PREVERJANJE PREPUØóANJA IZOLACIJSKIH VENTILOV ... · Associates Inc., izvajalca del na gradbiÙôu sta bili domaôi podjetji Gradis in Hidroelektra, montaÛo pa sta izvajala HidromontaÛa

I

PREVERJANJE PREPUŠČANJA IZOLACIJSKIH VENTILOV

ZADRŽEVALNEGA HRAMA

magistrsko delo

Študent: Tomaž Knez

Študijski program: Magistrski študijski program 2. stopnje Energetika

Mentor: red. prof. dr. Jurij Avsec

Lektor(ica): Alenka Cizel, prof.

Krško, september 2016

II

III

ZAHVALA

Mentorju red. prof. dr. Juriju Avsecu in sodelavcu Francu Umeku se zahvaljujem za

strokovno pomoč. Nalogo posvečam svojima sinovoma, Juretu in Mihi.

IV

PREVERJANJE PREPUŠČANJA IZOLACIJSKIH VENTILOV

ZADRŽEVALNEGA HRAMA

Ključne besede: jedrska elektrarna, zadrževalni hram, ventil, puščanje

UDK: 621.311.25:621.646.49:62-531.8(043.2)

Povzetek

Zadrževalni hram v nuklearnah elektrarnah je zadnja pregrada pred morebitnim izpustom

radioaktivnih snovi v okolje, zato je potrebno preverjati njeno tesnjenje. Zaključno delo

vsebuje opis elektrarne in vrste ventilov. V razčlenitvi meritev puščanj, ki se izvajajo po

zahtevah iz ameriške zakonodaje, so opisi in zahteve vseh vrst in načinov puščanja s

primerom iz prakse.

V

REACTOR CONTAINMENT ISOLATION VALVES LEAK RATE

TEST

Key words: nuclear power plant, primary containment, valve, leak

UDK: 621.311.25:621.646.49:62-531.8(043.2)

Abstract

Primary containment in nuclear power stations is the last barrier against any release of

radioactive substances into the environment, so it is necessary to check its sealing. This

master thesis contains a description of the nuclear power plant and all types of valves. The

analysis of leakage measurements, carried out according to the requirements of the US

legislation, involves descriptions and requirements of all types and methods of leakage

based on practical examples.

VI

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ............................................................................................................................................... 1

2 NUKLEARNA ELEKTRARNA KRŠKO........................................................................................ 2

2.1 DELOVANJE ELEKTRARNE........................................................................................................... 3

2.2 ZADRŽEVALNI HRAM .................................................................................................................... 8

2.1.1 Opis betonskega ščita .............................................................................................................. 10

2.1.2 Opis jeklenega zadrževalnega hrama ...................................................................................... 11

2.1.3 Odprtine v zadrževalnem hramu .............................................................................................. 12

3 VENTILI ........................................................................................................................................ 13

3.1 VRSTE DALJINSKO UPRAVLJANIH VENTILOV ...................................................................... 17

3.1.1 Ročna manipulacija z ventili ................................................................................................... 17

3.1.2 Elektromotorni pogon ventilov ................................................................................................ 18

3.1.3 Pnevmatski pogon ventilov ...................................................................................................... 19

3.1.4 Hidravlični pogon ventilov ...................................................................................................... 20

3.1.5 Elektromagnetni pogon ventilov .............................................................................................. 20

3.2 VRSTE ZAPORNIH ELEMENTOV VENTILOV ........................................................................... 21

3.2.1 Krogelni ventil ......................................................................................................................... 21

3.2.2 Kroglični ventil ........................................................................................................................ 22

3.2.3 Zasun ....................................................................................................................................... 22

3.2.4 Loputa ...................................................................................................................................... 23

3.2.5 Čepasti ventil ........................................................................................................................... 24

3.2.6 Iglasti ventil ............................................................................................................................. 25

3.2.7 Membranski ventil ................................................................................................................... 25

3.2.8 Protipovratni ventil.................................................................................................................. 26

4 MERITEV PUŠČANJA ................................................................................................................. 28

4.1 TESTI TIPA A .................................................................................................................................. 30

4.2 TESTI TIPA B ................................................................................................................................... 31

4.3 TESTI TIPA C ................................................................................................................................... 34

4.4 PRAKTIČNI PRIMERI POŠKODB VENTILOV ............................................................................ 53

4.5 REZULTATI PUŠČANJ ................................................................................................................... 60

5 SKLEP ............................................................................................................................................ 62

VIRI IN LITERATURA.......................................................................................................................... 63

VII

PRILOGE ................................................................................................................................................ 65

PRILOGA A: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA

DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV ............................................................... 65

PRILOGA B: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA .......................................................... 66

VIII

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Shema delovanja NEK [4]..................................................................................... 4

Slika 2.2: Reaktorska posoda [4] ........................................................................................... 5

Slika 2.3: Letna proizvodnja električne energije iz NEK [6] ................................................ 8

Slika 2.4: Notranjost zadrževalnega hrama [4] ..................................................................... 9

Slika 2.5: Shema zadrževalnega hrama [4] ......................................................................... 10

Slika 3.1: Sestavni deli ventila [11] ..................................................................................... 14

Slika 3.2: Dvigajoče se vreteno (rising stem) [7] ................................................................ 15

Slika 3.3: Nedvigajoče se vreteno (non rising stem) [7] ..................................................... 16

Slika 3.4: Fiksna pritrditev ročice ali kolesa [8] .................................................................. 17

Slika 3.5: Ročna manipulacija preko reduktorja [9] ............................................................ 17

Slika 3.6: Shema elektromotornega pogona [8] .................................................................. 18

Slika 3.7: Ventil z elektromotornim pogonom [4] .............................................................. 18

Slika 3.8: Direktno delujoči in reverzibilni aktuator [12] ................................................... 19

Slika 3.9: Primer ventila s pnevmatskim aktuatorjem [13], [4]........................................... 19

Slika 3.10: Hidravlični aktuator [14], [4] ............................................................................ 20

Slika 3.11: Elektromagnetni pogon [15], [4] ....................................................................... 21

Slika 3.12: Krogelni ventil [10] ........................................................................................... 21

Slika 3.13: Prikaz delovanja krogličnega ventila [4] ........................................................... 22

Slika 3.14: Kroglični ventil [16] .......................................................................................... 22

Slika 3.15: Shematski prikaz zasuna [7] .............................................................................. 23

Slika 3.16: Loputa [4] .......................................................................................................... 24

Slika 3.17: Čepasti ventil [4] ............................................................................................... 24

Slika 3.18: Shematski prikaz iglastega ventila [17] ............................................................ 25

Slika 3.19: Shematski prikaz ventila z gumijasto diafragmo [18] ....................................... 26

Slika 3.20: Prikaz delovanja protipovratnega ventila [19] .................................................. 27

Slika 4.1: Penetracija za izhod v sili [4] .............................................................................. 29

Slika 4.2: Penetracija za osebni prehod [4] ......................................................................... 29

Slika 4.3: Penetracija za vnos/iznos opreme [4] .................................................................. 30

IX

Slika 4.4: Električna penetracija z enojnim modulom [4] ................................................... 32

Slika 4.5: Električna penetracija s tremi moduli [4] ............................................................ 32

Slika 4.6: Električna penetracija skozi betonski del zadrževalnega hrama [4] ................... 33

Slika 4.7: Delni načrt električne penetracije [4] .................................................................. 33

Slika 4.8: Shema mehanske penetracije .............................................................................. 34

Slika 4.9: Enostavni primer testiranja ventilov [4] .............................................................. 46

Slika 4.10: Shema delovanja instrumenta za meritev puščanja ........................................... 48

Slika 4.11: Sprednja stran instrumenta Volumetrics, model 14342 .................................... 50

Slika 4.12: Sprednja stran instrumenta Volumetrics, model 14380 .................................... 50

Slika 4.13: Merilni set za vodno merjenje puščanja ventilov [4] ........................................ 52

Slika 4.14: Testna cev za priključitev kontinuiranega vodnega vira [4] ............................. 52

Slika 4.15: Neravna tesnilna površina [4] ........................................................................... 53

Slika 4.16: Rja v cevovodu [4] ............................................................................................ 54

Slika 4.17: Prašni delci v ventilu [4] ................................................................................... 54

Slika 4.18: Obloge na ventilu [4] ........................................................................................ 55

Slika 4.19: Kristaliziran bor ob tesnilu vretena [4] ............................................................. 55

Slika 4.20: Sledi prepuščanja na sedežu ventila [4] ............................................................ 56

Slika 4.21: Sledi prepuščanja na disku ventila [4]............................................................... 57

Slika 4.22: Risi na disku ventila [4] .................................................................................... 58

Slika 4.23: Plavi odtis po sanaciji [4] .................................................................................. 58

Slika 4.24: Poškodba teflonskega sedeža [4] ...................................................................... 59

Slika 4.25: Ventil po sanaciji [4] ......................................................................................... 59

X

KAZALO TABEL

Tabela 2.1: Tehnični podatki NEK [2] .................................................................................. 5

Tabela 2.2: Proizvodnja električne energije v prvi polovici leta 2016 [6] ............................ 8

Tabela 4.1: Vpliv vzdrževalnih del na test puščanja [4]...................................................... 36

Tabela 4.2: Število ventilov in njihovi premeri ................................................................... 42

Tabela 4.3: Izračun efektivnega premera izolacijskih ventilov ........................................... 43

Tabela 4.4: Porazdelitev dovoljenih puščanj ....................................................................... 44

Tabela 4.5: Položaj ventilov za test ventila 8046 ................................................................ 47

Tabela 4.6: Položaj ventilov za test ventila 8047 ................................................................ 48

Tabela 4.7: Merilna območja instrumentov ......................................................................... 51

Tabela 4.8: Rezultati meritev tipa A .................................................................................... 60

Tabela 4.9: Rezultati meritev tipa B in tipa C ..................................................................... 60

XI

UPORABLJENI SIMBOLI

La – dovoljeno puščanje (allowable leak)

Pa – izračunan najvišji tlak v zadrževalnem hramu v primeru jedrske nesreče

Pd – dizajniran tlak zadrževalnega hrama

XII

UPORABLJENE KRATICE

NEK – Nuklearna elektrarna Krško

NRC – uprava za jedrsko varnost – neodvisna agencija vlade ZDA (US Nuclear

Regulatory Commission)

NEI – inštitut za jedrsko energijo (Nuclear Energy Institute)

URSJV – Uprava Republike Slovenije za jedrsko varnost

FSAR – končno varnostno poročilo (Final Safety Analysis Report)

USAR – posodobljeno varnostno poročilo (Updated Final Safety Analysis Report)

PWR – lahkovodni tlačni reaktor (Pressurized Water Reactor)

ASME – American Society of Mechanical Engineers

LOCA – izlivna nezgoda (Loss of coolant accident)

ANSI – Ameriški državni inšitut za standarde (American National Standards

Institute)

ANS – ameriško združenje jedrskih strokovnjakov (American Nuclear Society)

CIVD – efektivni premer izolacijskih ventilov (Containment Isolation Valves

Diameter)

MOV – motorno upravljan ventil (motor operated valve)

AOV – ventil, upravljan z zrakom (air operated valve)

SOV – elektromagnetno upravljan ventil (solenoid operated valve)

Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko

1

1 UVOD

V zadrževalnem hramu jedrskih elektrarn se nahajajo primarni sistemi, ki se povezujejo s

sekundarnimi. Vsi ti sistemi morajo fizično prehajati iz zadrževalnega hrama v sekundarne

zgradbe, kar pomeni, da je potrebno biti nanje še posebno pozoren, saj je potrebno v

primeru proženja varnostnih funkcij te prehode izolirati.

