Диссертация (Расчетно-экспериментальный анализ влияния термосиловых воздействий на повреждение узла приварки коллектора теплоносителя к корпусу парогенератора ПГВ-1000М), страница 5

Таким образом, термо-деформационное старение металла в зоне СС №111 неможет рассматриваться в качестве доминирующего фактора, который мог бы являтьсянепосредственной причиной повреждения зоны СС №111.Результаты проектных расчетов на прочность ПГВ-1000М свидетельствуют о полномсоответствии конструкции требованиям норм расчета на прочность ПНАЭ Г-7-002-86 [20],однако на этапе эксплуатации ПГ ВВЭР-1000 атомная отрасль СССР столкнулась с ранеенеизвестной проблемой растрескивания перемычек между отверстиями для вальцовки ТОТ в«холодных» коллекторах ПГ. За период с 1986 г. по 1995 г.

были обнаружены трещины вперемычках «холодных» коллекторов 25 ПГ на 9 блоках ВВЭР-1000, 23 ПГ были заменены нановые, 2 ПГ отремонтированы по специально разработанной технологии. С цельюпредотвращения растрескивания коллекторов ПГ действующих АЭС были разработаны ивнедрены эффективные компенсирующие мероприятия по повышению эксплуатационнойнадежности и обеспечению проектного ресурса ПГ ВВЭР-1000, при изготовлении новых ПГ26был внесен ряд изменений в конструкцию ПГ, технологию вальцовки ТОТ, а также условияэксплуатации ПГ.

Реализованные в отраслевом масштабе компенсирующие меры позволилиуспешно решить проблему растрескивания «холодных» коллекторов ПГ [3].По результатам проведенных научно-исследовательских работ по расследованию причинрастрескивания «холодных» коллекторов ПГ в 1987÷1991 г. были выявлены неблагоприятныесвойства стали 10ГН2МФА, которые не были обнаружены ранее при проведении типовыхаттестационных испытаний данного материала [22]:•при испытаниях стали 10ГН2МФА в воде высоких параметров с медленнымрастягивающим нагружением со скоростью деформации 10-6÷10-8 с-1 в диапазонетемператур 230÷270 0С наблюдается существенное снижение (в 8-10 раз) величиныотносительного сужения металла (рис.

1.10);•сталь 10ГН2МФА склонна к коррозионному растрескиванию в условиях медленногонагружения в коррозионной среде в диапазоне температур от 230÷290 0С и скоростяхдеформации 10-6÷10-7 с-1 (рис. 1.11, 1.12);•при температуре 280÷3000С и суммарных напряжениях, близких к пределутекучести, сталь 10ГН2МФА обладает свойством низкотемпературной ползучести(рис. 1.13).1 – [Na+] = 0,5 мг/кг, [Cl-] = 0,5 мг/кг, [O2] = 3 мг/кг;2 – бидистиллат, [O2] = 3 мг/кг; 3 – бидистиллат, [O2] = 1,5 мг/кгРис. 1.10 – Относительное сужение стали 10ГН2МФА в зависимости от температуры среды прииспытаниях в воде высоких параметров с медленной скоростью деформации27ξ = 1,5·10-7 с-1: ▲ (МП), ∆ (ЭШП);ξ = 6,8·10-7 с-1: ■ (МП), □ (ЭШП);ξ = 3,3·10-6 с-1: ● (МП), ○ (ЭШП)Рис.

1.11 – Относительное сужение стали 10ГН2МФА в зависимости от pH среды во времяиспытаний на коррозионное растрескивание в воде ([Cl-] = 0,5 мг/кг, [O2] = 3 мг/кг, Т = 270 oC)при постоянной скорости деформации ξ = constpH = 7,8÷8,0: ▲ (МП), ∆ (ЭШП); pH = 2,7÷2,9: ● (МП), ○ (ЭШП)Рис. 1.12 – Относительное сужение стали 10ГН2МФА в зависимости от скорости деформацииво время испытаний на коррозионное растрескивание в воде ([O2] ≤ 0,005 мг/кг, Т=270 oC)28Рис.

