ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ
ОБОРУДОВАНИЯ РУ ПРИ ВВОДЕ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ЭНЕРГОБЛОКА
№4 КАЛИНИНСКОЙ АЭС
,
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
АННОТАЦИЯ
Одним из ключевых вопросов проблематики обеспечения прочности, повышения ресурса и оптимизации эксплуатационных характеристик оборудования РУ АЭС ВВЭР является определение напряженно-деформированного и вибронагруженного состояния элементов конструкций в реальных условиях эксплуатации.
Для решения вышеуказанной проблемы на всех энергоблоках АЭС с РУ ВВЭР-1000 отечественного атомно-энергетического комплекса, а также многих зарубежных АЭС, всегда успешно применялись и продолжают применяться специальные пусконаладочные измерения (СПНИ), также эволюционно развивающиеся в ходе общего прогресса науки и техники и ВВЭР в частности.
Результаты испытаний и измерений с применением СПНИ на энергоблоке №2 «Ростовской» АЭС в очередной раз поставили перед разработчиками проекта РУ и проекта СПНИ ряд оптимизационных вопросов, которые привели в изменению объема и состава СПНИ энергоблока №4 «Калининской» АЭС.
СПНИ в базовом объеме включает в себя:
- измерения вибродинамических характеристик оборудования РУ;
- контроль термомеханической нагруженности элементов РУ;
- теплогидравлические измерения параметров РУ;
- определение механических характеристик элементов каналов регулирования реактивности и граничных условий раскрепления внутриреакторного оборудования с помощью переносных средств СПНИ.
В настоящей работе представлены основные особенности и результаты контроля термомеханической нагруженности оборудования РУ при вводе в эксплуатацию энергоблока №4 «Калининской» АЭС.
СОДЕРЖАНИЕ
1 Введение. 3
2 Особенности СПНИ энергоблока №4 Калининской АЭС.. 4
2.1. Объем контроля. 4
2.2. Компоновка системы.. 6
2.3. Зоны контроля. 8
2.4. Средства измерений. 9
2.5. Программно-технические средства. 11
3 Результаты СПНИ энергоблока №4 Калининской АЭС.. 12
3.1. Результаты термометрирования водяного объема ПГ. 12
3.2. Результаты контроля температур, перемещений и напряжений элементов оборудования РУ 13
4 Заключение. 16
5 Перечень принятых сокращений. 17
6 Список используемой литературы.. 18
1 Введение
В связи с развернувшимся вводом в эксплуатацию значительного числа новых энергоблоков АЭС, продолжающих и эволюционно развивающих проектные решения ВВЭР, становится необходимым эффективное обобщение и максимальное использование в разрабатываемых РУ результатов НИОКР, а также пусконаладочного и эксплуатационного опыта. Базовые РУ ВВЭР-1000, являющиеся основой отечественной атомно-энергетической программы последних тридцати лет, эксплуатируется на 30 энергоблоках АЭС России, Украины, Болгарии, Чехии и Китая, а также вводятся в эксплуатацию в Иране и Индии. При этом проект каждого последующего энергоблока является либо модификацией предыдущего (с изменениями на основе анализа эксплуатационного опыта), либо качественно новым проектным вариантом (В-187, В-302, В-338, В-320, В-428, В-446, В-412), создаваемым на базе прогресса науки и техники.
Пусконаладочный контроль параметров термомеханической нагруженности элементов оборудования РУ, наряду с вибродинамическими и теплогидравлическими измерениями входящий в комплекс специальных пусконаладочных измерений (СПНИ), выполнялся и выполняется при вводе в эксплуатацию на каждом энергоблоке АЭС с ВВЭР-1000.
Необходимость применения средств контроля СПНИ в ходе ввода РУ в эксплуатацию объясняется не только невозможностью полного компьютерного моделирования процессов, возникающих в РУ, но и необходимостью проведения онлайн диагностики узлов и параметров РУ (речь идет об узлах и параметрах, мониторинг которых штатными средствами АСУ ТП невозможен и/или не целесообразен) в различных эксплуатационных режимах для определения качества монтажа и наладки оборудования, согласованности и алгоритма его работы, а также определения причин и последствий (накопленной повреждаемости) возможных нарушений.