V skladu z ameriško zakonodajo je potrebno preverjati puščanje zadrževalnega hrama in

vseh prehodov. Te zahteve izhajajo iz 10CFR50 app. J, kjer je:

10 – oznaka za energijo in velja za vse osebje in organizacije, ki imajo licenco od

NRC za uporabo nuklearnih materialov in za obratovanje jedrskih objektov

CFR – (code of federal regulation) zvezni zakonik Združenih držav Amerike

50 – licenciranje proizvodnje in izkoriščenosti objektov

app. J – dodatek, ki predpisuje testiranje puščanja zadrževalnega hrama vodno

hlajenih reaktorjev

V zaključnem delu bodo prikazane zahteve in načini izpolnjevanja teh zahtev v Nuklearni

elektrarni Krško.

NRC je ameriška uprava za jedrsko varnost, ki upravlja komercialne nuklearne elektrarne

in ostalo uporabo nuklearnega materiala (npr. v medicini) skozi izdajanje licenc,

inšpekcijske preglede in uveljavljanje svojih zahtev. V Sloveniji je za to odgovorna Uprava

Republike Slovenije za jedrsko varnost (URSJV), ki je pristojna za opravljanje

specializiranih strokovnih in razvojnih upravnih nalog ter inšpekcijskega nadzora.

Uporaba merskih enot, ki ne spadajo med dovoljene merske enote, je v jedrski elektrarni

Krško dovoljena do izteka dobe trajanja njene eksploatacije po odredbi ministrstva za

šolstvo, znanost in šport [1]. Ker so viri in literatura iz ZDA ali iz jedrske elektrarne Krško,

so uporabljane iste merske enote, kot jih uporabljamo pri svojem delu.


2

2 NUKLEARNA ELEKTRARNA KRŠKO

Investitorja prve jedrske elektrarne v takratni Jugoslaviji sta bila Savske elektrarne

Ljubljana in Elektroprivreda Zagreb, ki sta z investicijsko skupino izvedla pripravljalna

dela, razpis in izbrala najugodnejšega ponudnika. Avgusta 1974 sta investitorja sklenila

pogodbo o dobavi opreme in graditvi jedrske elektrarne, moči 632 MW, z ameriškim

podjetjem Westinghouse Electric Corporation, projektant je bilo podjetje Gilbert

Associates Inc., izvajalca del na gradbišču sta bili domači podjetji Gradis in Hidroelektra,

montažo pa sta izvajala Hidromontaža in Đuro Đaković. Prvega decembra 1974 je bil

položen temeljni kamen za Nuklearno elektrarno Krško. [2]

Elektrarna je bila zgrajena v skladu z zvezno in republiško zakonodajo ob upoštevanju

ameriških predpisov in standardov za gradnjo jedrskih objektov in priporočil Mednarodne

agencije za jedrsko energijo. [3] Vsi deli jedrske elektrarne so obravnavani v končnem

varnostnem poročilu (FSAR), ki zajema naslednjih 17 poglavij [4]:

Splošni opis elektrarne

Značilnosti lokacije

Projektiranje zgradb, delov opreme in sistemov

Reaktor

Sistem reaktorskega hladila

Tehnične varnostne meje

Instrumentacija in regulacija

Električni sistemi

Pomožni sistemi

Sekundarni sistemi

Predelava radioaktivnih odpadkov

Radiološka zaščita

Organizacija poslovanja

Začetni preizkusi in prvi zagon


3

Analiza nezgod

Tehnične specifikacije

Zagotovitev kvalitete

Končno varnostno poročilo je bilo pogoj za pridobitev obratovalnega dovoljenja. Končno

varnostno poročilo se mora periodično in z modifikacijami tudi obnavljati ter se imenuje

USAR.

2.1 DELOVANJE ELEKTRARNE

Elektrarna je zasnovana na tehnologiji lahkovodnega tlačnega reaktorja (PWR), toplotne

moči 2000 MW. S posodabljanjem elektrarne se je izboljševal tudi njen izkoristek. Leta

2000 sta bila zamenjana uparjalnika in s tem se je moč na generatorju povečala s 664 na

707 MW, v letih 2006 in 2007 so bili zamenjani nizkotlačni turbini in toplotni

izmenjevalniki v sekundarnem krogu, s tem se je moč na generatorju povečala na 727 MW.

V prihodnosti je še predvidena zamenjava visokotlačne turbine, ki naj bi doprinesla še

približno 10 MW, kar bi znašalo 737 MW. V reaktorju, kjer je 121 gorivnih elementov z

obogatenim uranom, poteka nadzorovana jedrska verižna reakcija, pri kateri se ob cepitvi

uranovih jeder sprošča toplota. Moč reaktorja in s tem izgorevanje goriva se uravnavata s

spuščanjem in dvigovanjem kontrolnih palic in s koncentracijo borove kisline v primarni

vodi. Ta voda odvaja toploto, ki se sprošča pri verižni reakciji [5].

Delovanje elektrarne je prikazano na sliki 2.1. V primarnem sistemu sta primarni črpalki,

ki zagotavljata kroženje vode po primarnem krogu, in tlačnik z grelci in prhami za

vzdrževanje konstantnega tlaka. Preko sten cevi v uparjalnikih se toplota prenaša do

sekundarnega kroga, potem pa se ohlajena voda vrača v reaktor.

Sekundarni krog je na bistveno nižjem tlaku, zato se segreta voda v uparjalnikih upari. Na

lopaticah dveh nizkotlačnih in visokotlačne turbine se energija pare pretvarja v mehansko

energijo (vrtenje generatorja, ki je na isti gredi kot turbine). Preko generatorja pa dobimo


4

električno energijo [5]. Po oddanem delu para sekundarnega dela kondenzira v

kondenzatorju, kjer se ohladi preko tercialnega kroga.

Slika 2.1: Shema delovanja NEK [4]

Na sliki (2.2) so prikazani glavni deli reaktorske posode, in sicer: pogonski mehanizmi

regulacijskih svežnjev, glava reaktorske posode, zgornja oporna plošča, plašč sredice,

zgornja plošča sredice, gorivni elementi, spodnja nosilna plošča sredice, oporno dno,

toplotna ovojnica, vodila regulacijskih svežnjev, dvižni drogovi regulacijskih svežnjev,

vstopni in izstopni šobi ter vodila za instrumentacijo [4].


5

Slika 2.2: Reaktorska posoda [4]

V tabeli 2.1 so zbrani tehnični podatki NEK: elektrarna na splošno, gorivo, reaktorsko

hladilo, regulacijske palice, uparjalnik, turboagregat in transformatorji. [2]

Tabela 2.1: Tehnični podatki NEK [2]

Elektrarna

Tip reaktorja: Lahkovodni tlačni reaktor

Toplotna moč reaktorja: 1994 MW

Električna moč na sponkah generatorja: 727 MW

Moč na pragu elektrarne: 696 MW

Toplotni izkoristek: 36 %

Gorivo

Število gorivnih elementov: 121

Število gorivnih palic v gorivnem elementu: 235

Razporeditev gorivnih palic: 16 x 16

Dolžina gorivnih palic: 3,658 m

Debelina srajčke: 0,572 mm

»se nadaljuje«


6

»nadaljevanje«

Gorivo

Gradivo srajčke: Zircaloy-4

Kemična sestava goriva: UO2

Premer tablete goriva: 8,192 mm

Dolžina tablete goriva: 9,8 mm

Skupna količina urana: 48,7 t

Reaktorsko hladilo

Snov: H2O

Dodatki: H3BO3

Število hladilnih zank: 2

Skupni masni pretok: 9021 kg/s

Tlak: 15,41 MPa (157 ata)

Celotna prostornina: 197 m3

Temperatura na vstopu v reaktor: 287 °C

Temperatura pri izstopu iz reaktorja: 324 °C

Število črpalk: 2

Zmogljivost črpalke: 6,3 m3/s

Moč motorja črpalke: 5,22 MW

Regulacijske palice

Število regulacijskih svežnjev: 33

Število absorpcijskih palic v svežnju: 20

Celotna teža regulacijskega svežnja: 52,2 kg

Nevtronski absorber: Ag-In-Cd

Odstotna sestava: 80-15-5 %

Uparjalnik

Material: INCONEL 690 TT

Število uparjalnikov: 2

Tlak pare pri izstopu: 6,5 MPa (63,5 ata)

Temperatura pare pri izstopu: 280,1 °C

Temperatura napajalne vode pri vstopu: 219,4 °C

Masni pretok pare iz obeh uparjalnikov: 1088 kg/s

Višina uparjalnika: 20,6 m

Teža uparjalnika: 345 t

Število U-cevi v uparjalniku: 5428

Celotna površina prenosa toplote: 7177 m2

»se nadaljuje«


7

»nadaljevanje«

Uparjalnik

Zunanji premer U-cevi: 19,05 mm

Debelina U-cevi: 1,09 mm

Turboagregat

Maksimalna moč: 730 MW

Pretok pare: 1090 kg/s

Vstopni tlak sveže pare: 6,4 MPa (63 ata)

Temperatura sveže pare: 280,7 °C

Vrtilna hitrost turbine: 157 rad/s (1500 vrt./min)

Vlažnost pare ob vstopu: 0,10 %

Kondenzacijski tlak (vakuum): 5,1 kPa (0,052 ata)

Povprečna temperatura kondenzata: 33 °C

Število glavnih napajalnih črpalk: 3

Zmogljivost napajalne črpalke: 50 %

Nazivna moč generatorja: 850 MVA

Nazivna napetost: 21 kV

Nazivna frekvenca generatorja: 50 Hz

Nazivni cos ø: 0,876

Transformatorji

Blokovna transformatorja

Nazivna moč: 2 x 500 MVA

Prestavno razmerje: 21/400 kV

Transformatorja lastne rabe

Maksimalno dovoljena trajna moč: 2 X 30 MVA

Pomožni transformator

Maksimalno dovoljena trajna moč: 60 MVA

Prestavno razmerje: 105/6,3/6,3 kV

Letna proizvodnja električne energije v NEK znaša od leta 2001 preko 5 TWh, v letu 2014

pa je bila proizvodnja električne energije rekordna, in sicer preko 6,3 TWh, kar se vidi na

sliki 2.3.


8

Slika 2.3: Letna proizvodnja električne energije iz NEK [6]

Mesečna proizvodnja v letu 2016 se vidi v tabeli 2.2.

Tabela 2.2: Proizvodnja električne energije v prvi polovici leta 2016 [6]

Električna energija (GWh) po: POSTAVKA , MESEC

januar februar marec april maj junij

Proizvodnja na generat. –

jedrska elektrarna 544 510 544 525 542 521

Proizvodnja na pragu –

jedrska elektrarna 517 485 518 501 516 496

2.2 ZADRŽEVALNI HRAM

Zadrževalni hram je po zagotavljanju integritete goriva, gorivni srajčki, primarnem sistemu

četrta varnostna pregrada pred radioaktivnimi izpusti v okolje. Zgradba zadrževalnega


9

hrama je sestavljena iz betonskega ščita, ki predstavlja zaščito, in iz jeklenega

zadrževalnega hrama. Imenuje se tudi reaktorska zgradba.

