Обоснование конструкционной прочности - основа решения проблемы обеспечения продления срока службы оборудования РУ ВВЭР
По мере исчерпания проектного срока службы оборудования РУ и технологических систем АЭС энергоблоки должны выводиться из эксплуатации. Для замещения мощностей выводимых из эксплуатации энергоблоков требуется строительство новых энергоблоков и проведения дорогостоящих и длительных работ по снятию с эксплуатации старых.
Поэтому проблема продления срока службы АЭС становится важной для всех стран, связанных с атомной энергетикой. В связи с этим актуальна реалистическая оценка состояния оборудования, обоснование его безопасной эксплуатации, исследование возможности и разработка способов продления ресурса АЭС.
Достоверность обоснования ресурса оборудования АЭС в значительной мере зависит от полноты знаний о его напряженном состоянии при эксплуатации, знаний закономерностей изменения свойств конструкционных материалов под воздействием нейтронного облучения, при взаимодействии с теплоносителем первого контура и водной средой второго контура, характера температуры нагружения, прежде всего циклических нагрузок. В работе [17] представлены результаты экспериментальных исследований в обоснование проектных критериев надежности и ресурса оборудования АЭС с использованием оптически чувствительных моделей и натурных узлов оборудования реакторных установок, испытаний крупногабаритных образцов с искусственными дефектами, исследований изменения свойств материалов в условиях эксплуатации, разработки мероприятий по обеспечению заданного срока службы и способы продления ресурса оборудования АЭС.
Для разработки и внедрения комплекса технических мероприятий для обеспечения назначенного срока службы и продления срока службы оборудования АЭС с реакторами ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 решались следующие научные задачи:
- исследование напряженно-деформированного состояния корпуса реактора, парогенератора и трубопроводов,
- выявление механизмов деградации свойств конструкционных материалов в процессе изготовления и эксплуатации и разработка методов восстановления свойств и снижения уровня повреждений;
- исследование совместного влияния на свойства материалов напряжений в конструкциях и окружающей среды (нейтронного облучения, температуры, взаимодействия с теплоносителем и коррозионной средой второго контура), разработка требований к составу и свойствам применяемых конструкционных сталей и водно-химическому режиму.
В ОКБ «Гидропресс» был создан комплекс измерительных систем и методик на базе голографической интерферометрии, тензометрии и фотоупругости для определения остаточных напряжений и деформаций в элементах энергетического оборудования в процессе изготовления, монтажа и эксплуатации, а также моделирования дефектов и определения параметров их развития.
При испытаниях моделей оборудования и отдельных элементов реакторов, парогенераторов и трубопроводов выявлялись наиболее нагруженные узлы и определялась реальное напряженное состояние с учетом конструкционных неоднородностей и технологии изготовления, устанавливались закономерности формирования остаточных напряжений в процессе изготовления и монтажа оборудования.
Испытания при циклическом нагружении и разрушении крупногабаритных моделей сосудов и образцов с имитаторами трещин выявили условия усталостного роста трещин и последующего разрушения, подтвердившие приемлемость критериев механики разрушения для анализа прочности сосудов давления.
Накоплен большой объем результатов испытаний материалов, применяемых для изготовления оборудования АЭС, при статическом и циклическом нагружении, в том числе в теплоносителе, воде второго контура, после нейтронного облучения, позволивших установить эмпирические зависимости свойств, использованные для расчетов на прочность.
Выявлены возможности значительного увеличения срока службы оборудования АЭС путем уточнения условий перемешивания теплоносителя в опускных каналах реактора, оптимизации технологии изготовления и монтажа, ограничений примесей и легирующих элементов в составе сталей, восстановления свойств металла, охрупченного под воздействием нейтронного облучения.
Внедрение мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации корпусов реакторов ВВЭР-440 и внедрение отжига корпусов реакторов ВВЭР-440 (типа В-230) позволили не только обеспечить эксплуатацию в течение назначенного срока службы, но и создать основу для дальнейшей эксплуатации сверх проектного срока службы.
Разработанные и внедренные мероприятия по парогенераторам позволили обеспечить их безопасную эксплуатацию в течение назначенного срока службы, для вновь изготавливаемых парогенераторов обоснована возможность эксплуатации сверх назначенного срока службы.
Комплекс работ по трубопроводам позволил обосновать применимость концепции «течь перед разрушением», что дает возможность компенсировать некоторый «дефицит» безопасности для энергоблоков 1-го поколения.
Решение о продлении срока службы оборудования реакторных установок принимается на основе выполнения комплекса поверочных расчетов прочности, обосновывающих остаточный ресурс. Обоснование включает анализ истории эксплуатации оборудования РУ в том числе:
- уточнение перечня эксплуатационных режимов;
- определение фактического количества циклов эксплуатационных режимов;
- прогноз количества циклов эксплуатационных режимов на продлеваемый срок службы;
- анализ отступлений от проекта при изготовлении и монтаже оборудования;
- анализ результатов эксплуатационного контроля;
- анализ результатов ремонтных работ.
Обоснование также включает анализ изменения свойств материалов под воздействием эксплуатационных условий и прогноз изменения свойств материалов на продленный срок службы.
Выполненный комплекс исследований позволяет разработать и обосновать проекты усовершенствованных реакторных установок со сроком службы 50 лет.