1.13 – Скорость ползучести стали 10ГН2МФА в зависимости от отношения приложенногонапряжения к пределу текучести (σ/σу) при Т = 280÷300 oC)Указанные выше специфические особенности поведения стали 10ГН2МФА привышеприведенных условиях нагружения (рис. 1.10÷1.13) не зависят от марки стали даннойгруппы и являются характерными как для отечественных, так и для зарубежныхнелегированных и низколегированных сталей.Следует отметить, что сталь 10ГН2МФА, изготовленная методом мартеновской плавки,загрязненная такими примесями, как сера S и фосфор P, проявляет склонность к локальнымкоррозионным повреждениям, следовательно, к инициированию роста трещин в местах снеметаллическими включениями, в особенности сульфидом марганца MnS.Обобщение и анализ результатов экспериментальных исследований стали 10ГН2МФА,выполненных в ходе установления причин повреждения «холодных» коллекторов ПГ,показывает, что данная сталь проявляет склонность к такому виду коррозии, как коррозионноерастрескивание при замедленном деформировании в экспериментально определенномдиапазонерабочихтемператур,привоздействиикоррозионно-активнойсредыирастягивающих напряжений, приводящих к пластической деформации металла в определенномдиапазоне скоростей деформирования.

Данный механизм повреждения стали 10ГН2МФАполучил название замедленного деформационного коррозионного растрескивания (ЗДКР).291.3.2. Оценка влияния свойств рабочей средыОсобенностиВХРвторогоконтураВВЭР-1000определяютсяодновременнымиспользованием во втором контуре оборудования из углеродистых сталей (ст.20, 16ГС,10ГН2МФА и др.), аустенитной хромоникелевой стали (08Х18Н10Т) и медьсодержащихсплавов (МНЖ-5-1), обладающих различной коррозионной стойкостью в рабочих средах.Нормирование показателей качества питательной и продувочной воды ПГ выполняется сцелью обеспечения минимального количества отложений на ТОТ ПГ и предотвращениякоррозионного повреждения конструкционных материалов ПГ. По мере накопления опытаэксплуатацииисовершенствованияВХРоборудованиявторогоконтуранормыпоследовательно изменялись в сторону их ужесточения [9].Гидразинно-аммиачныйВХРвторогоконтураосуществляетсяпосредствомкоррекционной обработки рабочей среды аммиаком и/или гидразин-гидратом для достижениянормируемого значения pH, снижения эрозионно-коррозионного износа оборудованияконденсато-питательного тракта и уменьшения поступления в ПГ соединений железа и меди спитательной водой.

Одним из основных недостатков стандартного гидразинно-аммиачногоВХР является невозможность повышения pH с помощью аммиака до оптимальных значений9,6÷9,8, при которых происходит значимое уменьшение процесса коррозии углеродистыхсталей. Это связано с тем, что увеличение концентрации аммиака при его дозировании вовторой контур создает условия для интенсивной коррозии медьсодержащего сплава МНЖ-5-1,из которого, как правило, изготавливаются теплообменные трубки конденсаторов турбин ирегенеративных подогревателей. Следствием этого является высокий вынос окислов меди в ПГ,что негативно сказывается на целостности конструкционных материалов ПГ.В 1981 г. были разработаны и введены нормы ВХР ПГ ВВЭР-1000 с дозированием впитательную воду одного гидразин-гидрата. В нормах были предусмотрены требования ккачеству воды при гидроиспытаниях и в период пусконаладочных работ. Несовершенстводействовавших норм ВХР было связано с отсутствием нормирования значения pH продувочнойводы ПГ, что в случае присоса охлаждающей воды в конденсаторе турбины не давалодостаточной информации о поступлении в ПГ коррозионно-активных примесей (хлоридов,сульфатов, нитратов и др.).

