ВНЕДРЕНИЕ НА РОСТОВСКОЙ АЭС И БАЛАКОВСКОЙ АЭС УСТРОЙСТВ ДЛЯ

ВНЕДРЕНИЕ НА РОСТОВСКОЙ АЭС И БАЛАКОВСКОЙ АЭС УСТРОЙСТВ ДЛЯ
СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ЗОНЕ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ №111 УЗЛА ПРИВАРКИ
«ГОРЯЧЕГО» КОЛЛЕКТОРА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ К ПАТРУБКУ ДУ1200 ПГВ-1000М
МЕТОДОМ ОБДУВА ВОЗДУХОМ
Ю.Ф. Кутдюсов, И.О. Будько, А.В. Уланов, М.В. Русакова, Р.П. Ануркин, А.В. Кузьмин
ООО НИЦЭ «Центрэнерго», Москва, Россия
В.В. Сотсков, С.А. Харченко, Р.Ю. Жуков
ОАО ОКБ «Гидропресс», Подольск, Россия
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время на АЭС с ВВЭР-1000 зафиксировано наличие повреждений в зоне
сварного соединения №111 узла приварки «горячего» коллектора теплоносителя к патрубку
Ду 1200 ПГВ-1000М. Повреждения коллекторов обусловлены образованием трещин
различной протяженности, вызванным совокупным воздействием напряжений на уровне
предела текучести и коррозионно-активной среды на металл коллектора, проявляющего
склонность к замедленному деформационному коррозионному растрескиванию в
температурном интервале 260-280оС.
Для снижения растягивающих напряжений на галтели «кармана» коллектора и в зоне
сварного соединения № 111 был предложен метод охлаждения подаваемым воздухом
наружных слоев металла в указанной зоне на (50-120) ОС.
В 2011г. разработано расчетное обоснование внедрения устройства для снижения
напряжений в узле приварки коллектора теплоносителя ПГВ-1000М. Расчетный анализ
показал, что для ПГ с охлаждением воздухом узла соединения «горячего» коллектора
теплоносителя с патрубком корпуса, статическая и циклическая прочность данного узла
отвечает требованиям норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных
энергетических установок ПНАЭ Г-7-002-86 и имеет существенно меньшую (до 54%)
величину накопленной циклической повреждаемости на галтели «кармана» коллектора по
сравнению с конструкцией ПГ без обдува воздухом. В соответствии с расчетным
обоснованием при охлаждении наружной поверхности рассматриваемой зоны на (50-120) ОС
происходит существенное снижение (до 37%) растягивающих напряжений на галтели
«кармана» коллектора, что позволяет повысить надежность эксплуатации узла соединения
коллектора теплоносителя с патрубком корпуса ПГ.
В соответствии с отраслевой «Программой мероприятий по обеспечению целостности и
обоснованию надежности узла приварки коллектора к корпусу парогенератора ПГВ-1000
АЭС с ВВЭР-1000» на Ростовской и Балаковской АЭС были разработаны технические
решения об оснащении ПГ оборудованием для снятия напряжений, НИЦЭ «Центрэнерго»
было разработано и согласовано в установленном порядке техническое задание на
проектирование системы подвода воздуха к охлаждаемой зоне ПГ, проектно-сметная
документация, изготовлено и поставлено на АЭС необходимое оборудование. В
соответствии с указанными документами на парогенераторах 1YB10W01 Ростовской АЭС и
1YB20W01 Балаковской АЭС в ППР-2012 произведен монтаж и выполнены ПНР устройства
для снижения напряжений в узле приварки коллектора теплоносителя к корпусу ПГ (УСНК)
методом обдува воздухом.
ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В УЗЛЕ ПРИВАРКИ
КОЛЛЕКТОРА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ К КОРПУСУ ПГ (УСНК) МЕТОДОМ ОБДУВА
ВОЗДУХОМ
УСНК служит для снижения растягивающих напряжений на галтели «кармана»
«горячего» коллектора и в зоне сварного соединения № 111 методом охлаждения наружных
слоев металла воздухом на парогенераторах 1YB10W01 Ростовской АЭС и 1YB20W01
Балаковской АЭС. Для этого смонтированная система обеспечивает подачу воздуха кожуха,
установленного на узел соединения «горячего» коллектора теплоносителя с патрубком
Ду 1200 и отвод нагретого воздуха в бокс ПГ.