Slika 2.4: Notranjost zadrževalnega hrama [4]

Funkcije betonskega ščita so zagotavljanje osnovne biološke zaščite, zaščite zadrževalnega

hrama od vremenskih vplivov in razmeroma nepropustne strukture, ki omogoča

prezračevalni in filtrirni sistem za zmanjševanje uhajanja radioaktivnih snovi v okolje s

tem, da se ohranja rahlo negativni zračni tlak v vmesnem prostoru med betonskim ščitom

in jeklenim zadrževalnim hramom. Zadrževalni hram v prerezu je prikazan na sliki 2.5.


10

Slika 2.5: Shema zadrževalnega hrama [4]

2.1.1 Opis betonskega ščita

Betonski ščit sestoji iz ojačane konstrukcije iz armiranega betona, ki obdaja zadrževalni

hram in je valjaste oblike s sferičnim segmentom kupole in temelja. Temelj je skupen za


11

reaktorsko zgradbo in pomožne zgradbe, ki jo obkrožajo.

Valjasta stena se razteza od vrha temelja do višine 55 m in ima notranji premer 35,12 m in

debelino stene 0,76 m. Kupola betonskega ščita ima notranji polmer 22,59 m in je debeline

0,61 m. Obročni nosilec na vrhu zagotavlja bočno oporo kupole.

Betonski ščit ima tri večje odprtine. Dostop do notranjosti zadrževalnega hrama je

omogočen z dvojnimi vrati z medprostorom za prehod osebja s premerom 2,92 m in z vrati

za prehod v sili s premerom 1,52 m. Tretji in hkrati največji preboj stavbe je loputa s

premerom 7,2 m, namenjena za vnos in iznos opreme in je zaščitena z odstranljivimi

betonskimi bloki na zunanji strani. [4]

2.1.2 Opis jeklenega zadrževalnega hrama

Material zadrževanega hrama je jeklo, sestoji iz valja, hemisferične kupole in

torisferičnega dna. Jekleni zadrževalni hram je praktično velika posoda, postavljena na

betonsko podlago, ki je del betonskega temelja. Sama posoda je projektirana, izdelana in

postavljena skladno z ASME kriteriji, sekcija III. Med samimi notranjimi deli in jekleno

posodo je dovolj razmika, da pri nobenih obremenitvah ne pride do stikov, kar bi povečalo

možnost rjavenja jeklene posode. Zadrževalni hram je zasnovan tako, da zadrži energijo in

radioaktivni material, ki bi izhajal v primeru nezgode z izgubo hladila (LOCA) in zagotovi

visoko stopnjo tesnosti med normalnim delovanjem in pod pogoji, ki nastanejo med

nezgodo.

Zadrževalni hram je zgradba potresne strukture kategorije I z notranjim prostim volumnom

zraka 4·104 m

3. Njegov dizajn sta: relativni notranji tlak 3,15 kg/cm

2 pri istočasni

temperaturi 128 °C pri nezgodnih pogojih,

največja nastala razlika z zunanjim tlakom približno 0,1 kg/cm2 zaradi nenamernega

delovanja pršilnega sistema zadrževalnega hrama. [4]

Osnovne dimenzije zadrževalnega hrama so [4]:

Notranji premer valja – 32,08 m


12

Višina cilindra – 44,55 m

Polmer kupole – 16,05 m

2.1.3 Odprtine v zadrževalnem hramu

Večje odprtine v zadrževalnem hramu so vrata za prehod osebja, vrata za prehod v sili in

odprtina za vnos opreme.

Manjše penetracije v zadrževalni hram so električne penetracije, skozi katere so prepeljani

kabli za električno napajanje opreme v zadrževalnem hramu, mehanska penetracija za

prenos goriva, ventilacijski kanali in penetracije s cevovodi različnih sistemov.


13

3 VENTILI

Mehanska naprava za uravnavanje ali izolacijo pretoka medija in tlaka znotraj nekega

procesa ali sistema se imenuje ventil. Funkcije ventilov so:

zaustavitev oziroma sprostitev pretoka medija (izolacijski in protipovratni

ventili),

regulacija količine pretoka medija (regulacijski ventili),

preusmeritev pretoka medija (večpotni ventili),

regulacija sistemskega oz. procesnega tlaka izza ventila (kontrolni ventili),

razbremenitev prekomerno povišanega tlaka komponente oz. cevovoda

(varnostni in razbremenilni ventili).

Ventile delimo na več načinov [20], in sicer glede na:

a. konstrukcijo zapornih elementov: – krogelni

z okroglim zapornim elementom

zasun

igličasti ventil

čepasti ventil

loputa

b. funkcijo/namen: – regulacijski ventil

osamitveni ventil

protipovratni ventil

razbremenilni ventil

varnostni ventil

c. vrsto pogona: – ročno upravljanje

elektromotorni pogon

elektromagnetni pogon

pnevmatski pogon

hidravlični pogon


14

Ne glede na to, da obstaja več različnih izvedb in tipov ventilov, imajo vsi sestavne dele, ki

so prikazani na sliki 3.1.

Slika 3.1: Sestavni deli ventila [11]

Telo ventila (body) se imenuje tudi ohišje, je tlačna meja ventila in obenem osnovni

element, ki skupaj drži vse ostale sestavne dele. Telo ventila je odkovek ali odlitek,

izvedbe pa so med sabo zelo različne. Priključki ventila so lahko varjeni, prirobnični ali

navojni. [4]

Funkcija pokrova ventila (bonnet) je zapiranje odprtine na telesu ventila, omogoča

razstavljanje oziroma sestavljanje notranjih delov ventila (vreteno in pladenj) ter obdelavo

sedeža ventila. Včasih pokrov ventila služi tudi kot podpora in vodilo notranjim delom

ventila. Pokrov ventila je tudi tlačna meja zgornjega dela ventila in je največkrat narejen z

istim postopkom in iz istega materiala kot telo ventila. Pokrov ventila je običajno

privijačen na telo ventila, v izjemnih primerih pa zavarjen. [4]

Tipični zaporni deli ventila so pladenj, sedež in vreteno. Za dobro delovanje ventila je

potrebno dobro naleganje sedeža in pladnja. Poznamo dve osnovni gibanji zapornih


15

elementov, in sicer rotacijsko gibanje, pri katerem pladenj z rotacijo tvori odprtino za

pretok medija, in drsno gibanje, pri katerem se pladenj dviga ali spušča iz ali v sedež in s

tem tvori odprtino za pretok medija. [4]

Sedež ventila (seat ring) predstavlja mesto, kjer bo pladenj zatesnil ventil in onemogočil

nadaljnji pretok medija. Površina sedeža je navarjena s trdo kovino, kot je stelit, obenem

pa je tudi fino obdelana, da zagotovi dobro tesnjenje. [4]

Pladenj (wedge, disc ali plug), tako kot telo ventila in pokrov, tvori tlačno mejo ventila in

omogoča oziroma preprečuje pretok medija skozi ventil. Pladnji so kovani in v nekaterih

primerih tako kot sedež ventila navarjeni na predelu tesnjenja s trdo kovino. Na predelu

tesnjenja mora imeti pladenj fino površino, ki bo zagotovila dobro tesnjenje ventila, ko je

ventil zaprt. [20]

Vreteno ventila (stem) je namenjeno nastavitvi pladnja. Običajno je kovano in pritrjeno na

pladenj z navojem ali varjeno skupaj. Zunanja površina vretena je fino obdelana za boljše

tesnjenje tesnil vretena. Vretena razdelimo na dva tipa, in sicer glede na samo gibanje

vretena. Dvigajoče vreteno je prikazano na sliki 3.2. Pri tej izvedbi vidimo dvigovanje

vretena, ki se dviguje skupaj s pladnjem ventila pri odpiranju ventila vretena. Na sliki 3.3

vidimo nedvigajoče vreteno, kjer se dviga samo pladenj ventila, vreteno pa se vrti na isti

višini.

Slika 3.2: Dvigajoče se vreteno (rising stem) [7]


16

Slika 3.3: Nedvigajoče se vreteno (non rising stem) [7]

Ventil ima na vseh spojih vgrajena tesnila (gland packing ali gasket), ki preprečujejo

puščanje medija iz ventila v okolico. Ravno tako je potrebno tesniti tudi prostor okoli

vretena ventila. To se izvaja s tesnilnim paketom, ki je sestavljen ali iz vnaprej izdelanih

tesnilnih obročev ali iz obročev, rezanih iz tesnilnih vrvic. Materiali tesnil so različni in se

jih izbira glede na medij. Pri tesnilih vretena ventila je pomembno, da so pravilno

montirana in ustrezno močno privita, da ne ovirajo upravljanja z ventilom in obenem

tesnijo [4].

Aktuator ali pogon ventila upravlja s pladnjem in vretenom in je lahko izveden na pokrovu

ventila ali na njegovem jarmu. Ventili se lahko upravljajo na različne načine, in sicer ročno

z ročnim kolesom na vretenu ventila ali z daljinsko upravljanimi pogoni, ki so podrobneje

opisani v poglavju 3.1.

Poznano je veliko različnih vrst ventilov, ki jih ločimo po konstrukciji zapornih elementov.

Po konstrukciji zapornih elementov ločimo ventile z drsečim steblom (krogelni, igličasti,

zasun in membranski ventil) ter ventile z rotirajočim steblom (čepasti, ventil z okroglim

zapornim elementom in loputa) [4].


17

3.1 VRSTE DALJINSKO UPRAVLJANIH VENTILOV

Poleg ročnih pogonov poznamo tudi pogone daljinsko vodenih aktuatorjev, kjer s

posrednim medijem upravljamo z vretenom ventila. Ti so:

elektromotorni pogon,

elektromagnetni pogon,

pnevmatski pogon‚

hidravlični pogon.

3.1.1 Ročna manipulacija z ventili

Poznamo dve vrsti ročno upravljanih ventilov, in sicer ventile s fiksno pritrjenim kolesom

ali ročico na vreteno ali jarem ter ventile z uporabo reduktorja za doseganje večjih sil pri

manipuliranju.

Slika 3.4: Fiksna pritrditev ročice ali kolesa [8]

Slika 3.5: Ročna manipulacija preko reduktorja [9]


18

3.1.2 Elektromotorni pogon ventilov

Elektromotorni pogoni omogočajo ročno in avtomatsko manipuliranje z ventilom.

Uporabljajo se večinoma za polno odpiranje in zapiranje ventila, čeprav pogon omogoča

tudi natančno določanje hoda vretena ventila. Pogon ima na strani montirano tudi ročno

kolo, ki, ko je pogon vključen, omogoča ročno manipulacijo z ventilom. Pri uporabi

motornega pogona je ventil opremljen tudi s končnimi stikali, ki ustavijo delovanje

motorja pri doseganju polno odprte ali polno zaprte pozicije. [20]

Slika 3.6: Shema elektromotornega pogona [8]

Slika 3.7: Ventil z elektromotornim pogonom [4]


19

3.1.3 Pnevmatski pogon ventilov

Pnevmatski pogoni se uporabljajo predvsem za avtomatsko daljinsko vodenje ventilov.

