1 ВНИИАЭС г. Москва ул. Ферганская 25 Москва я Международная научно-техническая «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» 29 мая – 01 июня 2007 г. ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС» ВНИИАЭС Бараненко В.И Юрманов В.А Баклашев С.А. Энергомашпроект Кумов А.В. О разработке программных средств по расчету эрозионно-коррозионного износа оборудования и трубопроводов АЭС ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

2 О разработке компьютерных кодов по расчету ЭКИ на зарубежных АЭС 1. Авария по причине ЭКИ на АЭС Сарри-2 в 1986 г 2. Реакция отрасли. Разработка нормативных документов по ЭКИ. 3. Разработанные компьютерные коды по ЭКИ 4. Перечень факторов, определяющих ЭКИ О разработке программных средств по расчету ЭКИ ВНИИАЭС

3 Повреждение трубопровода питательной воды на АЭС Сарри-2 Минимальная толщина 1,2 мм Эрозионно-коррозионный износ трубопровода воды (460х12,7) на АЭС с PWR Сарри на 13-м году эксплуатации (блок находился в эксплуатации часов) ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

4 Ин ци ден ты Реак ция NRC (регу лиру ющи й орга н) Реакц ия на отрасл евом уровне U.S. 76Миллстоун, блок 3 82Окони, блок 1 и 2 Вермонт Янки Троуджен Зайон 85Троуджен 85Хеддэм Нек 87 Троуджен 88Сарри, блок 2 89 Арканзас, блок 2 Разрыв трубопровода питательной воды на Сарри, блок 2 90Миллстун, блок 3 Сан Онофр, блок 2 Сарри, блок 1 Ловииса, блок 1 91Милстоун, блок 2 92Катоба, блок 2 Саквеханна 94Секвойя, блок 1 97Форт Калхум 99 Каллавей, блок 1 01 Каллавей 02 Колумбия 03Миллстоун, блок 2 Вотс Бар, блок 1 Частое возникновение утонения и разрывов Основные явления отмечены в перечне NRC для обмена информацией onпо проблемам безопасности На системах турбины часто возникают повреждения из-за эрозии/коррозии (E/C) are often generated at the turbine system. NRC: Комиссия по ядерному регулированию BL: Бюллетень Инструкция по аварийным вопросам GL: Общая инструкция Инструкция по общим вопросам IP: Инструкция по проверке инструкция по проверке NRC Отчет EPRI (NP3944) объясняет первопричины эрозии/коррозии и инструкции по проведению программ ы проверки BL утонение трубопровода) GL (утонение трубопровода из- за эрозии/коррозии ) Проверка персоналаaudits Проверка выполнения программ контроля Auditэрозии/коррозии (5 станций) IP Проверка IP Проверка программы контроля эрозии/коррозии monitoring program Инструкция GL требует от держателей лицензии предоставлять информацию по программе контроля толщины стенок трубопроводов из углеродистой стали с интенсивным одно и двух фазовым потоком. Такая проверка постоянно контролирует деятельность держателя лицензии в области контроля эрозии/коррозии на лицензированных станциях При необходимости проводится дополнительная проверка. * Указанные в рамках документы используются в настоящем. EPRI: Электротехнический исследовательский институт Инструкции NEI по контролю эрозии/коррозии для однофазового потока трубопровода из углеродистой стали NEI: Институт по ядерной энергии ASME: Американское общество инженеров-механиков Согласованные частные программы EPRI: Разработка программа оценки утонения для одно/двух-фазового потока (в итоге объединенные в CHECWORKS) ASME: Разработка инструкций по контролю эрозии/коррозии в ASME Раздел XI. Соответствует требованиям NRC EPRI (NSAC/L202-R2) Рекомендованная программа эффективна при коррозии, связанной с ускорением потока (FAC) ASME (Программа N 597-1) Аналитические требования в области утонения трубопроводов Разработка компьютерных кодов и другой документации по эрозионно-коррозионному износу в США ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