Принципиальная схема системы подвода воздуха представлена на рисунке 1.
Âî çäóõî âî äû (4êë.)
Èç áî êñà Ï Ã
 áî êñ Ï Ã
Âåí òèëÿòî ðû (4êë.)
Êî æóõ (4êë.)
Рис. 1 – Принципиальная схема системы подвода воздуха.
Необходимое избыточное давление в воздушном тракте реализовано за счет установки
двух вентиляторов радиально-осевого типа (основного и резервного) с частотным
регулированием оборотов. Данные вентиляторы не имеют аналогов в России, были
изготовлены по специальному заказу с использованием электродвигателей зарубежного
производства с целью выполнения заложенных в проекте нестандартных аэродинамических
параметров (высокого избыточного давления 2324 Па±4% на напоре при малом расходе
6200 м3/ч±10%). Ввиду ограниченного количества свободного места в гермообъеме
вентиляторы в боксе парогенераторов размещены вертикально с последовательным их
подключением в линию подвода воздуха к кожуху. При отказе основного вентилятора,
подача воздуха для охлаждения узла приварки коллектора теплоносителя к корпусу
парогенератора обеспечивается от резервного вентилятора. В процессе ПНР зафиксировано,
что при различных вариантах работы системы аэродинамические характеристики двух
вентиляторов практически одинаковы. Подвод и отвод воздуха осуществляется из и в объем
бокса ПГ.
В обстройке РО на Ростовской и Балаковской АЭС установлены шкафы управления
электродвигателями вентиляторов вместе с частотным преобразователем, предназначенным
для регулировки частоты оборотов и автоматического поддержания расхода в зависимости
от температуры подаваемого воздуха.
В процессе выполнения работы на кожухи
(рис. 2) коллектора ПГ была разработана
проектно-конструкторская
документация,
в
соответствии с которой были изготовлены 2
изделия - для ПГ Ростовской и Балаковской АЭС.
Специалистами НИЦЭ «Центрэнерго» и ОАО
ОКБ «Гидропресс» была произведена примерка
изделия на заводе-изготовителе. Кожухи имеют
разборную конструкцию, что облегчает их
транспортировку в гермообъеме РО и позволяет
быстро осуществить демонтаж и монтаж в
процессе ППР. Материал кожуха, входящего и
отводящего патрубков – коррозионно-стойкая
сталь марки 08Х18Н10Т. Для обеспечения
Рис. 2 – Эскиз кожуха.
надежного и разъемного соединения кожуха с
воздуховодом на входном и выходном патрубках
установлен фланец посредством приварки без изменения конфигурации кожуха.
Сброс отводимого воздуха от кожуха производится в бокс ПГ. Визуальное обследование
смонтированной системы после монтажа показало, что отводимый от кожуха поток воздуха
не попадает на импульсные линии уровнемеров, на датчики системы контроля концентрации
водорода (СККВ) и элементы РУ.
С целью недопустимости повреждений воздуховодов на подводящем и отводящем
воздуховодах установлены устройства – гибкие вставки, компенсирующие тепловые
перемещения ПГ при разогреве – расхолаживании РУ. Изготовленные гибкие вставки
предусматривают работу в условиях гермообъема на действующих АЭС.
Помимо технологической части в УСНК предусмотрена и смонтирована система
экспериментального контроля с выводом показаний на фрагмент ИВС/УВС и
архивированием данных.
Измерение температуры металла наружной поверхности зоны сварного соединения
№111 осуществляется в пяти точках, в том числе в зоне напротив входа и выхода
охлаждающего воздуха в кожух и из кожуха. В качестве измерителей применены
термопреобразователи сопротивления (ТС) типа СП-02. Каждый ТС был установлен в
поверхностную термоконтактную гильзу. Крепление всех пяти гильз на поверхности металла
коллектора осуществлялось с помощью хомутов. С целью снижения влияния холодного
воздуха на показания ТС, на гильзу с ТС была последовательно установлены чехол из фольги
и прокладка из асбестовой ткани.
Для измерения температуры охлаждающего воздуха на входе и выходе из кожуха на
примыкающем участке воздуховода смонтированы врезки и установлены ТС.
С целью автоматического поддержания расхода подаваемого воздуха посредством
частотного регулирования оборотов двигателей в системе на подводящем воздуховоде
установлен погружной датчик температуры, предназначенный для измерения температуры
подаваемого воздуха и передачи сигнала в шкаф управления вентиляторами.