Omogočajo regulacijo ventila kot tudi tako imenovano »ON – OFF« delovanje ventila. Kot

medij, ki poganja pogon, se uporablja zrak. Zrak se ob sprožitvi signala za manipuliranje

sprosti v komoro aktuatorja, kjer s pomočjo tlaka ustvari silo na diafragmo, ta pa se

prenese na vreteno in pladenj ventila. Poznamo direktno delujoče (»direct acting«) in

reverzibilne (»reverse acting«) aktuatorje. Pri direktno delujočih aktuatorjih tlak zraka

zapira ventil, vzmet pa odpira. Kadar tlak zraka odpira ventil, vzmet pa zapira, imamo

reverzibilni aktuator. Pravilna izbira aktuatorja je pomembna pri ventilih, ki se morajo pri

izgubi zraka postaviti v varno pozicijo [20].

Slika 3.8: Direktno delujoči in reverzibilni aktuator [12]

Slika 3.9: Primer ventila s pnevmatskim aktuatorjem [13], [4]


20

3.1.4 Hidravlični pogon ventilov

Hiravlični pogoni so po načinu delovanja zelo podobni pnevmatskim pogonom. Ti pogoni

uporabljajo bat za spremembo tlačnega signala v pomik vretena. Kot hidravlični medij se

uporablja običajno olje, redkeje tudi voda. [20]

Slika 3.10: Hidravlični aktuator [14], [4]

3.1.5 Elektromagnetni pogon ventilov

Ventile z elektromagnetnim pogonom, imenovanim tudi solenoidni pogon, se odpre, ko je

električna tuljava pod napetostjo in s tem potegne kotvo z vretenom v zgornji položaj. Za

zapiranje pa električna tuljava ni pod napetostjo, sama teža vretena in vzmet nad kotvo

premakneta ventil v zaprto pozicijo. [20] Primer ventila z elektromagnetnim pogonom je

prikazan na sliki 3.11.


21

Slika 3.11: Elektromagnetni pogon [15], [4]

Solenoidni ventili se pogosto uporabljajo za oskrbo pnevmatskih pogonov z zrakom.

3.2 VRSTE ZAPORNIH ELEMENTOV VENTILOV

3.2.1 Krogelni ventil

Ime krogelni ventil (globe) izhaja iz okrogle oblike votline, kjer so nameščeni zaporni

elementi. Zaporni element ni krogla, ampak je različnih oblik, kot so čep, cilinder, disk …

Ventil se odpira in zapira sorazmerno s premikom vretena. Zaradi oblike izvedbe dajejo

možnost dobre regulacije, vendar zaradi preusmeritve toka pride do padca tlaka. [4]

Slika 3.12: Krogelni ventil [10]


22

3.2.2 Kroglični ventil

Kroglični ventil (ball valve) je ventil, ki ima kroglo za zaporni element. Ta rotira okoli osi

prečno glede na pretok. Konstrukcija krogle in izvrtina skozi kroglo sta izvedeni tako, da

ne ovirata pretoka. Uporaben je kot osamitveni ventil, za regulacijo pa ni najbolj primeren.

[4]

Slika 3.13: Prikaz delovanja krogličnega ventila [4]

Slika 3.14: Kroglični ventil [16]

3.2.3 Zasun

Zasuni (gate) so ventili, pri katerih je disk v obliki klina ali ravne plošče. Disk se z

vretenom spušča ali dviga v sedež oziroma iz sedeža in tako izvaja funkcijo zapiranja in

odpiranja ventila. Sam disk tesni po obodu z obeh strani v samem sedežu ventila v ohišju.

Tesnjenje ventilov je kvalitetno, če so tesnilne površine čiste, ravne in gladko spolirane.

Ventili se uporabljajo predvsem za izolacijo pretokov v sistemih, niso pa primerni za

regulacijo pretokov. Namenjeni so za razne vrste medijev in različne parametre sistemov.

Njihova slabost je, da se lahko pri slabši izdelavi ventila zaradi geometrije v sistemih z


23

zelo visoko temperaturo in tlakom v določenem spletu okoliščin pojavi blokada ventila v

zaprtem položaju. Če se vroči ventil zapre in se ga nato hladnega skuša odpreti, lahko pride

do blokade oz. tako imenovanega »thermalbinding-a«. Za operiranje z ventilom se

uporabljajo različni pogoni. Uporabljajo se lahko ročni pogoni z ročnim kolesom, ki z

rotacijo vleče vreteno iz ventila ali ga potiska navznoter proti sedežu. Bolj redka je

uporaba pnevmatskega pogona, medtem ko je motorni pogon kar stalnica sploh za večje

ventile. [4, 20]

Slika 3.15: Shematski prikaz zasuna [7]

3.2.4 Loputa

To so ventili, pri katerih je loputa največkrat ravna plošča, ki okoli po robu tesni na ohišje.

Včasih so bili sedeži teh ventilov predvsem v mehki izvedbi (teflon, guma …), v zadnjem

času pa je razvoj omogočil izdelavo vrhunskih ventilov z metalnimi sedeži, ki so tako

primerni tudi za višje tlake in popolno tesnjenje. Lopute z mehkimi sedeži so zelo primerne

za medije, ki niso popolnoma čisti (sem spadajo razne umazane vode). Lopute niso

primerne za finejše regulacije v sistemih, ampak za zaporo, čeprav se zadnje čase

uporabljajo tudi v tej smeri. Pri teh ventilih je disk vseskozi v pretoku ventila in tako

povzroča določen pretočni upor. [4]


24

Slika 3.16: Loputa [4]

3.2.5 Čepasti ventil

Čepasti ventili so ventili, pri katerih je zaporni element valj ali odrezani stožec. Princip je

popolnoma enak kot pri krogličnem ventilu, le da je zaporni element tu drugačne oblike.

Zaradi uspešnega razvoja ventilov s kroglo se ti ventili uporabljajo vse manj. [4]

Slika 3.17: Čepasti ventil [4]


25

3.2.6 Iglasti ventil

Iglasti ventil ima za zaporni element ošiljen valj oziroma disk v obliki igle. Ventili nimajo

kletke, ampak je sam disk ventila največkrat voden v samem ohišju ventila, upravljanje pa

je ročno. V osnovi so ventili namenjeni dušenju pretoka – regulaciji pretoka v smislu

fiksne nastavitve, niso pa primerni za regulacijo pretoka. Uporabni so za vse vrste medijev

in za najvišje parametre sistema. [4]

Slika 3.18: Shematski prikaz iglastega ventila [17]

3.2.7 Membranski ventil

Membranski ventil (diphragm valve) ima, kot že ime pove, za zaporni element membrano

(diafragmo). Diafragma je največkrat iz mehkega materiala, kot sta guma, neopren ali

plastika, obstajajo pa tudi specialne izvedbe z metalno diafragmo. Medij je popolnoma

ločen od vretena in zgornjih delov ventila, vključno s pokrovom ohišja. To pomeni, da ni

potrebno skrbeti za tesnjenje ob vretenu ventila. Ti ventili imajo tudi zelo nizek pretočni

upor in so primerni za uporabo v različnih medijih, ki so tudi agresivni, niso pa primerni za

visoke tlake. Upravljanje je možno ročno ali s pnevmatskim aktuatorjem. [4]


26

Slika 3.19: Shematski prikaz ventila z gumijasto diafragmo [18]

3.2.8 Protipovratni ventil

Protipovratni ventili so ventili, katerih namen je preprečiti povratni tok medija, s tem

omogočimo pretok po cevovodu samo v eno smer. Sam dizajn teh ventilov je največkrat

preprost in ventili nimajo običajno dodatnega pogona. Diski ventilov so odvisni od tlačnih

parametrov in so samodelujoči ali pa imajo vgrajeno še dodatno vzmet, ki pomaga zapirati

sam ventil. Pretok medija skozi ventil le-tega odpre in ga drži odprtega, medtem ko se ob

zaustavitvi pretoka ventil zapre in povratni tok ga še bolj zapira oz. pritiska z večjo silo na

disk v smeri zapiranja. V določenih primerih imamo tudi protipovratni ventil z zunanjim

pogonom, ki lahko pritisne vreteno ob pladenj ventila v sedež in tako ne dovoli, da bi se

ventil odprl pod silo pretoka, to so tako imenovani »STOP-CHECK« ventili. V tem

primeru deluje kot izolacijski ventil. [4]


27

Slika 3.20: Prikaz delovanja protipovratnega ventila [19]


28

4 MERITEV PUŠČANJA

Ameriška zakonodaja v 10 CFR 50 Dodatek J, ''Primary Reactor Containment Leakage

Testing for Water-Cooled Power Reactors'', predpisuje testne zahteve za preverjanje

prepuščanja zadrževalnega hrama, vključujoč sisteme in posamezne komponente, ki imajo

prehod v zadrževalni hram reaktorjev, hlajenih z vodo. Predpisuje tudi kriterij skupnega

prepuščanja teh testiranj. Namen teh testiranj je zagotoviti, da puščanje zadrževalnega

hrama, sistemov in komponent ne preseže dovoljenih puščanj, specificiranih v tehničnih

specifikacijah in s tem tudi pravilno vzdrževanje komponent v življenjski dobi elektrarne.

Trenutna revizija Dodatka J dovoljuje dve opciji izvajanja teh testov, ki se enostavno

imenujeta opcija A in opcija B. Natančnejša navodila in smernice glede testiranj podajajo

dokumenti NEI 94-01, ''Industry Guideline for Implementing Performance-Based Option

of 10 CFR Part 50, Appendix J'', ki ga je izdal inštitut za nuklearno energijo ZDA,

imenovan NEI, NRC Regulatory Guide (RG) 1.163, ''Performance-Based Containment

Leak Test Program'', ki ga je izdala ameriška uprava za jedrsko varnost, NRC ter

ANSI/ANS 56.8, "Containment System Leakage Testing Requirements”, ki ga je izdal

ameriški inštitut za standardizacijo.

Meritve, ki so zahtevane, so razdeljene na tri dele. Prvi so testi tipa A, ki zajemajo test

prepuščanja celotnega zadrževalnega hrama. V drugi skupini so testi tipa B, kjer so

vključene mehanske penetracije. Med mehanske penetracije sodijo penetracije električnih

vodnikov, penetracije glavnih parovodov, penetracije glavne napajalne vode, penetracija za

izhod v sili, prikazana na sliki 4.1, penetracija za osebni prehod, prikazana na sliki 4.2, in

največja penetracija, ki služi za vnos oziroma iznos opreme, prikazana na sliki 4.3, in je za

betonskim ščitom.


29

Slika 4.1: Penetracija za izhod v sili [4]

Slika 4.2: Penetracija za osebni prehod [4]


30

Slika 4.3: Penetracija za vnos/iznos opreme [4]

V zadnji skupini so testi tipa C, kamor spadajo testi prepuščanja izolacijskih ventilov

zadrževalnega hrama.