Также отсутствовало нормирование натрия в продувочной воде ПГ,что затрудняло оценку эффективности работы блочной конденсатоочистки и появленииприсосов охлаждающей воды в конденсаторе [9]. Все это снижало эксплуатационнуюнадежность ПГ и приводило к коррозионным повреждениям конструкционных материалов ПГ,в особенности – теплообменных труб.30С 1991 г. в нормах ВХР второго контура ПГ ВВЭР-1000 было повышено значение pHпитательной и продувочной воды, снижено допустимое содержание в продувочной водехлоридов и натрия. Также впервые в практику были введены три уровня действия персонала,ограничивающие время работы блока при отклонении следующих показателей качествапродувочной воды ПГ: значения pH, концентрации хлоридов и натрия, удельной электрическойпроводимости H-катионированной пробы. Повышение значения pH питательной воды до9,0±0,2 позволило снизить содержание железа в питательной воде с 25 до 10÷15 мкг/кг.Дальнейшее совершенствование ВХР привело к введению в 2000-х годах новых нормВХР второго контура ВВЭР-1000, в которых впервые были разделены показатели качестваводы на нормируемые и диагностические, а также были пересмотрены уровни отклонений отнорм показателей качества продувочной воды и введены уровни отклонения от нормпоказателей качества питательной воды [23].В настоящее время ведется отработка и внедрение новых ВХР второго контураВВЭР-1000 – морфолинового и этаноламинового с целью дальнейшего существенногоснижения поступления продуктов коррозии конструкционных материалов второго контура икоррозионно-агрессивных примесей в ПГ [24, 25].В начале 90-х годов на энергоблоках ВВЭР-1000 была проведена модернизация системыпродувки и водопитания ПГ с целью снижения концентрации коррозионно-активных примесейв воде ПГ в зоне «горячего» и «холодного» коллекторов, а также улучшения ВХР за счетперераспределения питательной воды по длине ПГ, вызывающего переток воды в сторону«холодного» днища ПГ, где был организован «солевой» отсек.Непрерывная продувка ПГ осуществляется из «солевого» отсека с расходом не менее7,5 т/ч с каждого ПГ, а также из «объединенной линии продувки» с расходом не более 0,5÷2 т/чс каждого ПГ.

Объединенной называется линия (коллектор), в которую выводится продувка издвух патрубков Ду80 продувки нижней образующей корпуса ПГ и четырех патрубков Ду 20продувки «карманов» «горячего» и «холодного» коллекторов ПГ.Периодическая продувка ПГ осуществляется по «объединенной линии продувки» изнижней образующей корпуса ПГ и «карманов» коллекторов ПГ как совместно, так и раздельно.Периодическая продувка каждого ПГ производится не реже 1 раза в сутки с расходом 20÷25 т/чпродолжительностью 2 часа: 1,5 часа продувка осуществляется совместно из нижнейобразующей корпуса ПГ и «карманов» коллекторов ПГ, 30 минут продувка осуществляетсятолько из «карманов» коллекторов ПГ.Модернизированная схема продувки ПГВ-1000М представлена на рис.

1.14 [3].31Рис. 1.14 – Модернизированная схема продувки ПГВ-1000М32Одними из основных факторов, оказывающих влияние на склонность СС №111 кобразованию и интенсивному росту эксплуатационных трещин, могут рассматриватьсяследующие конструктивные и эксплуатационные особенности ПГ:− в кольцевом зазоре («кармане»), расположенном в самой нижней части ПГ подднищем, в процессе эксплуатации происходит интенсивное накопление продуктовкоррозиисувеличениемконцентрациикоррозионно-активныхэлементов,образующиеся очаги язвенной коррозии являются концентраторами, из которыхразвиваются трещины (рис. 1.15);− периодическая продувка «кармана» «горячего» и «холодного» коллектора ПГ из двухдиаметрально противоположных точек не обеспечивает эффективное удалениешлама по всему периметру «кармана» и он может быть частично или полностьюзаполнен слоем отложений с трубчатки ПГ (рис.