В системе предусмотрено измерение перепада давления воздуха на кожухе, для чего на
примыкающем и отводящем участках воздуховода к кожуху были врезаны импульсные
трубки.
РЕЗУЛЬТАТЫ ПУСКОНАЛАДОЧНЫХ РАБОТ
После завершения монтажных работ на энергоблоке №1 Ростовской АЭС сотрудниками
НИЦЭ «Центрэнерго» проведены индивидуальные испытания УСНК в состоянии
энергоблока «Останов для ремонта» в соответствии с разработанной рабочей программой.
Согласно результатам пуско-наладочных испытаний фактические характеристики
оборудования данной системы соответствуют проектным требованиям и требованиям
программы пусконаладочных испытаний, что свидетельствует о верности заложенных в
проект технических решений.
После завершения разогрева реакторной установки энергоблока и стабилизации
значений температур системы подвода воздуха и корпуса ПГ были проведены комплексные
испытания вышеуказанной системы с целью определения диапазона частотного
регулирования оборотами электродвигателей вентиляторов для снижения температуры
металла наружной поверхности зоны сварного соединения №111 в необходимом диапазоне
значений (50120)C. Контроль изменения указанной температуры производился по
показаниям термопреобразователей сопротивления, установленным на металле коллектора.
В процессе испытаний было зафиксировано нехарактерное снижение показаний
термопреобразователей сопротивления, находящихся на металле коллектора напротив
входного патрубка кожуха. По нашему мнению, данное снижение температуры металла
связано с турбулизацией потока воздуха в зоне напротив входа охлаждающего воздуха в
кожух, с конструктивной особенностью крепления термопреобразователей к металлу,
приводящих к захолаживанию ТС и искажению показаний. Учитывая вышесказанное, а
также необходимость демонтажа системы температурного контроля в ППР-2014 было
принято решение использовать в ходе дальнейших комплексных испытаний критерий
завершения ПНР по температуре подводящего и отводящего воздуха.
В результате комплексных испытаний УСНК парогенератора №1 энергоблока №1
Ростовской АЭС (рис.3,4):
- выполнен контроль за изменением температуры воздуха на входе в кожух, температуры
воздуха на выходе из кожуха, температур металла наружной поверхности зоны сварного
соединения №111, температуры металла нижней части ПГ 1YB10W01, температуры в
помещении центрального зала ГА-701 при работе вентиляторов на частотах (10, 20, 30, 35,
40, 45, 50) Гц;
- выполнена проверка работоспособности системы подвода воздуха при работе
основного вентилятора на значении частоты регулирования оборотами электродвигателей
20 Гц в течение 24 часов;
- подтверждена возможность поддержания разницы значений температур между
входящим в кожух и выходящим из него потоками воздуха не менее 18оС.
- для каждого вентилятора определен диапазон частотного регулирования оборотов
электродвигателя;
определено
оптимальное
значение
частоты
регулирования
оборотами
электродвигателей и выполнена проверка работы системы в автоматическом режиме.
Рис.3 Комплексные испытания УСНК. Парогенератор №1. Энергоблок №1. Ростовская АЭС.
Изменения показаний 1TL20T01B1(т-ра на входе в кожух); 1TL20T02B1(т-ра на выходе из
кожуха); 1TL20T03B1, 1TL20T04B1, 1TL20T05B1, 1TL20T06B1, 1TL20T07B1 (т-ра металла
коллектора ПГ); 1YB10Т04 (т-ра корпуса ПГ, низ), 1TQ00Т05 (т-ра в ЗКД);
1TL20P01B1(перепад давления на кожухе). Gm – макс. расход воздуха.
В соответствии с требованиями рабочей программы выполнена проверка
работоспособности системы подвода воздуха при работе вентилятора в автоматическом
режиме работы на значении частоты регулирования оборотами электродвигателей 20 Гц в
течение 24 часов (рис. 4).
В результате выполнения мониторинга за работой системы были сделаны следующие
выводы:
- система работоспособна;
- замечаний, нарушений и отклонений от проектных параметров не зафиксировано;
- подтверждена возможность работы системы в автоматическом режиме;
- подтверждена возможность автоматического поддержания разницы значений
температур между входящим в кожух и выходящим из него потоками воздуха не менее 18 оС;
- разница значений температур между входящим и выходящим из кожуха потоками
воздуха составила 38,4оС при работе системы в автоматическом режиме, что удовлетворяет
требованиям приемочного критерия рабочей программы;
- температура в помещении центрального зала при работе системы не изменилась.