Средства термомеханического контроля в составе СПНИ предназначены для определения температурного и напряженно-деформированного состояния оборудования первого контура, а также тепловых перемещений элементов оборудования от самокомпенсации РУ. Таким образом, контроль параметров термомеханической нагруженности элементов оборудования РУ является завершающим этапом определения температурного и напряженно-деформированного состояния НДС элементов основного оборудования РУ при действии нагрузок в реальных условиях эксплуатации в рамках обоснования прочности и проектного ресурса.
Эволюционное развитие проектов РУ с водо-водяными энергетическими реакторами в условиях появления инновационных технологий и конструкторских решений, повышенных требований к контролю качества изготовления, монтажа и наладки оборудования, ускоренных и жестких сроков ввода энергоблоков в эксплуатацию и высокой конкуренции приводит к необходимости параллельного экстенсивного (увеличение зон и объема контроля вследствие появления новых проектных решений и систем РУ) и интенсивного (вследствие необходимости повышения качества и точности измерений) развития диагностических средств СПНИ и средств термомеханического контроля в частности. В свете вышесказанного в проект СПНИ энергоблока №4 Калининской АЭС были внесены значительные качественные изменения, позволившие как успешно отработать новые технологии проведения самих испытаний и измерений с применением СПНИ, так и получить новую информацию о работе оборудования РУ, необходимую для уточнения и оптимизации проектных характеристик, а также обеспечения дальнейшего развития проектов РУ.
2 Особенности СПНИ энергоблока №4 Калининской АЭС
2.1. Объем контроля
Как упоминалось в предыдущей главе, системы СПНИ непрерывно претерпевают эволюционные изменения и развитие в ходе прогресса науки и техники. Для выделения характерных особенностей СПНИ энергоблока №4 Калининской АЭС наиболее целесообразно сначала ознакомиться с базовым объемом и конфигурацией систем диагностического контроля СПНИ.
Типичный состав измерительных систем для проведения работ по СПНИ (на примере энергоблока №4 Калининской АЭС) приведен на рис. 2.1.
Как видно из рисунка 2.1, диагностический контроль с применением специальных пусконаладочных измерений, в общем, подразделяется на четыре основных направления: вибродинамический контроль, термомеханический контроль, контроль теплогидравлических характеристик и контроль с применением переносных систем.
Системы вибродинамических испытаний и измерений применяются для контроля параметров гидродинамических возмущений (пульсаций давления во внутриреакторной части контура, а также по петлям главного циркуляционного контура), характеристик динамического отклика контролируемого оборудования (вибрационных ускорений, скоростей и перемещений), а также показателей вибронагруженного состояния (динамических деформаций и напряжений) основных несущих элементов оборудования РУ. В базовый объем вибродинамического контроля с применением СПНИ входят:
− контроль вибрационной нагруженности внутрикорпусных устройств реактора;
− контроль вибрационных характеристик ТВС;
− виброшумового контроль реактора;
− контроль пульсаций давления и вибраций элементов оборудования РУ.
На Ленинградской АЭС-2 и Нововоронежской АЭС-2 объем вибродинамического контроля планируется расширить за счет системы измерения вибраций и перемещений элементов ПГ.
Системы термомеханических испытаний и измерений предназначены для контроля температурного и напряженно-деформированного состояния оборудования первого контура, а также тепловых перемещений элементов оборудования от самокомпенсации РУ. Базовый объем термомеханического контроля оборудования РУ с применением СПНИ обеспечивается системой контроля температур, перемещений и напряжений элементов оборудования РУ. При необходимости (по требованию конструкторов или заказчика) объем термомеханического контроля может быть расширен за счет:
− термометрирования водяного объема ПГ (КлнАЭС-4);
− контроля температур и напряжений элементов оборудования системы пассивного отвода тепла (АЭС «Куданкулам», энергоблоки №№ 1,2, планируется на НВАЭС-2);
− контроля температур и напряжений элементов оборудования системы быстрого ввода бора (АЭС «Куданкулам», энергоблоки №№ 1,2);
− тензотермометрирования элементов ПГ (планируется на ЛАЭС-2 и НВАЭС-2).