4.1 TESTI TIPA A

Opcija A je zahtevala tri uspešno izvedene zaporedne teste ILRT, imenovane tudi testi tipa

A, v enakomernem časovnem zaporedju v desetih letih. Z leti so se pridobile izkušnje iz

vseh ameriških elektrarn in se je ta zahteva po frekvenci testiranja analizirala. Analize so

pokazale zelo ugodne rezultate, zato so razvili opcijo B. Ta dovoljuje redkejše testiranje,

ko sta dva zaporedna testa uspešno izvedena. Opcija B ne daje zahtev za število ILRT

testiranj, test pa mora biti izveden vsaj enkrat v desetih letih, če so bili prejšnji testi uspešni

brez večjih rezultatskih nihanj. V zadnji reviziji dokumenta NEI 94-01 se glede na izkušnje

iz preteklosti dovoljujejo testi vsaj enkrat v petnajstih letih. V Krškem se test izvaja enkrat

na 10 let.

Test se izvaja s tlakom Pa , dovoljeno puščanje pa je 1·La.


31

4.2 TESTI TIPA B

Mehanske in električne penetracije so posebne odprtine v zadrževalnem hramu in spadajo

v skupino testov tipa B. Pri teh penetracijah je potrebno preveriti mehove, tesnilne mase,

tesnila in delovanje vratnih mehanizmov.

Opcija A je zahtevala izvajanje testov tipa B vsak remont, opcija B pa vsak tretji remont,

razen v primeru, če ni drugače zahtevano v tehničnih specifikacijah, ki so 16. poglavje

posodobljenega varnostnega poročila. Sem spadajo vrata za osebni prehod in prehod v sili,

ki se morajo testirati vsak remont.

Merjenje puščanj teh penetracij se lahko izvaja s tlakom Pa na različne načine z zrakom,

dušikom ali tlačnim medijem, specificiranim v tehničnih specifikacijah za posamezno

elektrarno. Prvi način je z merjenjem plinov na obodu penetracije, drugi je z merjenjem

hitrosti padanja tlaka v testni komori, tretji način pa je s stalno instaliranim certificiranim

sistemom, ki je vedno pod tlakom.

Med mehanske penetracije spadajo električne penetracije in penetracije, ki imajo za obod

še dodaten kovinski obod, ki je navarjen na zunanjost zadrževalnega hrama. Ta obod ima

znotraj še meh, ki preprečuje poškodbe pri temperaturnih raztezanjih.

Električne penetracije vsebujejo tesnilo in indikator tlaka, preko katerega se preverja in

posledično izračunava puščanje posamezne penetracije. V Nuklearni elektrarni Krško je 52

takšnih penetracij, ki so v dveh različnih izvedbah. Izvedba z enojnim modulom je

prikazana na sliki 4.4, pogostejša izvedba s tremi moduli pa je prikazana na sliki 4.5.

Prehod električne penetracije skozi betonski del zadrževalnega hrama je zatesnjen s

tesnilnim negorljivim polnilom in je prikazan na sliki 4.6.


32

Slika 4.4: Električna penetracija z enojnim modulom [4]

Slika 4.5: Električna penetracija s tremi moduli [4]


33

Slika 4.6: Električna penetracija skozi betonski del zadrževalnega hrama [4]

Delni načrt električne penetracije z enojnim modulom je prikazan na sliki 4.7.

Slika 4.7: Delni načrt električne penetracije [4]

Mehanske penetracije z mehom so večinoma cevovodi sekundarnih sistemov, ki so

povezani s primarnim sistemom. Večja dva sistema sta sistem napajalne vode in sistem

glavne pare. Mehanska penetracija z mehom je prikazana na sliki 4.8.


34

Slika 4.8: Shema mehanske penetracije

4.3 TESTI TIPA C

V to skupino testiranj spadajo vsi izolacijski ventili zadrževalnega hrama različnih

velikosti. Velikost ventilov je od 3/8 cole oziroma palca (oznaka ") do največjih 48-

colskih. Zahtevi 10 CFR 50, Appendix J, Option B in NEI 94-01 sta, da se test izvaja v

osnovi s tlakom Pa vsaj enkrat na 30 mesecev. Tlak Pa je izračunani najvišji tlak v

zadrževalnem hramu v primeru nesreče in je naveden v tehničnih specifikacijah ter

projektnih dokumentih. Pa tlak za Nuklearno elektrarno Krško znaša 44,8 psig, kar je 3,15

kp/cm2 oziroma preračunano 3,089 bara.

𝑃 =44,8[𝑝𝑠𝑖𝑔]

14,504[𝑝𝑠𝑖𝑔

𝑏𝑎𝑟]

= 3,089[𝑏𝑎𝑟] (4.1)

V skladu z Regulatory Guide 1.163 se penetracije, in s tem posledično ventili, ki direktno

povezujejo atmosfero zadrževalnega hrama in atmosfero ostalih prostorov elektrarne,

smatrajo za zelo pomembne in se jih zaradi tega ne sme podaljšati na testni interval 60

mesecev.


35

Ostali ventili so lahko v skupini s podaljšanim testnim intervalom. Za uvrstitev ventilov na

podaljšani testni 60-mesečni interval morajo biti vsi ventili vsaj dvakrat testirani z

intervalom vsaj enkrat na 30 mesecev, kar pomeni vsak remont. Ta dva testa morata biti

uspešna, za razglasitev ventilov za testiranje na podaljšani interval pa se mora analizirati

tudi pogoje uporabe, vrsto ventila in vpliv možne okvare ventila na varnost elektrarne.

V primeru puščanja ventila po meritvi na podaljšanem testnem intervalu je potrebno

analizirati vzrok puščanja in odpraviti vzroke, da se ponovno puščanje ne pojavi oziroma

se ne pojavi tudi na ventilih iste vrste. Vse rezultate meritev puščanja je potrebno trendirati

in v primeru naraščanja dokazati, da na naslednjem testu s podaljšanim intervalom ne pride

do prekoračitve administrativne limite. V takem primeru je potrebno test izvesti v krajšem

intervalu. Test najdenega stanja se mora narediti za ventile, na katerih se bo izvajalo

vzdrževanje, popravilo, prenastavitve ali modifikacije, ki lahko vplivajo na tesnjenje

ventila. Po končanih delih se mora narediti še test puščenega stanja. V primeru obeh

zadovoljivih testov ventil ostane na listi ventilov s podaljšanim testnim intervalom. Testni

interval se smatra od dne, ko je nek test izvršen, do začetka naslednjega testa. Če se

časovni interval izteče v času, ko ni potrebna integriteta zadrževalnega hrama, se lahko

testiranje prestavi, vendar samo za toliko časa, da je test končan, preden se vstopi v stanje

elektrarne z zahtevano integriteto zadrževalnega hrama. To podaljšanje lahko odstopa za

največ 25 % testnega intervala, vendar ne sme presegati 15 mesecev oziroma se mora

skrajšati na najbližji remont.

Rezultati puščanja vseh ventilov in penetracij se seštejejo, s tem da se za ventile, ki so na

podaljšanem intervalu, upošteva zadnji izmerjeni rezultat. Dovoljeno skupno puščanje je

določeno v NEI 94-01 in v tehničnih specifikacijah za vsako elektrarno posebej. To

puščanje je 0,6·La. Ker ima večina penetracij vsaj dva ventila, se dodeli penetraciji

minimalno in maksimalno puščanje. Minimalno puščanje je puščanje za ventil v

penetraciji, kateremu je izmerjeno manjše puščanje. Maksimalna vrednost pa je vrednost

puščanja ventila z večjim izmerjenim puščanjem.

Po NEI 94-01 ni potrebno testirati ventilov, ki ne predstavljajo potencialnega izpusta

atmosfere zadrževalnega hrama med nezgodo elektrarne in ki imajo meje s kvalificiranim


36

tesnilnim sistemom, testnih priključkov varnostne kategorije 2 in seizmične kategorije 1 z

zaprtim ventilom, manjšim od 1 inča, z instaliranim čepom.

Test se mora izvajati iz zadrževalnega hrama, razen v primerih, ko je dokazano, da so

rezultati meritev iz nasprotne smeri ekvivalentni oziroma bolj konzervativni.

Vsem posegom na izolacijskih ventilih in pogonih ventilov, ki bi lahko posledično

zmanjšali tesnjenje ventilov, morajo imeti narejen test puščanja po končanih vzdrževalnih

delih. Podrobnejša vzdrževalna dela in zahteve za testiranje puščanja sledijo v tabeli 4.1.

Tabela 4.1: Vpliv vzdrževalnih del na test puščanja [4]

Vzdrževalna aktivnost Tip ventila Zahtevani

LLRT Komentar

Menjava elektromagnetnega

ventila kontrolnega zraka

aktuatorja

AOV NE Potrebno je preveriti samo

pravilno delovanje ventila Odspojitev linij kontrolnega

zraka AOV NE

Zamenjava vzmeti

aktuatorja AOV DA

Dela na diafragmi aktuatorja AOV DA

Dela na diafragmi ventila AOV

ROČNI DA

Odspajanje električnih

vodnikov

AOV

MOV

SOV

NE Preveriti čase cikliranja

ventila

Čiščenje in mazanje vretena

AOV

MOV

ROČNI

NE

Odspajanje ali menjava

aktuatorja

AOV

MOV DA

Dela na notranjih delih

ventila VSI DA

Dela na tesnilih vretena VSI DA

Odstranitev ali zamenjava

tuljave solenoidnega

aktuatorja

SOV NE Preveriti čase cikliranja

ventila

Menjava notranjih delov

ventila VSI DA

»se nadaljuje«


37

»nadaljevanje«

Vzdrževalna aktivnost Tip ventila Zahtevani

LLRT Komentar


motorja MOV NE

Če zamenjava ni “ena za

ena”, je potrebna

inženirska evaluacija


vretena ventila

MOV Potrebna je inženirska

evaluacija

Menjava startnega

kontaktorja motorja MOV NE

Če zamenjava ni “ena za

ena”, je potrebna

inženirska evaluacija

Odstranitev ali menjava

delov sklopke MOV NE

Menjava reduktorja MOV

Potrebna je inženirska

evaluacija

Menjava ali nastavitev

končnih stikal MOV


momentnih stikal MOV


vzmeti MOV

Glede na to, da je testni interval določen glede na zgodovino puščanja vsake komponente,

je za vsako komponento določena administrativna meja dovoljenega puščanja. Ta

administrativna meja predstavlja maksimalno dovoljeno puščanje brez dodatnih ukrepov za

posamezno komponento. V Nuklearni elektrarni Krško imamo določeno administrativno

limito za vsak ventil posebej. Te administrativne limite so določene glede na velikost

ventilov. Namen admistrativne limite je vzdrževati opremo v dobri kondiciji, hkrati nam

določa, kdaj je potrebno ventil servisirati izven rednih servisnih pregledov.

Še strožja je opozorilna limita, ki je 75 % administrativne limite. V primeru puščanja

komponente nad opozorilno limito in pod administrativno limito naj bi bila komponenta po

možnosti ali servisirana s ponovitvenim testom ali planirana sanacija za naslednji remont.

Takšen primer ni razglašen kot odpoved funkcije.

V primeru puščanja komponente nad administrativno limito je za to komponento

razglašena odpoved funkcije. Takšni primeri se morajo obravnavati vsak posebej. Čeprav

so administrativne in opozorilne limite uvedene zaradi vzdrževanja zadrževalnega hrama


38

vedno v dobrem stanju, je potrebno poudariti, da je edina omejitev za obratovanje

elektrarne skupno puščanje vseh komponent, manjše kot 0,6·La. Evaluirati se mora skupno

puščanje, v primeru, ko je dokazano, da vpliv tega posameznega puščanja ne vpliva na

varnost elektrarne, se to puščanje dovoli do naslednjega remonta. Torej servis mora biti

narejen še v istem remontu, razen v določenih primerih, ko status elektrarne več ne

omogoča takšnih posegov in bi se s tem remont občutno podaljšal.