5 Компьютерные коды и ПС по расчету ЭКИ, разрабатанные в разных странах Страна Наименование ПС Дата разрабо тки, год Расшифровка названия Тип и количество блоков использующих ПС СШАCHEC1989 Chexal-Horwitz Erosion-Corrosion PWR-83BWR-42CANDU-1ВВЭР-14 Итого 153 (на 1998 год) CHEC-T1989 Chexal-Horwitz Erosion-Corrosion - T CHECMATE1991 Chexal-Horwitz Erosion-Corrosion Methodolgy for Two-phase Enviroment CHE-NDE1991 Chexal-Horwitz Erosion-Corrosion Non-Destructive Evaluation Data from Pipe Inspect CHECWORKS Chexal-Horwitz engineering corrosion workstation ГерманияWATEC1988 Wall Thinning caused by Erosion- Corrosion PWR-83BWR-42ВВЭР-14 Итого 17 (на 1998 год) DASY1993 Data Management System COMSY1998 Condition Orietedageing and plant life monitoring System ФранцияBRT-CICERO1994Bouchaort АЭС Франции – 56 РоссияЭКИ-02,ЭКИ-03, Эрозионно-коррозионный износ трубопроводов с однофазной и идвухфазнойсредой наАЭС с ВВЭР ВВЭР-440,ВВЭР=1000 УкраинаKASEC2000 KEMA Advice System for Erosion Corrosion ВВЭР-1000 ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

6 Operating data Start of operation Start of operation Previous hours of operation Previous hours of operation Load factor (availability time) Load factor (availability time) Design data Design pressure Design pressure Design temperature Design temperature Geometry, dimensions, isometrics Geometry, dimensions, isometrics Internals Internals Component wall thickness Component wall thickness Material specification Material specification Themal hydraulic data Operating pressure Operating pressure Operating temperature Operating temperature Steam quality in mass fractions Steam quality in mass fractions Flow rate / flow velocity of water or wet steam Flow rate / flow velocity of water or wet steam Water chemistry data Alkalizing agents and their concentrations Alkalizing agents and their concentrations pH pH Oxigen concentration Oxigen concentration Required Input Data for WATHEC ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

7 О разработке программных средств и другой документации по ЭКИ для отечественных АЭС 1. Разработка программных средств по расчету скорости ЭКИ и величины утонения стенок трубопроводов 2. Разработке норм расчета допустимых толщин стенок элементов трубопроводов АЭС. 3. Разработке методики по определению химического состава металла. О разработке программных средств по расчету ЭКИ ВНИИАЭС

8 О разработке программных средств по расчету ЭКИ Перечень разработанных ПС и другой документации по эрозионно-коррозионному износу трубопроводов АЭС: 1. Программное средство по расчету эрозионно-коррозионного износа трубопроводов с однофазной средой Рег. 165 от Программное средство по расчету эрозионно-коррозионного износа трубопроводов с двухфазной средой Рег. 202 от РД ЭО «Нормы допустимых толщин элементов трубопроводов из углеродистых сталей атомных станций». Введен в действие с г. 4. РД ЭО «Стали и сплавы трубопроводов и элементов оборудования атомных станций. Определение химического состава методом атомно-эмиссионного спектрального анализа». Введен в действие с г. ВНИИАЭС

9 О разработке программных средств по расчету ЭКИ Учет влияния химического состава металла на эрозионно-коррозионный износ 1.Определение химического состава металла осуществляется на основании РД ЭО «Стали и сплавы трубопроводов и элементов…». РД введено в действие с г. 2.Наличие в металле хрома, меди и молибдена повышает сопротивление по отношению к эрозионно-коррозионному износу. 3. Пороговое значение концентрации в металле хрома, меди и молибдена составляет 0,04%. При увеличении концентрации этих элементов до 0,30% ЭКИ уменьшается примерно на порядок. 4. По данным сертификата на металл корпуса ПНД-55 на энергоблоке 3 Смоленской АЭС содержание хрома составило 0,03%, медь и молибден в металле отсутствуют. Это способствовало эрозионно-коррозионному износу металла ПНД. ВНИИАЭС

10 Механизм эрозионно-коррозионного износа. Повреждение ПНД на Смоленской АЭС 1. Механизм возникновения и развития эрозионно-коррозионного износа. 2. Повреждение корпуса ПНД - 55 на Смоленской АЭС. 3. Характер ЭКИ стенок корпусов ПНД-64, ПНД Характер ЭКИ стенок корпусов ПНД-35, ПНД-45, ПНД-64 и ПНД-65 в кольцевой зоне около пароподводящего патрубка. О разработке программных средств по расчету ЭКИ ВНИИАЭС