Рис.4 Комплексные испытания УСНК. Парогенератор №1. Энергоблок №1. Ростовская АЭС.
Изменения показаний термодатчиков 1TL20T01B1, 1TL20T02B1, 1TL20T03B1, 1TL20T04B1,
1TL20T05B1, 1TL20T06B1, 1TL20T07B1, 1YB10Т04, 1TQ00Т05, датчика перепада давления
1TL20P01B1 в процессе работы вентилятора 1TL20D01 на частоте 20 Гц в течение 24 часов.
На 25.03.2013г. на Балаковской АЭС ведутся завершающие работы по испытаниям
УСНК. Результаты ПНР подтвердили работоспособность системы в соответствии с
проектными требованиями.
В соответствии с полученными в ходе мониторинга данными и их анализом на
Ростовской и Балаковской АЭС выполняются работы по переводу системы в опытнопромышленную эксплуатацию (ОПЭ). В процессе ее проведения должно быть установлено
соответствие технических характеристик УСНК техническому заданию и возможность
применения УСНК на АЭС с РУ ВВЭР по назначению в полном объеме.
Подтверждение работоспособности УСНК в проектных режимах работы энергоблока
будет осуществляться посредством мониторинга технологических параметров, количества,
величины и динамики развития дефектов (индикаций) в металле узла приварки коллектора
теплоносителя к патрубку Ду1200 с дальнейшим принятием отраслевого решения о
внедрении УСНК в промышленную эксплуатацию на АЭС с ВВЭР-1000.
ВЫВОДЫ
1. Система подвода воздуха к устройству снижения напряжений в металле сварного
соединения №111 приварки «горячего»коллектора первого контура к ПГ спроектирована и
смонтирована в точном соответствии с проектными требованиями.
2. Система подвода воздуха к устройству снижения напряжений работоспособна во всех
режимах эксплуатации и поддерживает необходимую разницу значений температур между
входящим и выходящим из кожуха воздухом, что обеспечивает необходимое снижение
температуры металла наружной поверхности зоны сварного соединения №111.
3. Замечаний, нарушений, отклонений в работе системы на всем протяжении
пусконаладочных испытаний не зафиксировано.
4. Полученные при проведении комплексных испытаний и мониторинга системы данные
свидетельствуют об отсутствии влияния работы УСНК на температуру в ЗКД.
5. По результатам проведения опытно-промышленной эксплуатации будет разработано и
принято отраслевое решение о внедрении УСНК в промышленную эксплуатацию на АЭС с
ВВЭР-1000.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. «Внедрение устройства для снижения напряжений в узле приварки «горячего»
коллектора теплоносителя ПГВ-1000М». Расчетное обоснование №РО.0.YB.ЦЭ.12.11. – М.,
НИЦЭ «Центрэнерго», 2011г.
2. Техническое задание на проектирование внешней системы подвода воздуха для
охлаждения сварного соединения №111 узла приварки «горячего» коллектора теплоносителя
к патрубку Ду1200 парогенератора №2 энергоблока №1 Балаковской АЭС и парогенератора
№1 энергоблока №1 Ростовской АЭС. №ТЗ.YB.ЦЭ.01.12. – М., НИЦЭ «Центрэнерго», 2012г.
3. Акт «О проведении испытаний по программе № РП.YB.ЦЭ.08.12» №24-31/201 от
24.10.2012г. – Волгодонск, Ростовская АЭС, 2012г.
4. Акт «О проведении комплексных испытаний по программе № РП.1.YB.ОИТПЭ/372»
№ ОИТПЭ-2-02/52 от 21.02.2013г. – Балаково, Балаковская АЭС, 2013г.
5. Программа опытно - промышленной эксплуатации устройства для снижения
напряжения в узле приварки коллектора теплоносителя ПГВ-1000М на энергоблоках №1
Ростовской АЭС (1YB10W01) и Балаковской АЭС (1YB20W01). №ПР.ОПЭ.YB.ЦЭ.02.13. –
М., НИЦЭ «Центрэнерго», 2013г.