Базовый теплогидравлический контроль с применением СПНИ включает как контроль температур и расходов (распределений перепадов давления) теплоносителя первого контура, так и определение теплогидравлических характеристик трактов охлаждения верхнего блока и шахтного объема реактора и включает следующие системы:
− система контроля теплогидравлических характеристик реактора и первого контура;
− система контроля теплогидравлических характеристик верхнего блока и шахтного объема реактора;
При необходимости объем теплогидравлического контроля может быть также расширен за счет:
| Рисунок 2.1.1 - Состав измерительных систем СПНИ на энергоблоке №4 Калининской АЭС |
− системы контроля гидравлических характеристик системы аварийного газоудаления (АЭС «Куданкулам», энергоблоки №№ 1,2);
− системы контроля влажности пара ПГ (планируется на ЛАЭС-2 и НВАЭС-2);
− системы гидродинамических измерений второго контура ПГ (планируется на ЛАЭС-2 и НВАЭС-2);
− системы теплохимических измерений в воде второго контура ПГ (планируется на ЛАЭС-2 и НВАЭС-2);
− системы контроля гидравлической характеристики системы пассивного залива АЗ (планируется на НВАЭС-2).
В комплекс измерительных систем СПНИ включены также переносные системы, предназначенные в основном для контроля установки тепловыделяющих сборок (ТВС) и органов регулирования системы управления и защиты (ОР СУЗ):
− система контроля усилий перемещения ОР СУЗ;
− система контроля разновысотности головок ТВС и усилий поджатия - пружинных сборок.
При необходимости объем контроля переносными системами с применением СПНИ может быть также расширен за счет:
− измерение геометрических параметров ТВС (Калининская АЭС, энергоблок №4);
− контроль уплотнительной поверхности главного разъема реактора.
Переносные системы СПНИ обеспечивают проведение испытаний и измерений ключевых узлов оборудования РУ, с высокой скоростью и маневренностью, что не задерживает пуск энергоблока АЭС.
Необходимо заметить, что приведенный список систем диагностики СПНИ не является исчерпывающим, специалисты СПНИ могут разработать и реализовать на практике широчайший спектр измерений и испытаний согласно требованиям конструкторов и поставленным задачам.
Таким образом, энергоблок №4 «Калининской» АЭС отличается наличием двух новых, ранее не применявшихся систем СПНИ:
− термометрирование водяного объема ПГ (абсолютно новая система термоконтроля СПНИ, разработанная специально для КлнАЭС-4 с целью изучения процессов перемешивания питательной и котловой воды ПГ в стационарных и нестационарных режимах работы РУ); основой системы являются шесть термозондов, позволяющих определять распределение температуры котловой воды ПГ как в продольном направлении, так и по высоте;
− контроль геометрических параметров ТВС (абсолютно новая система СПНИ, разработанная на основе ультразвукового эффекта совместно с сотрудниками НИЯУ «МИФИ» специально для энергоблока №4 «Калининской» АЭС с целью изучения закономерностей формоизменения тепловыделяющих сборок в ходе кампании и определения допустимости их дальнейшей эксплуатации; применение данной системы запланировано в ходе ППР в 2013 году).
2.2. Компоновка системы
Комплекс СПНИ предусматривает оснащение контролируемого оборудования специализированными стационарными и переносными измерительными средствами в соответствии с разработанной проектно-конструкторской документацией, а также использование данных, получаемых штатной АСУ ТП энергоблока.
Обобщенная структурная схема организации распределенной системы сбора и обработки данных приведена на рисунке 2.2.1.
Применяемые в ходе предэксплуатационных испытаний, а также на начальной стадии эксплуатации, средства СПНИ представляют собой трехуровневую информационно-измерительную систему, осуществляющую:
| Рисунок 2.2.1 - Компоновка измерительных систем СПНИ на энергоблоке №4 «Калининской» АЭС |
− первичное преобразование физических величин в электрический сигнал;
− преобразование электрических сигналов в код и буферизацию данных до передачи их на управляющий персональный компьютер (ПК);
− сбор, обработку, отображение и включение информации в базу данных на рабочем накопителе ПК.