Analiza puščajočega ventila mora zajemati ugotavljanje vzroka puščanja ventila in akcije

za odpravo teh vzrokov. Identificirati je potrebno, če ventil spada v skupino, kjer je

verjetnost istega vzroka tudi na drugih ventilih. V tem primeru je potrebno testirati še vse

ostale ventile. V primeru možnosti pogostejših ponovitev istih vzrokov je potrebno

razpisati pogostejšo frekvenco testiranj.

V analizi je potrebno preveriti proizvajalčeva priporočila in izkušnje iz industrije, če je

dizajn komponente prepoznan kot podvržen k hitrejši degradaciji izvrševanja funkcije.

Tudi za takšno komponento je potrebno predpisati priporočen testni interval.

Potrebno je prepoznati, če zaradi takšne odpovedi komponente obstaja povečana možnost

izpustov radioaktivnih snovi iz zadrževalnega hrama v nezgodnih situacijah in

zagotavljanja varnostne funkcije zadrževalnega hrama. Raziskani morajo biti faktorji, kot

sta velikost poti iz zadrževalnega hrama in povezave med različnimi sistemi. V primeru

obstoja nevarnosti je potrebno potem določiti novi priporočeni testni interval.

V primeru novih priporočenih testnih intervalov zaradi omenjenih vzrokov se mora

komponenta testirati v skladu s temi priporočili. Če posebnih priporočil ni, potem se mora

testni interval določiti glede na zgodovino testiranj določene komponente.

Za vsako komponento posebej se mora spremljati historiat, ki vsebuje datum zadnjih

testiranj, datum naslednjega testiranja in velikosti puščanj pri vseh že izvedenih testih. Na

podlagi rezultatov se določa za vsako komponento posebej naslednji datum testa.


39

Izračun dovoljenega puščanja zadrževalnega hrama (La) temelji na masi zraka v

zadrževalnem hramu. Omejitev je splošna za vse nuklearne elektrarne in je omenjena v

posodobljenem varnostnem poročilu:

La = 0,2 % mase / 24 ur (4.2)

𝑚 =𝑃∙𝑉

𝑅∙𝑇∙ 𝑀𝑎 =

59,5∙1,413∙106

10,73∙528∙ 29 (4.3)

𝑚 = 430352 𝑙𝑏𝑚,

kjer je:

m = masa zraka v zadrževalnem hramu (lbm libre-mass, pound-mass)

P = 44,8 (psig) = Pa = 59,5 (psia)

V = volumen zraka v zadrževalnem hramu (ft3)

R = splošna plinska konstanta (psia) (ft3)/(lbm mole) (°R)

T = temperatura zraka 68 (°F) = 528 (°Ra – Rankine)

Ma = relativna molska masa zraka (lbm/mol)

Iz tega sledi:

𝐿𝑎 =0,2

100∙ 𝑚 =

0,2

100∙ 430352 = 861 𝑙𝑏𝑚/24ℎ (4.4)

𝐿𝑎 = 35,86 𝑙𝑏𝑚/ℎ

Iz tega sledi izračun dovoljenega puščanja v standardnih kubičnih feetih na uro (SCFH) pri

nazivnem tlaku Pn = 14,7 psia in temperaturi Tn = 528 °Ra:

𝐿′𝑎 =𝐿𝑎∙𝑅∙𝑇𝑛

𝑃𝑛∙𝑀𝑎=

35,86∙10,73∙528

14,7∙29= 476,6 𝑆𝐶𝐹𝐻 (4.5)


40

Iz tega preračunamo v standardne kubične centimetre na minuto:

𝐿′𝑎 = 476,6 𝑆𝐶𝐹𝐻 ∙ 471,95𝑆𝐶𝐶𝑀

𝑆𝐶𝐹𝐻= 2,2493 ∙ 105 𝑆𝐶𝐶𝑀 (4.6)

Dovoljeno puščanje testov tipa B in C je 0,6·La = 1,3496·105 SCCM.

Po tehničnih specifikacijah je dovoljeno puščanje za teste tipa C brez ventilov sistema za

prepihovanje zadrževalnega hrama 0,4·La = 8,9972·104 SCCM.

Za teste tipa B in ventile za prepihovanje zadrževalnega hrama je torej dovoljeno puščanje

0,2·La = 4,4986·104 SCCM.

Enota SCCM se uporablja za meritev pretoka, pomeni pa standardni kubični centimeter na

minuto (cm3/min) pri določeni temperaturi in tlaku. Ta enota se uporablja za izračun

količine plinskega medija, ki potuje skozi določeni del v časovni enoti. Temperatura in tlak

sta različna pri različnih državnih regulatornih organih.

0 °C in tlak 1,013 bar sta izbrana za normalne pogoje, zraven enote je še spodaj pripis črke

n (ln/min).

Za standardne pogoje za meritve puščanja (l/min) pa je izbrano 20 °C in 101,325 kPa

(14,696 psia), saj je v času meritev v zadrževalnem hramu takšna temperatura. Zaradi

razlike 20 °C lahko pride pri meritvah do napak, ki znašajo tudi 7 %.

Industrija v Združenih državah Amerike ima za meritev puščanj v industriji standardizirane

merilne enote SCCM ali SCCS, standardni kubični centimeter na minuto ali sekundo. [32]

Razlog za uporabo teh standardiziranih merskih enot je v odpravi nejasnosti pri poročanju

rezultatov in definiranju specifikacij v primeru naročanju uslug za meritve.

Ker je zrak stisljiv plin, je razlika med standardnim kubičnim centimetrom na minuto in

dejanskim kubičnim centimetrom na minuto sorazmerna delovnemu ali testnemu in

normalnemu tlaku. Razmerje je definirano z Boylovim zakonom [32]:

𝑃𝑎𝑡𝑚 ∙ 𝑉𝑎𝑡𝑚č𝑎𝑠⁄ = 𝑃𝑑𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑖 ∙ 𝑉𝑑𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑖

č𝑎𝑠⁄ (4.7)


41

𝑃𝑎𝑡𝑚 ∙ 𝑃𝑢šč𝑎𝑛𝑗𝑒 𝑆𝐶𝐶𝑚𝑖𝑛⁄ = 𝑃𝑑𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑖 ∙ 𝑃𝑢šč𝑎𝑛𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑗𝑎𝑛𝑠𝑘𝑖 𝑆𝐶𝐶

𝑚𝑖𝑛⁄

(4.8)

𝑃𝑢šč𝑎𝑛𝑗𝑒 𝑆𝐶𝐶𝑚𝑖𝑛⁄ =

𝑃𝑑𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑖

𝑃𝑎𝑡𝑚∙𝑃𝑢šč𝑎𝑛𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑗𝑎𝑛𝑠𝑘𝑖 𝑆𝐶𝐶𝑚𝑖𝑛

⁄

(4.9)

Tlak je definiran kot absolutni tlak.

Meritev s padanjem tlaka v testni komori je kalibrirana meritev puščanja s certificiranim

pretokom v standardiziranih pogojih. Med kalibracijskim postopkom instrument pretvarja

padec tlaka v pretok puščanja testne komponente.

Instrumenti meritve masnega pretoka uporabljajo različne merilnike pretoka in metode za

umerjanje. Merilniki termalnega masnega pretoka so kalibrirani na standardnih pogojih,

merilniki laminarnih pretokov merijo pretoke pri delovnih ali testnih pogojih, izmerjeni

pretok pa se mora potem še prilagoditi na temperaturo in tlak, da dobimo rezultat pri

standardiziranih pogojih. Sistemi za meritev puščanja masnih pretokov z referenčnim

volumnom morajo biti kalibrirani, da pravilno prikazujejo razmerje med testnim in

referenčnim volumnom. Čeprav je po slovenskih in evropskih normah veljavnost

kalibracije eno leto, se mora kalibracija izvajati vsakih šest mesecev po ameriški

zakonodaji za preverjanje puščanja. Izvaja pa jo za instrument pooblaščena organizacija.

Sistemi, ki uporabljajo izvor s konstantnim tlakom, ne potrebujejo kalibracije za

prikazovanje standardnega puščanja.

Kot že omenjeno, po zakonodaji ni določeno, koliko lahko posamezna komponenta

prepušča, zato se je v Nuklearni elektrarni Krško pristopilo k določevanju administrativnih

limit preko preračunavanja. Te administrativne limite nam zagotavljajo, da seštevek

puščanj vseh komponent za teste tipa B in C ne bo presegel zakonsko določene meje

0,6·La, ki znaša 134958 SCCM, hkrati pa so osnova za trendiranje puščanja posameznih

komponent, ki nas opozarja na morebitno degradacijo in zagotavlja pravilno testno

frekvenco. Administrativne limite so zasnovane na efektivnem premeru izolacijskih

ventilov (CIVD).


42

Tabela 4.2: Število ventilov in njihovi premeri

Velikost

ventila (“) Število ventilov Zmnožek

3/8 9 3,375

1/2 7 3,5

3/4 19 14,25

1 13 13

2 8 16

2 1/2 4 10

3 35 105

4 14 56

6 14 84

8 6 48

10 6 60

12 4 48

139 461,125

Seštevek posameznih testiranih izolacijskih ventilov zadrževalnega hrama zanaša 461,125

inčev.

Za CIVD je določeno 492 inčev, ki vsebuje dejanski premer vseh ventilov razen

protipovratnih, za katere je dejanski seštevek povečan za 50 % in s tem umetno dovoljeno

večje puščanje protipovratnim ventilom. Vzrok za to dovoljeno večje puščanje je v

slabšem tesnjenju protipovratnih ventilov pri razliki tlakov 3,15 kp/cm2. K skupnemu

premeru so prišteti tudi tlačni ventili primarnega sistema, ki niso del testnega programa po

10 CFR 50, dodatek J. S tem smo dejansko še bolj konzervativni od zakonskih zahtev.

Ker je za ventile, ki spadajo v teste tipa C, dovoljeno puščanje 0,4·La, ki znaša 89972

SCCM, je potrebno za posamezni inč premera ventila izračunati dovoljeno puščanje:

𝐴𝑑𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑣𝑛𝑎 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑎

𝑖𝑛č=

89972 𝑆𝐶𝐶𝑀

492 𝑖𝑛č= 182,87 (

𝑆𝐶𝐶𝑀

𝑖𝑛č) (4.10)

Prikaz dejanskih premerov je v tabeli 4.3.


43

Tabela 4.3: Izračun efektivnega premera izolacijskih ventilov

Opis Vrednost Enota

Skupni premer ventilov tipa C 383 Inč

Premer vodno testiranih ventilov 78 Inč

50 % povečanje zaradi

protipovratnih ventilov 31 Inč

Skupni premer 492 Inč

0,4 La / skupni premer 182,87 SCCM/inč

Administrativna limita za posamezni ventil je torej določena po izračunu 182,87,

pomnoženo z dejanskim premerom ventila, razen za protipovratne ventile, kjer je

upoštevano povečanje za 50 %.

