с ВВЭР-440, может осуществляться с использованием руководящего документа РД ЭО 0669-2006 «Стали и сплавы трубопроводов и элементов оборудования атомных станций. Определение химического состава методом атомно-эмиссионного спектрального анализа» [1-4].

В 1990 г. по причине ЭКИ произошло гильотинное разрушение трубопровода питательной воды после дроссельной шайбы на АЭС Ловииса 1. При этом разрушился сварной шов фланцевого соединения, с содержанием хрома 0,04 %, а основной металл трубопровода, выполненного из стали 20, не был поврежден. Содержание хрома в металле трубопровода, изготовленного из стали 20, составляет 0,16 – 0,18 %.

На рисунке 1 приведен характер размыва трубопроводов питательной воды на АЭС Ловииса 1, указаны места расположения поврежденных участков трубопроводов и вид поврежденного трубопровода. В таблице 1 представлен химический состав металла поврежденных участков трубопровода воды (фланец, сварной шов, расширенная часть трубопровода). Наименьшая концентрация хрома фиксируется в металле сварного шва.

Для расчета скорости ЭКИ и величины утонения стенок используются компьютерные коды. Учета влияния хрома, меди и молибдена в компьютерных кодах осуществляется с помощью уравнения Дюрекса,

(1)
где: , – соответственно скорость ЭКИ при наличии и отсутствии Cr, Cu, Mo, мм/год; Cr, Cu, Mo – весовое процентное содержание хрома, меди и молибдена в металле, %.

Из уравнения (1) следует, что влияние Cr, Cu и Mo на снижение ЭКИ будет проявляться, если их концентрация будет превышать 0,037 %. При концентрации Cr, Cu и Mo равной или меньше 0,037 % = .


Рисунок 1 - Гильотинное разрушение трубопровода питательной воды на АЭС Ловииса

Таблица 1 Химический состав металла ОШЗ на АЭС Ловииса




Клапан

Элемент

Хром

Молибден

Медь

1

RL 21

Фланец

0,10

0,00

0,23

Шов

0,04

0,00

0,14

Трубопровод

0,16

0,00

0,18

2

RL 61

Фланец

0,05

0,00

0,06

Шов

0,04

0,00

0,04

Трубопровод

0,16

0,00

0,18

3

RL 62

Фланец

0,10

0,00

0,22

Шов

-

-

-

Трубопровод

0,16

0,00

0,20

На рисунках 2, приведены графики, характеризующие влияние концентрации хрома на значения скорости ЭКИ. На рисунке 2 представлено четыре графика, соответствующие концентрации хрома 0,03, 0,10, 0,2 и 0,5 % на скорость ЭКИ. Значения других параметров, которые соответствуют графикам на рисунке 2, не указаны. Из анализа этих графиков следует, что вначале с ростом температуры скорость ЭКИ увеличивается, достигает максимального значения при температуре примерно 150о С. При дальнейшем увеличении температуры среды влияние хрома на скорость ЭКИ уменьшается. Уменьшение влияния хрома на скорость ЭКИ происходит в диапазоне температур от 150 о С примерно до 240 о С.

На рисунке 2 представлено четыре графика, соответствующие концентрации молибдена 0,03, 0,10, 0,2 и 0,5 % на скорость ЭКИ. Значения других параметров, которые соответствуют графикам на рисунке 3, не указаны.

В таблице 2 приведены значения коэффициентов KCr, KCu и KМо, определяющие влияние концентрации хрома, меди и молибдена на скорость ЭКИ, рассчитанные с использованием уравнения (1) и определяющие снижение скорости ЭКИ по отношению к ее значению при концентрации, равной 0.05 %.

Рисунок 2 – Зависимость ЭКИ от значений содержания хрома в металле трубопровода при изменении температуры в диапазоне 38-255 оС


Таблица 2 – Значения коэффициентов KCr, KCu и KМо при различных содержаниях примесных элементов, определяющих уменьшение скорости ЭКИ