Применение в условиях АЭС распределенной системы сбора данных наилучшим образом решает задачу минимизации количества проходок через герметичную оболочку РУ и вторичных кабельных трасс, а также позволяет свести к минимуму погрешность измерений. В случае необходимости в систему могут быть легко внесены изменения по количеству измерительных каналов, при этом не требуется перекоммутация и изменение в существующей кабельной прокладке.
Основными изменениями в компоновке распределенной системы сбора данных КлнАЭС-4 явились:
− реорганизация расположения автономных измерительных модулей внутри герметичной оболочки (установка модулей в измерительных шкафах промышленного исполнения в центральном зале реакторного отделения; ранее измерительные модули устанавливались в непосредственной близости от первичных измерительных средств), что позволило:
− улучшить условия эксплуатации модулей (только такая компоновка позволила обеспечить температурные условия эксплуатации модулей в условиях продолжительных проблем с работой систем вентиляции и охлаждения помещений РО);
− значительно уменьшить длину сигнальных линий между измерительными модулями, исключив тем самым возможность из повреждения и снижая уровень помех в ходе строительно-монтажных операций;
− использовать наименьшее количество проходок через герметичную проходку;
− уменьшить количество используемых измерительных модулей;
− снизить сроки монтажа и настройки системы;
− ускорить и повысить удобство обслуживания (при необходимости);
− значительно повысить надежность системы.
− использование нескольких независимых резервных каналов питания и передачи данных от «пультовой» СПНИ до измерительного оборудования внутри герметичной оболочки.
Таким образом, оптимизация компоновки распределенной системы сбора данных позволила значительно повысить ее надежность и технико-эксплуатационные характеристики.
Данная организация системы позволила обеспечивать постоянный сбор данных в течение всего периода ввода в эксплуатацию и оперативный анализ результатов измерений при проведении испытаний в различных режимах работы РУ.
2.3. Зоны контроля
Значительных изменений относительно базовой конфигурации СПНИ на КлнАЭС-4 претерпел только проект системы контроля температур, перемещений и напряжений элементов оборудования РУ.
Пусконаладочному и эксплуатационному термотензометрическому контролю подвергаются узлы приварки коллекторов первого контура, уровень и распределение напряжений в которых зависят от многих факторов: действия температур и давлений стороны первого и второго контуров, усилий со стороны ГЦТ, условий изготовления и сборки и т. д.
Изменения коснулись зоны термотензометрирования коллекторов ПГ: в базовом варианте зону контроля составляли «горячий» и «холодный» коллектора парогенераторов, на которых первичные преобразователи термотензометрирования устанавливались непосредственно на патрубках ПГ, в зоне приварки патрубка ПГ к коллектору («сварное соединение № 000») и зоне ГЦТ; на КлнАЭС-4 с целью определения изгибающих моментов в «горячей» нитке ГЦТ средствами термотензометрирования оснащены были только «горячие» коллектора парогенераторов в зоне приварки патрубка ПГ к коллектору и зоне ГЦТ (рисунок 2.3.1) и выходные патрубки реактора (рисунок 2.3.2).
|
|
ВК – первичный преобразователь температуры; UTA – первичный преобразователь термотензометрирования | |
Рисунок 2.3.1 – Схема расположения первичных преобразователей на коллекторах ПГ и линиях периодической продувки «карманов» коллекторов |
|
UTA – первичный преобразователь термотензометрирования |
Рисунок 2.3.2 – Схема расположения первичных преобразователей на патрубках реактора |
Благодаря универсальности и распределенной компоновке систем СПНИ подобные изменения проекта не вызывают трудностей при монтаже и проведении измерений.
2.4. Средства измерений
Основу измерительных каналов контроля температур, деформаций и перемещений элементов контролируемого оборудования РУ составляют преобразователи термоэлектрические типа ТХА, высокотемпературные тензорезисторы типа НМТ-450 и индуктивные преобразователи линейных перемещений ПЛП-120 соответственно. Все преобразователи сертифицированы и занесены в Государственный реестр средств измерений.