Administrativne limite za vrata za osebni prehod v zadrževalni hram in za izhod v sili

imajo zakonsko določeno maksimalno puščanje 0,05·La, kar je 11246 SCCM. Za

administrativno vrednost dovoljenega puščanja smo določili 10321 SCCM. Razliko pri

obeh vratih, ki znaša 1852 SCCM, smo določili kot administrativno vrednost vsem ostalim

mehanskim in električnim penetracijam, ki nimajo omejitev po tehničnih specifikacijah.

Pri delu z zaprtimi sistemi, ki pridejo v uporabo šele v primeru nezgode (meritev sestave

atmosfere v zadrževalnem hramu), bi v primeru puščanja le-tega lahko prišlo do

nekontroliranega izpusta radioaktivnih snovi izven zadrževalnega hrama. Za preprečitev

takega nezaželenega dogodka je potrebno preprečiti puščanje teh sistemov. To sta sistem

za meritev vodika v zadrževalnem hramu in sistem za vzorčenje po nezgodnih situacijah.

Penetracija za vnos in iznos opreme ima za tesnjenje dvojno tesnilo. Za test se vmesni

prostor med tesniloma natlači s testnim tlakom in izmeri morebitno puščanje obeh tesnil

hkrati. Zaradi velikosti te penetracije, ki znaša 23 feet, kar je 701 cm, bi bil na efektivnem

premeru izolacijskih ventilov prevelik vpliv in s tem tudi nesmiselne administrativne meje

puščanja za normalne ventile. Določena administrativna meja za to penetracijo nam pusti

bolj smiselni pregled za degradacije in učinkovitost tesnjenja.


44

Sistem glavne napajalne vode in sistem glavne pare obratujeta na zelo visokih

temperaturah. Pri mehanskih penetracijah teh sistemov se zaradi načina izvedbe testira spoj

zunanjosti cevi na zadrževalnem hramu preko meha, ki omogoča te temperaturne raztezke.

Tem mehanskim penetracijam je določena administrativna limita 100 SCCM.

Za posamezno električno penetracijo je določena administrativna meja 1 SCCM,

opozorilna limita pa je 0,6 SCCM in bazira na zahtevah v proizvajalčevih instalacijskih

navodilih.

Servisna penetracija je odprta samo med remontom, povezuje zadrževalni hram in vmesni

prostor zadrževalnega hrama in tako ne more direktno povezati atmosfer zadrževalnega

hrama in zunanjosti. Preventivno se testirata slepi prirobnici, ki sta instalirani vedno, ko se

zahteva integriteta zadrževalnega hrama. Natančnejša porazdelitev dovoljenih puščanj za

vse penetracije in skupine penetracij je prikazana v tabeli 4.4.

Tabela 4.4: Porazdelitev dovoljenih puščanj

Penetracija Omejitev po tehničnih

specifikacijah (SCCM)

Predpisana

administrativna

limita (SCCM)

Dovodni ventili za prepihovanje

zadrževalnega hrama 0,05·La 11246,5 11246

Izstopni ventili za prepihovanje

zadrževalnega hrama 0,05·La 11246,5 11246

Penetracija za osebni prehod 0,05·La 11246,5 10321

Penetracija za izhod v sili 0,05·La 11246,5 10321

Sistem za meritev vodika v

zadrževalnem hramu

Ni določeno 500

»se nadaljuje«


45

»nadaljevanje«

Penetracija Omejitev po tehničnih

specifikacijah (SCCM)

Predpisana

administrativna

limita (SCCM)

Sistem za vzorčenje po nezgodnih

situacijah

Ni določeno 500

Penetracija za vnos/iznos opreme

Ni določeno 100

Mehanska penetracija za prenos goriva Ni določeno 100

Slepa prirobnica penetracije za prenos

goriva

Ni določeno 100

Mehanska penetracija sistema

napajalne vode – zanka 1 Ni določeno 100


napajalne vode – zanka 2 Ni določeno 100


glavne pare – zanka 1 Ni določeno 100


glavne pare – zanka 2 Ni določeno 100

Slepi prirobnici servisne penetracije

Ni določeno 100

Električne penetracije (skupno 52) Ni določeno 52

0,2·La skupno dovoljeno puščanje

penetracij tipa B in dovodnih ter

izstopnih ventilov za prepihovanje

zadrževalnega hrama

44986 44986

0,6·La dovoljenega puščanja 134958 134958

0,4·La dovoljeno puščanje

penetracij tipa C 89972 89972

La za NEK 224930 224930

Navodila za meritve puščanja zadrževalnega hrama tipa B in C so opisana v posebnem

postopku. Med testne zahteve spada zahteva, da mora biti zapiranje izolacijskih ventilov


46

zadrževalnega hrama izvedeno z normalnim zapiranjem brez dodatnega dotegovanja ali

kakršnegakoli nastavljanja ventilov, kot je na primer ročno zategovanje daljinsko vodenega

ventila po zapiranju. Tudi večkratno zapiranje za izboljšavo testnih rezultatov ni

dovoljeno. Vse sisteme je potrebno zdrenirati in odzračiti do te mere, da se zagotovi, da so

izolacijski ventili posameznega sistema lahko testirani z zrakom pri predpisani testni tlačni

razliki preko posameznega izolacijskega ventila. Po končanem testiranju morajo biti testni

priključki zaprti z instaliranimi čepi.

V stanju elektrarne, ko je že zahtevana integriteta zadrževalnega hrama, se lahko še

izvajajo testi prepuščanja ventilov s posebno pozornostjo, saj mora biti vedno vzdrževana

enojna bariera za preprečitev izpusta radioaktivnih snovi iz zadrževalnega hrama. Pred

gretjem sistemov elektrarne morajo biti vsa dela in testiranja končana ter integriteta

zadrževalnega hrama vzpostavljena z dvojno bariero. To je lahko avtomatski, ročni,

protipovratni ventil ali pa slepa prirobnica. Električno napajanje oziroma instrumentacijski

zrak morata biti razpoložljiva za upravljanje s posameznimi ventili.

Za lažje izvajanje testov je priporočeno, da imajo izvajalci testa, ki se nahajajo na več

različnih lokacijah, med seboj vzpostavljeno dodatno komunikacijsko zvezo z radijskimi

postajami.

Za primer testiranja izolacijskih ventilov zadrževalnega hrama je predstavljen enostavni

primer testiranja ventilov z oznakama 8046 in 8047 na sliki 4.9.

Slika 4.9: Enostavni primer testiranja ventilov [4]


47

Pri testiranju nepovratnega ventila 8046 se mora vzpostaviti položaj ventilov, kot je

prikazano v tabeli 4.5.

Tabela 4.5: Položaj ventilov za test ventila 8046

Oznaka ventila

Položaj ventila med

normalnim

obratovanjem

Položaj ventila za

test

LCV-178 Odprt Zaprt

LCV-179 Odprt Zaprt

8045 Odprt Zaprt

8047 Odprt Odprt

11507 Zaprt Odprt

11508 Zaprt Odprt

11509 Zaprt Odprt

Na ventilih 11507, 11508 in 11509 se penetracija zdrenira in potem pripravi za test. Ko so

ventili iz tabele 4.4 v položaju za test, se z instrumentom za testiranje puščanja priključimo

na priključek pri ventilu 11508. Cevovod se med ventili LCV-178, LCV-179, 8045 in 8046

napolni z zrakom in natlači na testni tlak. Instrument meritve puščanja z vzdrževanjem

konstantnega tlaka 3,15 kp/cm2 pokaže, kolikšen pretok zraka je potreben za vzdrževanje

testnega tlaka v izoliranem delu cevovoda, kar se ovrednoti kot puščanje merjenega ventila

8046.

Za meritev puščanja ventila 8047 je potrebno vzpostaviti položaj ventilov, kot je prikazan

v tabeli 4.6.


48

Tabela 4.6: Položaj ventilov za test ventila 8047

Oznaka ventila

Položaj ventila med

normalnim

obratovanjem

Položaj ventila za

test

LCV-178 Odprt Zaprt

LCV-179 Odprt Zaprt

8045 Odprt Zaprt

8047 Odprt Zaprt

11507 Zaprt Odprt

11508 Zaprt Zaprt

11509 Zaprt Odprt

Z instrumentom se priklopimo na priključek pri ventilu 11507. Cevovod se med ventili

LCV-178, LCV-179, 8045 in 8047 napolni z zrakom in natlači na testni tlak. Instrument

meritve puščanja nam pokaže, kolikšno puščanje je v tem delu cevovoda. Če se med

meritvijo sumi, da nam prepušča kateri od ventilov LCV-178, LCV-179 ali 8045, potem se

pripravi razširjena izolacija, da izločimo puščajoči ventil. V primeru, da tega suma ni,

potem se ti dve meritvi pripišeta izolacijskima ventiloma zadrževalnega hrama 8046 in

8047.

Shema meritve z metodo masnega pretoka je prikazana na sliki 4.10.

Slika 4.10: Shema delovanja instrumenta za meritev puščanja

Hitro polnjenje

Kalibr. priključek

Vstopni

priključek

Regulator

tlaka

V1 V2

Merilniki pretoka

V3

Tlačni indikator

SMER PRETOKA →

Izstopni

priključek

LOW

MEDIUM

HIGH

Vent


49

Dovod zraka, ki je v našem primeru instrumentacijski zrak z razvodom po celi elektrarni,

se priključi na vstopni priključek. Na izstopni priključek priključimo cev na merilni

priključek pri ventilu, na katerem izvajamo meritev. Z regulatorjem tlaka nastavimo tlak

testnega zraka na 44,8 psig oziroma 3,15 kp/cm2, katerega odčitavamo na indikatorju tlaka.

Tlačni indikator bo na začetku pokazal padec tlaka, dokler se testni volumen ne napolni do

željenega tlaka. Ventil V3 mora biti v poziciji za meritev, z ventilom V1 polnimo merilno

linijo preko položaja hitro polnjenje, ker je v tej liniji manj upora kot preko merilnih

zaslonk za meritev pretoka. Ko je tlak v cevovodu, na katerem merimo puščanje ventila,

vzpostavljen, prestavimo ventil V1 v položaj za meritev. Ventil V2 mora biti takrat v

položaju za meritev skozi zaslonko z največjim merilnim območjem. Po stabilizaciji

indikacije pretoka se postopoma merilna območja z ventilom V2 prestavljajo proti vedno

bolj natančnemu. Ko je meritev končana, se mora ventil V1 zapreti, ventil V3 pa prestaviti

v položaj »vent«, da se tlačno razbremeni sistem. Po razbremenitvi se merilne cevi še

odstranijo.

Za meritev puščanja uporabljamo dva različna instrumenta proizvajalca Volumetrics z

metodo masnega pretoka. Starejši model je model 14342 in je prikazan na sliki 4.11,

novejši model pa ima oznako 14380 in je prikazan na sliki 4.12. Princip delovanja je kljub

petnajstim letom razlike ostal enak, razlika je samo v teži in velikosti instrumenta.


50

Slika 4.11: Sprednja stran instrumenta Volumetrics, model 14342

Slika 4.12: Sprednja stran instrumenta Volumetrics, model 14380


51

Oba instrumenta imata tri merilna območja, ki so prikazana v tabeli 4.7.