11 Базовый металл Пористый оксидный слой С Раздел оксидная пленка- металл (A&B) Граница окись железа- вода (Е) Твердые частицы (G) H 2 O фильтруется через поры (D) А. Взаимодействие железа с водой и кислородом: Fe+2H 2 O Fe(OH) 2 +H 2 ; Fe+H 2 O+1/2О 2 Fe(OH) 2 ; B. Формирование магнетита в соответствии с реакцией Шикорра: 3Fe(OH) 2 Fe 3 O 4 +H 2 2H 2 O; С. Продукты коррозии, образовавшиеся в результате реакций А и В; D. Продукты коррозии растворяются в порах окисного слоя; E. Продукты коррозии растворяются на границе окисная пленка-теплоноситель (коррозионная среда); F. Теплоноситель уносит растворившиеся продукты коррозии в поток за счет массообменных процессов; G. Под действием потока происходит эрозионный размыв защитного слоя. О разработке программных средств по расчету ЭКИ ВНИИАЭС

12 О разработке программных средств по расчету ЭКИ Повреждение корпуса ПНД на Смоленской АЭС ВНИИАЭС

13 Характер повреждения корпуса ПНД на энергоблоке 3 САЭС

14 О разработке программных средств по расчету ЭКИ Повреждение корпуса ПНД-65 на Смоленской АЭС ВНИИАЭС

15 О разработке программных средств по расчету ЭКИ Повреждение корпуса ПНД-64 на Смоленской АЭС ВНИИАЭС

16 ПНД-356,1 мм ПНД-45 11,1 мм ПНД-64 14,7 мм ПНД-35 7,7 мм ПНД-64 14,1 мм ПНД-65 6,7 мм ПНД-45 7,4 мм ПНД-65 2,0 мм ПНД-35 8,6 мм ПНД-45 11,5 мм ПНД-65 7,5 мм ПНД-35 6,8 мм ПНД-65 7,6 мм ПНД-45 9,8 мм ПНД-64 14,0 мм ПНД мм О разработке программных средств по расчету ЭКИ Характер утонения корпусов ПНД –35, 45, 64, 65 (Зона 1) ВНИИАЭС

17 О разработке программных средств по расчету ЭКИ Зоны контроля толщин корпусов ПНД на АВЭС с РБМК-1000 ВНИИАЭС

18 Примеры ЭКИ различных элементов 1. Влияние отложений продуктов коррозии на замеры толщин. 2. Значения толщин стенок главных паропроводов в различные периоды эксплуатации. 3. Эрозионно-корррозионный износ входных участков ПВД. 4. Эрозионно-коррозионный износ секционного отвода дренажного трубопровода. 5. Повреждение трубопровода питательной воды на АЭС Ловииса (пример влияния химического состава металла на ЭКИ). 6. ЭКИ гибов трубопроводов питательной воды на АЭС с ВВЭР-440 (6 типоразмеров, 258 гибов).. ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

19 О разработке программных средств по расчету ЭКИ Изменение толщины стенки ПР на прямом участке перед ГПР в «часах» 1-12 Наружный диаметр Сварнойшов Обозначение часа Сре днее знач ение ,94,14,34,44,64,03,43,64,03,94,44,34, ,41,82,72,83,03,53,33,12,82,92,63,02, ,42,83,03,53,43,02,82,83,33,53,03,03, ,01,21,00,91,51,21,41,01,01,21,51,51, ,21,32,54,66,17,16,45,23,32,00,41,43, ,10,82,54,45,86,66,45,42,11,0-0,50,13,21 1,52,02,73,34,14,23,93,52,72,42,42,22,9 Изменение толщины стенок ПР на прямых участках перед ГПР, мм (219х13, 325х19,530х287) ВНИИАЭС

20 Характер измерений толщины стенки гиба трубопровода по данным 1996 и 2002 года, "час" 3 и 9 на АЭС с ВВЭР- 440 ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

21 ВНИИАЭС Распределение по интервалам изменений толщин стенок гиба трубопровода питательной в период между 1996 и 2002 г.г. О разработке программных средств по расчету ЭКИ

22 Распределение нормализованных толщин перехода трубопровода (среднее сечение) ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

23 Распределение нормализованных толщин для перехода (выходное сечение) ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

24 Распредление нормализованных отклонений толщин стенок входных и выходных ОШЗ трубопроводов ОК, Др., Сп. ( Количество ОШЗ 311, количество замеров 5340, количество замеров с утонением 43,0 %, с утолщением 52,7%, без изменения толщины 4,3 %. Калининская АЭС, блок 2. Замеры 2005 г.)

25 Блок АЭС Наименование трубопроводов Утонилось Не изменилось УтолщилосьСумма Кол- во, шт. % Кол- во, шт % % % Балаковская 1, 2 Питательные Дренажные Основного конденсата ,53135,, , Южно- Украинская 1, 2, 3 Питательные Дренажные Основного конденсата ,92003, , Запорожская 2 Питательные Дренажные Основного конденсата 43832,9312,386464, Нововоронежская 3 Питательные Дренажные Основного конденсата ,31621, , Нововоронежская4 Питательные Дренажные Основного конденсата 76954,0392,761743, Сумма, среднее значение684225,37452, , Количество утонившихся, утолщившихся и не изменивших толщину стенки трубопроводов при УЗТ на различных АЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ ВНИИАЭС

26 ЭКИ гибов ГПП ТО 3ПГ годов НВАЭС год 1995 год О разработке программных средств по расчету ЭКИ ВНИИАЭС

27 118е а б 100а 93а а 98а 98 88а ЭКИ гибов ГПП ТО 3ПГ годов НВАЭС 1991 год 1993 год 1994 год 1995 год О разработке программных средств по расчету ЭКИ ВНИИАЭС

28 6 Выход воды Вход воды Вход пара Выход дренажа Зона пароохлаждения Охладитель дренажа Конструкция подогревателя питательной воды высокого давления: 1-водная камера; 2-трубная доска; 3-трубная система; 4-корпус; 5-разделительная перегородка; 6-тороидальное кольцо; 7-самоуплотняющаяся крышка. Зона утонения Эрозионно-коррозионный износ труб ПВД АЭС с ВВЭР. Вид внутренней поверхности входного участка трубки подогревателя, разрушенного ударной коррозией ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

29 Поврежденный участок гиба трубопровода дренажа на Калининской АЭС 26 марта 2003 год ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

30 ORIFICE PLATE BREAKE – 2,5 ~ 7,7 ST 45,8 III Cr: 0.03 EROSION CORROSION AREA SOVIET CARBON STEEL CT20 NOT ERODED ~ C 22 N Cr: Гильотинное разрушение трубопровода питательной воды на АЭС с ВВЭР-440 Ловииса 1 в 1990 году ВНИИАЭС О разработке программных средств по расчету ЭКИ

31 О разработке программных средств по расчету ЭКИ 17 S, мм Гибы трубопроводов мм. Число гибов n Г = ммS Г ср 19.0 число точек замеров Гибы трубопроводов мм. Число гибов n Г = 10. ммS Г ср 60.0 число точек замеров Гибы трубопроводов мм. Число гибов n Г = Гибы трубопроводов мм. Число гибов n Г = Гибы трубопроводов мм. Число гибов n Г = Гибы трубопроводов мм. Число гибов n Г = 115. ЭКИ гибов трубопроводов питательной воды на АЭС с ВВЭР-440

32 О разработке программных средств по расчету ЭКИ Выводы ЭКИ является распространенным механизмом повреждений металла оборудования и трубопроводов, изготавливаемых из сталей перлитного класса. Скорость ЭКИ, может существенно (в среднем в 4-8 раз, а максимально до 30 и более раз) превышать нормируемое значение скорости (равное 0,04 мм/год). ЭКИ сопровождается формированием отложений продуктов коррозии на внутренней поверхности трубопроводов. При проведении эксплуатационного контроля с использованием ультразвуковых датчиков толщина отложений продуктов коррозии фиксируется совместно с толщиной не корродированного металла. Для управления сроком эксплуатации трубопроводов, подверженных ЭКИ, используется комплект документации. Этот комплект включает программные средства, нормы расчета допустимых толщин, методические указания по организации эксплуатационного контроля металла, методические инструкции по определению химического состава металла и другую документацию. Разработанная в России документация согласована с надзорными органами. Ее использование на АЭС позволяет повысить безопасность эксплуатации энергоблоков АЭС и уменьшить объем эксплуатационого контроля. ВНИИАЭС