В качестве аппаратной части традиционно применяется распределенная система сбора данных на базе автономных измерительных модулей IMP (isolated measurement pod) серии 3595 (военная разработка, исполнение в пылевлагозащитном корпусе) фирмы «Solartron» (Великобритания), а также усилительно-регистрирующей аппаратуры МGCPlus («HBM», Германия). Измерительные модули, как упоминалось выше, имеют возможность установки в герметичном объеме РО рядом с объектами контроля (либо в измерительных шкафах ЦЗ) и объединяются в локальную компьютерную сеть, с помощью которой обеспечивается управление, подача питания и обмен данными с управляющим ПК, установленным в пультовой СПНИ (в «чистой» зоне).
Изменения на энергоблоке №4 «Калининской» АЭС по сравнению с предыдущими проектами СПНИ были внесены как в первичные средства измерений – новые полупроводниковые датчики давления (система контроля пульсаций давления и вибраций элементов оборудования РУ), так и во вторичные средства измерений – новые автономные измерительные модули Sigma 310 и Sigma 314 (система контроля температур, перемещений и напряжений элементов оборудования РУ и система термометрирования водяного объема ПГ) фирмы «Goodburn» (Великобритания).
Таким образом, в части термомеханического контроля новшеством на КлнАЭС-4 явилось применение новых 20-и канальных автономных измерительных модули Sigma 310 (для контроля температур; ранее использовались 20-и канальные модули IMP 3595 1C) и 8-канальных модулей Sigma 314 (для контроля термоупругих напряжений и деформаций; ранее использовались 16-и канальные модули IMP 3595 1B).
Рисунок 2.4.1 – Автономный измерительный модуль Sigma 310 |
Переход к новым измерительным модулям вызван следующими предпосылками:
− прогресс науки и техники, использование новых технологий;
− модули измерения температуры Sigma 310 в отличие от IMP 3595 1C не имеют ресурса вследствие использования принципиально новой схемы АЦП;
− более компактное исполнение;
− возможность использования ноутбука с последними версиями ОС (Windows Vista, Windows 7) в качестве управляющего ПК;
− улучшенные точностные характеристики при неизменных требованиях к внешним системам и окружающей среде;
− улучшенные ценовые характеристики и ускоренные сроки поставки;
− модули разрабатывались и дорабатывались производителем при непосредственном взаимодействии с сотрудниками СПНИ, с учетом всех требований и специфики СПНИ;
Необходимо отметить, что промышленному применению в составе СПНИ на АЭС любых новых измерительных средств обязательно предшествует длительная и тщательная процедура их тестирования, метрологической поверки и сертификации.
В конструкции серии Sigma применены прецизионные интегрирующие АЦП с автоматическим выбором диапазона. АЦП можно запрограммировать на интегрирование входных сигналов, измеряемых в течение одного полного периода сети питания переменного тока с частотой 50 или 60 Гц. Такое решение позволяет подавить практически все помехи от сети питания, которые накладываются на сигналы уровня микровольт. Модули имеют встроенный микропроцессор, обладают функциями внутренней самодиагностики, а также буферизации данных, позволяющей достичь максимальной производительности при непрерывном сборе данных.
Условия эксплуатации измерительных модулей (рабочая температура −40 ÷ +70ºС, относительная влажность воздуха до 95% при температуре 40ºС, вибрация с частотой 0÷400 ГЦ и виброускорением 3g по 3 осям) позволяют размещать их вблизи с объектами контроля в пределах герметичной оборочки РО.
Объединение измерительных модулей и управляющего ПК в локальную компьютерную сеть (при реализации распределенной системы на АЭС ее длина обычно составляет 200 ÷400 м и насчитывает от 8 до 14 модулей (максимальная длина линии может достигать 1,5 км и насчитывать до 100 измерительных модулей). Модуль легко добавить или удалить из системы, при этом не требуется изменения в существующей структуре кабельных линий.
Необходимо также отметить, что в настоящее время ведутся разработки и испытания отечественных автономных измерительных модулей (аналога IMP и Sigma) и усилительно-регистрирующей аппаратуры (аналога MGCplus).
2.5. Программно-технические средства
Для сбора, анализа и обработки данных вибродинамических испытаний и измерений с применением СПНИ используется специализированное ПО фирмы HBM, позволяющее проводить всесторонний и взаимосвязанный спектродинамический онлайн анализ поведения оборудования РУ в ходе испытаний и измерений при вводе энергоблока АЭС в эксплуатацию.
Для сбора, анализа и обработки данных термомеханических и теплогидравлических испытаний и измерений с применением СПНИ используется специализированное программное обеспечение iDAS (Data Acquisition Software), которое легко адаптируется к конкретным требованиям процедур и алгоритмов термомеханического пусконаладочного и/или эксплуатационного контроля. Продукт имеет настраиваемый пользователем программный процессор сбора и обработки измеряемых данных и конфигурируемый объектно-ориентированный процессор, который может использоваться для создания графического интерфейса и интерактивного дисплея. Программный процессор в режиме реального времени обращается к внешним устройствам сбора данных, от которых он импортирует показания в резидентную базу данных реального времени. Здесь он обрабатывает и перенаправляет данные в другие задачи, как, например, мониторы, запись данных, калькуляторы реального времени, мнемонические схемы и дисплеи трендов.
На энергоблоке №4 «Калининской» АЭС для сбора, анализа и обработки данных термомеханических и теплогидравлических испытаний и измерений с применением СПНИ использована новая версия ПО ScadaPro Real-time Information System iDAS (v.3.9.15.0), позволяющая использовать ноутбук с последними версиями ОС Windows (Windows Vista, Windows 7, 32/64 bit) в качестве управляющего ПК, имеющая возможность использования новых ключей безопасности (HASP HL Key), обладающая повышенной стабильностью работы, расширенными возможностями настройки оборудования и усовершенствованными средствами анализа данных
Помимо вышеуказанного ПО для анализа данных используется и другое специализированное программное обеспечение, как Inverse (решение обратных задач теплопроводности и термоупругости для восстановления внутренних граничных условий (температур и деформаций) по результатам измеренного средствами СПНИ их отклика на наружной поверхности, разработано институтом «Машиноведения» РАН совместно с сотрудниками СПНИ), CMS_SHC (обработка данных штатных систем АСУ ТП, их синхронизация с данными измерений СПНИ и совместная обработка, разработано сотрудниками СПНИ, постоянно совершенствуется), ANSYS (проведение расчетов полей температур и термоупругих напряжений), SolidWorks (создание моделей узлов РУ для расчетных кодов), WaterSteam Pro (определение свойств воды и пара) и т. д.
Для передачи данных по штатным параметрам из АСУ ТП энергоблока в СПНИ в структуре АСУ ТП предусматривалась дополнительная временная рабочая станция СПНИ, подключённая к сегменту сети реакторного отделения.
Для последовательного повышения эффективности использования и достижения новых уровней качества пусконаладочных термомеханических измерений целесообразна интеграция систем СПНИ с другими средствами диагностического контроля с целью решения общих задач как на этапах ввода в эксплуатацию, так и при последующей эксплуатации энергоблока.
3 Результаты СПНИ энергоблока №4 Калининской АЭС
3.1. Результаты термометрирования водяного объема ПГ
Применение новой системы термометрирования водяного объема ПГ, разработанной специально для энергоблока №4 «Калининской» АЭС, позволило получить значительный объем информации по распределению температуры котловой воды по высоте и вдоль ПГ и ее перемешиванию с питательной водой в различных стационарных и нестационарных режимах, проводившихся в ходе освоения мощности 0-100% NНОМ. В режимах с перерывами в подаче питательной воды наблюдалось незначительное расслоение температуры котловой воды ПГ по высоте; дальнейшее возобновление питания ПГ приводило к захолаживанию верхнего слоя под поверхностью дырчатого листа с дальнейшим перемешиванием котловой воды; также зафиксировано незначительное расслоение температуры в горизонтальном направлении.
Рисунок 3.1.1 - Изменение параметров зонда ВКТ-6
(коридор трубного пучка с «горячей » стороны ПГ-4)
при отключении одного ТПН из двух работающих на уровне мощности 100% NНОМ
Одним из необычных случаев, зарегистрированных с применением СПНИ в ходе пусконаладочных работ на КлнАЭС-4 явилось следующее: на этапе освоения мощности 100% NНОМ в ходе расхолаживания (22.07.2012-24.07.2012) из «горячего» состояния до температуры 60ºС на патрубках питательной воды ПГ средствами СПНИ наряду с плавным изменением температуры были зафиксированы периодические теплосмены, достигавшие величины ∆Т=100ºС за τ=30 мин. (рисунок 3.1.2) и связанные с забросом котловой воды в ППВ вследствие повышения уровня в ПГ1-4 до значения 3,7÷4,3 м от нижней внутренней образующей ПГ. Во избежание повторения подобных нарушений, снижения термоусталостного состояния патрубков питательной воды парогенераторов, обеспечения их проектных условий эксплуатации совместно с персоналом были сформированы соответствующие рекомендации персоналу АЭС.
Все результаты испытаний и измерений с применением системы термометрирования водяного объема парогенератора КлнАЭС-4 на момент представления данной работы анализируются профильными сотрудниками «ГИДРОПРЕСС» с целью возможной оптимизации конструкции и/или режимов эксплуатации существующих и/или новых ПГ.
Рисунок 3.1.2 - Изменение параметров ПГ-4 при плановом расхолаживании
из «горячего» состояния до температуры 60ºС на уровне мощности 100% NНОМ
Необходимо также отметить, что результаты вышеуказанных испытаний также способствовали существенному увеличению объема контроля (по сравнению с базовым) оборудования ПГ с применением СПНИ на ЛАЭС-2 и НВАЭС-2:
− контроль вибраций и перемещений элементов ПГ;
− термотензометрирование элементов ПГ;
− контроль влажности пара ПГ;
− гидродинамические измерения второго контура ПГ;
− теплохимические измерения в воде второго контура ПГ.
3.2. Результаты контроля температур, перемещений и напряжений элементов оборудования РУ
Контроль температур, перемещений и напряжений элементов оборудования РУ КлнАЭС-4 традиционно выявил значительное количество несоответствий и/или некорректной наладки (либо отсутствия наладки особенно на ранних этапах ПНР) арматуры и КИПиА.
Основными нарушениями, выявленными с применением СПНИ в ходе ГО, были:
− нарушение проектных скоростей разогрева элементов основного оборудования РУ;
− нарушение проектных температур теплоносителя в оборудовании;
− нарушение проектных требований по прогреву подпиточной воды первого контура;
− отсутствие наладки арматуры на линиях впрыска КД и питания ПГ;
− недостоверный штатный контроль.
В результате слаженного совместного взаимодействия сотрудников СПНИ, персонала и «Калининской» АЭС все вышеописанные замечания этапа ГО были устранены, что подтвердил повторный контроль на этапе «Физического пуска реактора».
Основным нарушением, выявленным в ходе освоения проектной мощности было наличие многочисленных (рисунок 3.2.1) теплосмен с DТ≤50°С на патрубке впрыска КД при стационарной работе РУ на мощности 40% NНОМ и 50% NНОМ, что является нарушением проектного критерия.
Рисунок 3.2.1 - Изменение температуры патрубка впрыска КД
в ходе освоения мощности 40-50% NНОМ
Нарушение было вызвано некорректной работой ТПТС и устранено до освоения мощности 75% NНОМ проведением соответствующей настройки и наладки.
Рисунок 3.2.2 - Изменение напряжений узла приварки ГК ПГ-3
в ходе освоения мощности 40-50% NНОМ
В ходе испытаний и исследований с применением СПНИ значения термоупругих напряжений в контролируемых точках не превысили проектных допустимых значений (рисунки 3.2.2 и 3.2.3), однако характер их распределения представляет интерес с точки зрения исследования прочностных вопросов узла приварки коллекторов парогенераторов.
Рисунок 3.2.3 - Изменение напряжений узла приварки ГК ПГ-3
в ходе освоения мощности 40-50% NНОМ
4 Заключение
В данной работе представлены результаты комплексного подхода к модернизации СПНИ и системы контроля термомеханической нагруженности оборудования РУ в частности при вводе в эксплуатацию энергоблока №4 «Калининской» АЭС.
Как видно, построение СПНИ на базе современных программно-технических средств позволяет обеспечить постоянный мониторинг вибродинамического поведения и теплонапряженного состояния контролируемого оборудования РУ в течение всего периода ввода в эксплуатацию и оперативный анализ результатов измерений при проведении испытаний в различных режимах работы РУ.
Оснащение реакторной установки оптимальным количеством датчиков, удобное и надежное размещение средств измерений, использование отечественных средств диагностики, несомненно, увеличивает износостойкость и бесперебойность измерительной системы, позволяя вместе с тем сделать ее гибкой и удобной для работы оператора.
Приведенные результаты подтверждают правильное направление выбранной тенденции планомерного развития СПНИ в непрерывный эксплуатационный контроль ресурса реакторной установки.
Получаемая средствами пусконаладочного контроля информация способствует разработке и внедрению мероприятий по оптимизации условий работы оборудования РУ с ВВЭР-1000, как в период ввода, так и в ходе промышленной эксплуатации энергоблоков АЭС.
При разработке новых проектов РУ с ВВЭР результаты выполненных пусконаладочных испытаний и измерений на введенных в эксплуатацию ВВЭР-1000 используются для снятия излишнего консерватизма при выполнении расчетов температурных полей при обосновании прочности оборудования и трубопроводов РУ, а также для создания нового поколения систем пусконаладочного и эксплуатационного контроля [9].
В обеспечение выполнения специальных пуско-наладочных измерений на вводимых в эксплуатацию согласно стратегии развития атомной энергетики России энергоблоках планируется продолжать и развивать все отмеченные в работе направления, в том числе, уже на 3 и 4 энергоблоках «Ростовской» АЭС, ЛАЭС-2 и НВАЭС-2.
5 Перечень принятых сокращений
АЭС | − | атомная электрическая станция |
АЦП | − | аналого-цифровой преобразователь |
ВВЭР | − | водо-водяной энергетический реактор |
ГЦТ | − | главный циркуляционный трубопровод |
КлнАЭС-4 | − | энергоблок №4 «Калининской» АЭС |
ЛАЭС-2 | − | Ленинградская АЭС-2 |
НВАЭС-2 | − | Нововоронежская АЭС-2 |
НДС | − | напряженно-деформированное состояние |
НИОКР | − | научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы |
НИЯУ МИФИ | − | национальный исследовательский ядерный университет «Московский инженерно-физический институт» |
ОР СУЗ | − | орган регулирования системы управления и защиты |
ОС | − | операционная система |
ПГ | − | парогенератор |
ПК | − | персональный компьютер |
ПНР | − | предпусковые наладочные работы |
ПО | − | программное обеспечение |
ППР | − | планово-предупредительный ремонт |
ПТК | − | программно-технический комплекс |
РО | − | реакторное отделение |
РУ | − | реакторная установка |
СПНИ | − | специальные пусконаладочные измерения |
ТВС | − | тепловыделяющая сборка |
ТПТС | − | типовое программно-техническое средство |
ЦЗ | − | центральный зал |
6 Список используемой литературы
1. Дьяков расчеты по электрооборудованию. М.: Высшая школа.1990. стр. 157.
2. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок ПНАЭ Г. М.: Энергоатомиздат, 1989
3. , Обратные задачи экспериментальной механики./Экспериментальные исследования напряжений в конструкциях. М.: Наука.1992, стр.14-26.
4. , , Расчетно-экспериментальное исследование нестационарной термонапряженности элементов машин и конструкций.// Проблемы машиностроения и надежности машин.1990.№3. М.: Наука.1992, стр.127-133.
5. , , Методы и средства натурной тензометрии. Справочник. М.: Машиностроение. 1989, 240с.
6. , Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с англ. - М.:Мир, 19с.
7. , Яхонтова методы обработки результатов измерений. Л., Изд-во Ленингр. ун-та, 1977, 72 с.
8. , , Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1974.
9. , , Хайретдинов эффективности натурных испытаний при вводе в эксплуатацию энергоблоков АЭС. Электрические станции, 2007 №9, с. 10–14.).