Cr, Cu, Mo, %

KCr

KCu

KMo

Cr, Cu, Mo, %

KCr

KCu

KMo

Cr, Cu, Mo, %

KCr

KCu

KMo

0.05

1.00

1.00

1.00

0.15

0.38

0.76

0.803

0.22

0.27

0.69

0.744

0.08

0.66

0.89

0.910

0.16

0.36

0.75

0.793

0.23

0.26

0.68

0.738

0.10

0.54

0.84

0.811

0.17

0.34

0.74

0.784

0.24

0.25

0.67

0.731

0.11

0.50

0.82

0.855

0.18

0.32

0.73

0.774

0.25

0.24

0.67

0.725

0.12

0.46

0.80

0.840

0.19

0.30

0.72

0.765

0.26

0.23

0.66

0.720

0.13

0.43

0.79

0.826

0.20

0.29

0.71

0.758

0.27

0.22

0.66

0.714

0.14

0.40

0.77

0.814

0.21

0.28

0.70

0.751

0.28

0.21

0.65

0.709

Из таблицы 2 следует, что при значениях концентрации хрома в диапазоне от 0.05 % до 0.26 % и меди от 0.05 % до 0.28 %, зафиксированных в сертификатах трубопроводов АЭС с ВВЭР, скорость ЭКИ может уменьшиться в 6.7 раза.

Данные о химическом составе металла трубопроводов на отечественных АЭС имеются в ограниченном объеме. Результаты эксплуатационного контроля элементов оборудования и трубопроводов, подверженных ЭКИ, свидетельствуют о том, что количество элементов с утонением стенок, существенно превышающих нормируемую нормами прочности поправку на коррозию, равную 1,0-1,2 мм, обычно не превышает 10% от общего количества утонений. По данным обработки 116 сертификатов трубопроводов 3 и 4 блоков НВАЭС, количество трубопроводов, в которых содержание хрома и меди меньше 0,1% составляет 11,6%. Это коррелируется с количеством элементов трубопроводных систем, наиболее подверженным эрозионно-коррозионному износу.

Контроль химического состава элементов оборудования и трубопроводов позволяет выявить таковые с низкой концентрацией хрома и меди. Это, в свою очередь, позволяет разработать подходы по существенному снижению объема эксплуатационного контроля эрозионно-коррозионного контроля на отечественных АЭС.

На ряде АЭС Канады с реакторами CANDU трубопроводы питательной воды изготовлены из углеродистой стали SA-106 Grande B c номинальными диаметрами 1,5, 2, 2,5, 3 и 3,5 дюйма. Эксплуатационный контроль выходных участков трубопроводов питательной воды с температурой 305 – 312о С, скоростью 16 м/с и содержанием пара 5%, проведенный в средине 90-х годов, позволил установить, что утонение стенок трубопроводов значительно превысило ожидаемое значение по причине ЭКИ. Концентрация хрома в металле питательных трубопроводов, изготовленных из стали SA-106 Grande B могла находиться в диапазоне ≤ 0,40 %, но составляла 0,02-0,04 %

Для снижения скорости ЭКИ питательных трубопроводов на канадских АЭС был разработан комплекс мероприятий, включающий оптимизацию ВХР и разработку требований к химическому составу металла питательных трубопроводов. Оптимизация ВХР была проведена на АЭС, находящихся в эксплуатации. Для вновь стоящегося блока питательные трубопроводы были изготовлены из углеродистых сталей стали SA-106 Grande B с содержанием хрома не менее 0,33 %.

Результаты исследований с использованием трех независимых методов позволили установить, что увеличение концентрации хрома от 0,02 % до 0,33 % позволило снизить скорость ЭКИ на 55 ± 6 % [10-12].


Список литературы:

1. Стали и сплавы трубопроводов и элементов оборудования атомных станций. Определение химического состава методом атомно-эмиссионного спектрального анализа. РД ЭО 0669-2006.

2. Влияние химических элементов-примесей в углеродистой и кремнемарганцовистых сталях на ресурсные характеристики трубопроводов АЭС при эрозионно-коррозионном износе. Бараненко В.И., Бакиров М.Б., Корниенко К.А. Теплоэнергетика. 2001. № 12. С. 37-40. 12 с.

3. Resistance of SA-106 Carbon Steel containing > 0,30 wt% Cr to Flow Accelerated Corrosion Under CANDU Reactor Outlet Feeder Pipe Condition. Z.H. Walker, A.J. Elliot, D.S. Mancey and R. Rancin. Int. Conf. on Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems. 23-26 Oct. 2006, Jeju Island, Korea. 6 p.



4 . Some Chemistry and Material Aging Issues in the Primary Circuit of CANDU Reactors. A. John Elliot and David A. Guzonas. Technical Meeting on Water Chemistry of Nuclear Power Plants. 1-3 Oct. 2007. Moscow. 12 p.


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница