Григорьев В.А., Пиминов В.А., Юременко С.П., Сероштан С.И.,...

Развитие подхода к оценке Развитие подхода к оценке допускаемых периодов и допускаемых периодов и

объемов контроля объемов контроля металла металла оборудования оборудования

и трубопроводов РУ ВВЭРи трубопроводов РУ ВВЭР

Григорьев В.А., Пиминов В.А.,Юременко С.П., Сероштан С.И.,Уланов В.В., Сиряпин В.Н.,Шубин А.А., Шеин В.П.

5-я международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»,

29 мая - 1 июня 2007, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», г. Подольск, Россия

2

СодержаниеСодержание

IV Обоснование возможности изменения параметров гидроиспытаний

V Обоснование требований к периодичности контроля металла

I Актуальность решения задачи о возможности увеличения межремонтного периода

III Обоснование требований к контролю металла

II Основные положения обоснования допускаемых периодов и объемов контроля

3

Актуальность увеличения Актуальность увеличения межремонтного периодамежремонтного периода

Снижение дозовых нагрузок на персонал

Увеличение выработки электроэнергии в межремонтный период, т.е. увеличение КИУМ

Сокращение суммарного времени на проведение контроля металла

Сокращение общего времени проведения ППР

4

Причина проведения обоснования увеличения межремонтного периода

В соответствии с ПНАЭГ –7 –008 –89 (2000)

ППР и капитальный ремонт РУ – 1 раз в 4 года

В соответствии с ТЗ на РУ АЭС-2006:

- капитальный ремонт РУ – 1 раз в 8 лет длительностью не более 40 суток;

- КИУМ не ниже 92 %

5

Основание для разработки методологии

Опыт выполнения анализа вероятности разрушения и анализа надежности элементов и систем РУ АЭС с ВВЭР-1000 Применение методологии риска для оптимизации контроля металла (TECDOC – 1400)Методические рекомендации по оценке достоверности средств и методик неразрушающего контроля

(РД ЭО 0488-03)Safety series № 75-INSAG-3/ Basic safety principles for Nuclear Power PlantsEuropean Utility Requirement for LWR Nuclear Power Plants

6

Основные положения обоснования Основные положения обоснования допускаемых периодов и объемов допускаемых периодов и объемов

контроляконтроля

Анализ исходной информации

Выбор критерия надежности

Определение вероятности разрушения

Оценка показателей надежности

Разработка рекомендаций к достоверности контроля

Разработка рекомендаций к периодичности контроля

7

Анализ ВХР

Анализ механических свойств

Анализ характеристик разрушения

Анализ режимов эксплуатации и соответствующего им напряженного состояния

Анализ исходной информации

Основные источники для анализа

Проектная документация

Паспорта на оборудования и трубопроводы

Результаты контроля металла

Расчетное обоснование (прочности, надежности, ВАБ)

Анализ результатов контроля металла

8

Выбор критерия надежностиНадежная работа элементов оборудования должна обеспечивать :

безопасную работу РУ и АЭС в целом (критерии ВАБ) (1 принцип) перевод оборудования в безопасное

состояние при возникновении отказа (принцип безопасного отказа)

(2 принцип) необходимое значение коэффициента

готовности оборудования (3 принцип) оптимальные затраты на ремонт

оборудования (4 принцип)

9

Принцип надежности Допускаемая интенсивность 1 прин-

цип 2 прин-

цип 3 прин-

цип 4 прин-

цип

Критерий надежности

Отказа [T]1 [T]2 [T]3 [T]4 [T] = min

[T]1, [T]2, [T]3

[T]4

Предельного состояния

[КР]1 - - - [КР] = [КР]1

Выбор критерия надежностиВыбор критерия надежности

10

Оценка вероятности разрушения

k0 0iP( k ) exp( ) / k !

Плотность распределения р(a, to) глубин дефектов:

(1)

(2)

Вероятность нахождения k дефектов в элементе оборудования:

Математическое ожидание количества прогнозируемых дефектов

(3)

11

- прогнозируемое отнормированное распределение глубин трещин после ремонта - распределение трещин с учетом ремонта дефектов- ненормированное распределение дефектов с учетом вероятности их пропуска

- распределение глубин обнаруженных трещин до ремонта- зависимость вероятности обнаружения от глубины трещины

ao aрем

P(a),Pd(a)

a

Pd(a)=1

- прогнозируемое отнормированное распределение глубин трещин после ремонта - распределение трещин с учетом ремонта дефектов- ненормированное распределение дефектов с учетом вероятности их пропуска

- распределение глубин обнаруженных трещин до ремонта- зависимость вероятности обнаружения от глубины трещины

ao aрем

P(a),Pd(a)

a

Pd(a)=1

Корректировка распределения глубин дефектов

после ремонта по результатам контроля металла

12

Критерий коррозионного разрушения:

Критерии разрушения элементов РУ

Критерий вязкого разрушения: f1 (σ) > f2 (Rpо2 )

Критерий хрупкого разрушения: K1 > K1С,

Критерий упруго-пластического разрушения: 1 > 1С

(4)

(5)

(6)

(7)- коррозионное растрескивание K1 > K1scc,

Co* Ao C,)r1/()K(CdN/dam5.0

- усталостно-коррозионное подрастание трещин:

(8)

13

чув

s

i, j i i , ja

P1 ( t ) p ( a,t )F ( a,t )da

Вероятность разрушения при наличии дефектов:

(9)

(10)k

i, ji , j kP ( t ) 1 1 P1 ( t )

Условная вероятность разрушения при наличии 1 дефекта:

Условная вероятность разрушения при наличии К дефектов:

(11)

Оценка вероятности разрушения элементаОценка вероятности разрушения элемента

M

k 1i , j ii , j / kP ( t ) P ( t ) P ( k )

14

Оценка риска при наличии дефектов

(18)

(19)

1

PC

jj

N

PCPCj

P P P

( ) ( ) ( ) conR P P

Pcon() – вероятность последствия при

возникновении инициирующего события:

- разрушения корпуса реактора;

- тяжелого повреждения активной зоны (ВАБ-1);

- предельного аварийного выброса (ВАБ-2).

15

Три периода времени эксплуатации:I - период приработкиII - период нормальной работыIII - период старения

Определение показателей Определение показателей надежностинадежности

dP(t)/dtλ(t)=

1- P(t)(20

)

16

Обоснование требований к Обоснование требований к достоверности контроля металладостоверности контроля металла

Оценка допускаемых размеров дефектов

Анализ влияния вероятности обнаружения

Анализ влияния чувствительности

Оценка влияния точности определения размера

17

Оценка допускаемых размеров дефектов

0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 00

1 20

0 .9 5 1 .0 0 1 .0 5 1 .1 0 1 .1 5 1 .2 0

- ПГВ-1000 - ПГВ-440

Рис. 1 Допустимые дефекты при ГИ

а, мм

l, мм

18

Анализ влияния чувствительности контроля металла

р(а)

а, %

0

2

4

6

8

10

12

14

0 20 40 60 80 100

- Чувствительность 10% от s

- Чувствительность 20% от s

- Чувствительность 30% от s

Рис. 3 Прогнозируемое распределение глубин дефектов

19

Рекомендации к чувствительности систем ВТК

Для прямых участков – 20% от толщины стенки трубы

Для участков труб: под дистанционирующими

решетками, для гибов –

30% от толщины стенки трубы

20

Анализ влияния вероятности обнаружения дефектов

0.0

0 .2

0 .4

0 .6

0 .8

1 .0

0 20 40 60 80 100

Вариант 1Вариант 2Вариант 3

Рис. 2 Вероятности обнаружения дефектов

Pd(а)

а, %

21

Вероятности разрушения ТОТ ПГ при различной выявляемости

Вероятность обнаружени

яРТ РКР

Вариант 1 3,9510-4 7,4010-7

Вариант 2 7,4910-4 1,5210-6

Вариант 3 1,1710-3 2,4110-6

22

Рекомендации к вероятности обнаружения

Выявляемость дефектов, обеспечивающая необходимый уровень надежности ТОТ ПГВ

Глубина дефекта, % от s Вероятность обнаружения

0 - 20 0,05 – 0,2

40 0,6

50 0,8

60 0,81

75 0,86

100 0,95

23

Влияние точности определения размера дефекта

1. Оценка погрешности определения размеров (глубин) по результатам ВТК металла

2. Оценка влияния погрешности размеров дефектов на надежность ТОТ ПГВ за счет:- увеличения стандартного отклонения

глубин дефектов- уменьшением максимальной допустимой

глубины дефекта

0.95 ch1,96 w

24

Оценка погрешности определения размера дефекта

-14.0 -10.6 -7.2 -3.8 -0.4 3.0 6.4 9.8 13.2 16.6 20.0

Изменение глубины дефекта, % от s

Рис. 4 Гистограмма распределения изменений глубины дефекта для ПГ-2 энергоблока №1 Калининской АЭС

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24К

оли

чест

во д

еф

ект

ов

25

Оценка погрешности определения размера дефекта

АЭСКоличеств

о ППРРазмер

выборки

Параметры распределения

0,95,%q, % w, %

НВАЭС, 3ПГ-4 3 89 -1,28 7,78 15,2

КЛНАЭС, 1ПГ-2

2 58 1,60 5,84 11,4

БЛКАЭС, 3ПГ-4 2 188 1,85 5,30 10,4

Среднее 12,3

КОЛАЭС, 2ПГ-5

2 25 -2,04 11,52 22,6

Среднее 14,9

26

Рекомендации к точности определения размеров дефектов

Погрешность определения глубины дефекта –

(10 – 12)% от толщины стенки трубы

обеспечивает необходимый уровень надежности

• Погрешность определения длины дефекта –

10 %

обеспечивает необходимый уровень надежности

27

Обоснование возможности изменения параметров ГИ

Оборудование Элементы оборудования

Корпус с патрубками

Главный разъем

Крышка реактора Реактор

Чехлы АРК

Коллектор теплоносителя первого контура

Узел уплотнения коллектора первого контура

Парогенератор

Теплообменные трубы

ГЦТ Трубопровод Ду500

Компенсатор давления Система КД

Трубопроводы системы КД

28

Выбор определяющих элементов РУ для анализа возможности изменения

параметров ГИ

Свойство РУ Критерии Определяющие

элементы по критерию

Определяющие элементы для

ГИ

Корпус реактора

ГЦТ Ду500 Прочность Целостность из

условий прочности Теплообменные трубы ПГ

ГЦТ Ду500 Надежность

10-6 на реактор в год для течей более Ду200 Соединительный

трубопровод Ду200

10-7 на реактор в год по разрушению

корпуса реактора Корпус реактора

Безопасность 10-7 на реактор в год

по выбросу активности в атмосферу

Теплообменные трубы

Корпус реактора

ГЦТ Ду500

Теплообменные трубы ПГ

29

Результаты анализа вероятности Результаты анализа вероятности разрушения корпуса реактораразрушения корпуса реактора

Элемент корпуса

Вероятность разрушенияp=19,11М

Паp=17,20 МПа

Т=4года Т=4года

Т=6 лет

Т=8 лет

Сварной шов №4

3,110-8 3,110-8 4,610-

8

9,710-

8

Зона максималь-ного флюенса

2,110-8 2,110-8 4,110-

8

6,910-

8

Остальные элементы

1,010-8, не более

Корпус в целом

6,210-8 6,210-8 9,710-

8

1,810-

7

30

Результаты Результаты анализа вероятности анализа вероятности разрушения ГЦТразрушения ГЦТ

Событие(Течи)

Вероятность разрушения

p=19,11МПа

p=17,20 МПа

Т=4года Т=4года

Т=6 лет

Т=8 лет

Ду<13 3,010-4 3,010-4 3,310-

4

1,710-

3

13<Ду<32 2,710-5 2,710-5 3,210-

5

2,310-

3

32<Ду<100 6,110-6 6,110-6 3,210-

5

5,210-

4

Ду>200 1,310-7 1,310-7 1,310-

7

1,810-

7

31

Результаты анализа вероятности Результаты анализа вероятности разрушения теплообменных труб разрушения теплообменных труб

парогенераторовпарогенераторов

Количество ТОТ ПГ

в расчете

p=19,11МПа

p=17,20 МПа

Т=4года Т=4года

Т=6 лет

Т=8 лет

Вероятность течи

Одна труба 2,410-6 4,610-6 6,810-

6

9,010-

6

Все трубы 1,310-2 2,510-2 3,710-

2

5,010-

2

Вероятность крупномасштабного разрушения

Одна труба 3,010-9 3,010-9 4,510-

9

5,910-

9

Все трубы 1,610-5 1,710-5 2,510-

5

3,310-

5

32

Рекомендации по изменению параметров гидроиспытаний первого

контура

Давление гидроиспытаний первого контура 19,11 МПа может быть уменьшено до величины 17,2 МПа

Если скорость развития дефектов в теплообменных трубах будет выше 8% от толщины стенки в год, то гидроиспытания такого парогенератора необходимо проводить давлением 19,11 МПа

Интервалы между гидроиспытаниями первого контура могут быть увеличены до 1 раза в 6 лет

При уменьшении давления гидроиспытаний первого контура до 17,2 МПа температура гидроиспытаний может быть уменьшена на 33С (для энергоблока №3 АЭС «Козлодуй»)

33

Обоснование требований к Обоснование требований к периодичности ВТК периодичности ВТК металла ТОТ металла ТОТ

ПГВПГВ

Построение зависимости количества дефектов от длительности периода между ВТК

Оценка допускаемого количества дефектов для соответствующего критерия глушения

Оценка величины вероятности разрушения ТОТ ПГВ при наличии одного дефекта для соответствующего критерия их глушения

Разработка рекомендаций к объемам и периодам между ВТК

Оценка допускаемых объемов контроля и периодов между ВТК

34

Построение зависимости изменения Построение зависимости изменения количества дефектов от количества дефектов от

длительности периода между ВТКдлительности периода между ВТКЗависимость количества дефектов от периода между ВТК

(23)

срk( t t ) k( t ) k ( t ) t

k( t t )

k( t )

срk ( t )

t

- прогнозируемое количество дефектов за период t

- количество дефектов в момент t по опыту эксплуатации

- прогнозируемый прирост количества дефектов в год

- интервал времени между ВТК

35

Оценка средних вероятностей Оценка средних вероятностей разрушения теплообменных труб разрушения теплообменных труб

при наличии хотя бы одного при наличии хотя бы одного дефектадефекта

Критерий

глушения

Вероятность течи одной

трубы за год

Вероятность крупномасштабного

разрушения на ПГ в год

60% 2,1·10-2 1,6·10-2

70% 3,3·10-2 2,6·10-2

36

Допускаемое количество дефектов в Допускаемое количество дефектов в ТОТТОТ

Критерий

глушения

Средняя допускаемая

плотность дефектов в одной

ТОТ

Допускаемое количество дефектов

ПГВ-440 ПГВ-1000

60% 0,083 460 916

70% 0,054 300 594

37

Оценка допускаемых объемов Оценка допускаемых объемов контроля и периодов между ВТКконтроля и периодов между ВТК

(24)

срk( t ) [ k ] k ( t ) t

Условия построения допускаемых зависимостей:

1) для каждого ПГВ – 100% ВТК;

2) 100% ВТК пропорционально за t с пересекающимися зонами;

3) [k] – известно на основе критерия надежности;

4) t – задается (1 год, 2 года, 4 года, 8 лет, 12 лет и т.д.);

5) допускаемые зависимости к(t)=f(кср) – прямые линии:

38

Диаграмма «количество дефектов – прирост дефектов в год» для ПГВ-1000 и

критерия 60%

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0Ï ð è ð î ñò ê î ë è ÷åñòâ à ä åô åê òî â â ã î ä

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1 0 0 0

Êîë

è÷åñ

òâî

äåô

åêòî

â

- ï åð è î ä ì åæ ä ó Â ÒÊ 1 ãî ä- ï åð è î ä ì åæ ä ó Â ÒÊ 4 ãî ä à- ï åð è î ä ì åæ ä ó Â ÒÊ 8 ë å ò- ï åð è î ä ì åæ ä ó Â ÒÊ 1 2 ë å ò

39

Диаграмма «количество дефектов – прирост дефектов в год» для ПГВ-1000 и

критерия 70%

0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0Ï ð è ð î ñò ê î ë è ÷åñòâ à ä åô åê òî â â ã î ä

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

6 0 0

Êîë

è÷åñ

òâî

äåô

åêòî

â

- ï å ð è î ä ì åæ ä ó Â ÒÊ 1 ãî ä

- ï å ð è î ä ì åæ ä ó Â ÒÊ 4 ãî ä à

- ï å ð è î ä ì åæ ä ó Â ÒÊ 8 ë å ò

- ï å ð è î ä ì åæ ä ó Â ÒÊ 1 2 ë å ò

40

Выводы

Современная методология обоснования межремонтного периода и оптимизации контроля металла основана на взаимосвязи детерминированного и вероятностного подходов.

Увеличение межремонтного периода возможно только для периода нормальной работы (по кривой интенсивности отказа). Необходимо разработать рекомендации к эксплуатации оборудования для обеспечения таких условий его работы.

41

ВыводыВыводыНа основе разработанного подхода допускаемые периоды и объемы эксплуатационного контроля металла оцениваются на основе- качества металла;- характеристик достоверности средств контроля и качества металла оборудования;- обеспечения критерия надежности.

Критерий надежности сводится к проверке:- непревышения недопустимого риска нарушения критериев безопасности;- выполнения специальных требований к эксплуатации.