Tabela 4.7: Merilna območja instrumentov

Oznaka merilnega območja Velikost merilnega območja

LOW (NIZKO) 0–200 SCCM

MEDIUM (SREDNJE) 0–2000 SCCM

HIGH (VISOKO) 0–20 SLM (0–20000 SCCM)

Če je indikacija puščanja na visokem območju večja kot 2000 SCCM, potem se ta rezultat

meritve vzame za končnega. V primeru manjše indikacije se prestavi ventil za merilna

območja na srednje merilno območje. Če je indikacija puščanja na srednjem območju večja

kot 200 SCCM, potem se ta rezultat meritve vzame za končnega. V primeru manjše

indikacije se prestavi ventil za merilna območja na nizko merilno območje. Rezultat

meritve na nizkem območju je končni rezultat meritve puščanja za določeni ventil.

Za ventile, pri katerih se zaradi sistemskih pogojev ne more izolirati del cevovoda, je

predviden tako imenovani vodni test. Pri vodnih testih se morajo protipovratni ventili

testirati pri tlaku največ 3,15 kp/cm2, ostali izolacijski ventili pa se lahko testirajo pri

normalnem sistemskem tlaku. Tlak iz sistema primarne hladilne vode se lahko formira med

protipovratnimi ventili. Ta tlak se lahko uporabi kot testni tlak za testiranje protipovratnih

ventilov in ga je potrebno spremljati z lokalno nameščenimi tlačnimi indikatorji, saj mora

biti v času meritve konstanten in stabilen. Na sliki 4.13 je prikazan princip merjenja

puščanja ventilov z vodo v primeru, da je med ventilom formiran zadosten tlak za izvajanje

meritve. Na tlačnem indikatorju Pt preverjamo, da je v sistemu zadosten tlak, medtem ko

imamo odprta ventila z oznakama TC in drenažni ventil. Po razbremenitvi dela cevovoda,

kjer je priključen merilni set, se fleksibilno cev priključi v merilno posodo, ki mora biti na

začetku meritve prazna. Po preteku ene minute je potrebno zapreti drenažni ventil in

TCventil ter odklopiti merilni set iz TC merilnega priključka za TCventilom. Količina

vode v merilni posodi nam pove, kolikšno je puščanje testiranega ventila oziroma se ga

izračuna po enačbi:

𝐿𝑚 =𝑉𝑧−𝑉𝑘

𝑡 (4.11)


52

kjer je:

Lm – izmerjeno puščanje (l/min)

Vz – začetni nivo v merilni posodi (l)

Vk – končni nivo v merilni posodi (l)

t – čas meritve (min)

Slika 4.13: Merilni set za vodno merjenje puščanja ventilov [4]

V primeru, da se tlak ni formiral, je potrebno na mestu, kjer je na sliki 4.13 instaliran tlačni

indikator Pt, priključiti drug kontinuiran vodni vir s tlakom vsaj 3,15 kp/cm2

. Priključna

cev s tlačnim indikatorjem je prikazana na sliki 4.14.

Slika 4.14: Testna cev za priključitev kontinuiranega vodnega vira [4]


53

4.4 PRAKTIČNI PRIMERI POŠKODB VENTILOV

Na ventilih se pojavljajo puščanja zaradi različnih vzrokov. Eden izmed njih je neravna

površina na tesnilnem delu nepovratnega ventila, prikazana na sliki 4.15.

Slika 4.15: Neravna tesnilna površina [4]

Puščanje se večkrat pojavi tudi zaradi različnih nečistoč v sistemu, lahko je to rja zaradi

vlage v suhih cevovodih, ki so iz črnega jekla, lahko so to korozivni produkti, katere medij

v cevovodu odnaša naprej po sistemu in se odložijo na mesta, kjer je manjši pretok.


54

Slika 4.16: Rja v cevovodu [4]

Slika 4.17: Prašni delci v ventilu [4]


55

Slika 4.18: Obloge na ventilu [4]

Na sliki 4.19 se vidijo posledice puščanja ob vretenu ventila. Ker je v primarnih sistemih

borirana voda, se to puščanje že vizuelno prepozna, saj je na ventilu kristaliziran bor, sama

voda pa je izhlapela.

Slika 4.19: Kristaliziran bor ob tesnilu vretena [4]

Na slikah 4.20, 4.21 in 4.22 se vidi prepuščanja ventilov zaradi poškodbe na sedežu ventila

in obrabe diska ventila. Tesnilne površine ventila je potrebno potem obdelati ali zamenjati

z novimi. Omenjene poškodbe so pogoste pri sistemih, kjer so visoki sistemski tlaki ali

veliki pretoki.


56

Slika 4.20: Sledi prepuščanja na sedežu ventila [4]

SLEDI PREPUŠČANJA


57

Slika 4.21: Sledi prepuščanja na disku ventila [4]

SLEDI PREPUŠČANJA


58

Slika 4.22: Risi na disku ventila [4]

Po obdelavi diska se preveri gladkost diska oziroma dobro naleganje s tako imenovanim

plavim odtisom, ki je prikazan na sliki 4.23.

Slika 4.23: Plavi odtis po sanaciji [4]


59

Na sliki 4.24 je prikazano slabo stanje teflonskega sedeža ventila. Ventil je bil pred

meritvijo zamenjan z ventilom z druge lokacije, kjer se meritve prepuščanja niso izvajale.

Poškodbe teflonskega sedeža so nastale pri varjenju ventila na novo lokacijo.

Slika 4.24: Poškodba teflonskega sedeža [4]

Slika 4.25: Ventil po sanaciji [4]


60

4.5 REZULTATI PUŠČANJ

Rezultati meritev puščanja tipa B in tipa C se seštejejo za vse penetracije. Za penetracije,

ki niso bile merjene v zadnjem remontu, se upoštevajo rezultati zadnjih meritev iz prejšnjih

remontov.

V tabeli 4.8 so prikazani rezultati meritev puščanja zadrževalnega hrama tipa A. Po

specifikacijah je dovoljeno puščanje 1 La, v tabeli pa so izračuni iz administrativne limite,

ki znaša 0,75 La.

Tabela 4.8: Rezultati meritev tipa A

Leto

remonta 1989 1992 1996 1999 2007

Dolgoročni

cilj (%) 40,0 40,0 40,0 40,0 40,0

Kratkoročni

cilj (%) 60,0 60,0 60,0 60,0 60,0

Izmerjeno

puščanje (%) 50,0 51,9 43,4 48,0 32,2

V tabeli 4.9 so prikazani rezultati meritev tipa B in tipa C v odstotkih od dovoljenih 0,6 La.

Tabela 4.9: Rezultati meritev tipa B in tipa C

Leto

remonta 2002 2003 2004 2006 2007 2009 2010 2012 2013 2015

Dolgoročni

cilj (%) 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0

Kratkoročni

cilj (%) 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0

Izmerjeno

puščanje (%) 8,03 10,78 9,24 4,11 5,90 12,75 9,99 8,63 8,23 9,71


61

Po prikazanih rezultatih lahko sklepamo, da je zadrževalni hram elektrarne v dobrem

stanju. To pomeni, da je preventivno vzdrževanje izolacijskih ventilov zadrževalnega

hrama ustrezno. Kljub temu se v vsakem remontu izmeri tudi nekaj ventilov s puščanjem

preko administrativne limite, ki pa se jih s korektivnim posegom sanira.

Pravilno in dovolj pogosto vzdrževanje opreme je zelo pomembno za uspešno delovanje

elektrarne tudi v prihodnosti. Trenutno zastavljeni obseg vzdrževanja in določena

frekvenca testiranj se morata tudi v bodoče pravilno prilagajati, kar je še posebej

pomembno za operabilnost ventilov. Velik poudarek bo še posebej potreben na

vzdrževanju opreme tudi v prihodnosti zaradi staranja le-te.


62

5 SKLEP

Zakonodaja je prepoznala pomembnost celovitosti zadrževalnega hrama, ki je četrta

varnostna pregrada primarnih sistemov v Nuklearni elektrarni Krško. V zaključnem delu so

opisani vsi načini in vse vrste meritev prepuščanja tako samega zadrževalnega hrama kot

tudi vseh penetracij, ki prehajajo v ali iz njega. Poseben poudarek je na izolacijskih ventilih

zadrževalnega hrama, saj je teh tudi največ in imajo tako največji vpliv na možnost

prepuščanja zadrževalnega hrama in s tem možnost izpusta radioaktivnih snovi v okolico v

primeru jedrske nesreče. Preverjanje prepuščanja zadrževalnega hrama je zelo pomembno,

zato daje temu velik pomen tudi Uprava Republike Slovenije za jedrsko varnost, saj sama

ali preko pooblaščenih organizacij spremlja same meritve in rezultate le-teh skozi celoten

remont. Seznani se z rezultati, preden izda dovoljenje za naslednji zagon elektrarne.

Posebno poročilo je potrebno oddati upravi tudi pred izvedbo naslednjega remonta.


63

VIRI IN LITERATURA

1 Uradni list RS, št 26/2001, odredba 1595, stran 2809.

2 http://www.nek.si/sl/, 20. januar 2015.

3 dr. Dimic V., Elektrika iz jedrskih elektrarn, 1995, str. 60–61.

4 Interno gradivo NEK.

5 Milan Čopič, Zdravko Gabrovšek, Nuklearna elektrarna Krško, NEK Krško, 1999.

6 http://pxweb.stat.si, [12.8.2016].

7 http://www.ijinmarine.net/apps/blog/types-of-valves-used-on-ships-gate,

[16.5.2015].

8 http://www.enggcyclopedia.com/2012/02/valve-actuators/, [20.10.2015].

9 http://www.valmatic.com/actuation_wormgear.html, [20.10.2015].

[10] http://www.ctgclean.com/tech-blog/2012/03/, [17.3.2015].

[11] http://wermac.org/valves/valves_general.html, [17.3.2015].

[12] http://www2.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/control-

hardware-el-pn-actuation/control-valve-actuators-and-positioners.asp, [16.5.2015].

[13] http://www.hindawi.com/journals/aans/2013/410870/fig1/, [3.9.2015].

[14] http://nuclearpowertraining.tpub.com/h1013v2/css/h1013v2_165.htm,

[10.10.2015].

[15] http://nuclearpowertraining.tpub.com/h1013v2/css/h1013v2_166.htm,

[10.10.2015].

[16] https://en.wikipedia.org/wiki/Ball_valve, [10.10.2015].

[17] http://my-ssp-usa.com/Products/Valves/Needle-Valves/Instrument-Needle-

Valves.aspx, [10.10.2015].

[18] http://www.spiraxsarco.com/Resources/Pages/Steam-Engineering-

Tutorials/pipeline-ancillaries/isolation-valves-linear-movement.aspx#close,

[10.10.2015].

[19] http://data.reefaquarium.com/wp-

content/reefer/2013/08/Plumbing8Swingcheckvalvepics.png, [3.9.2015].

http://www.nek.si/sl/

http://www.ijinmarine.net/apps/blog/types-of-valves-used-on-ships-gate

http://www.valmatic.com/actuation_wormgear.html,%20%5b20.10.

http://www.ctgclean.com/tech-blog/2012/03/

http://wermac.org/valves/valves_general.html

http://www2.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/control-hardware-el-pn-actuation/control-valve-actuators-and-positioners.asp

http://www2.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/control-hardware-el-pn-actuation/control-valve-actuators-and-positioners.asp

http://www.hindawi.com/journals/aans/2013/410870/fig1/

http://nuclearpowertraining.tpub.com/h1013v2/css/h1013v2_165.htm

http://nuclearpowertraining.tpub.com/h1013v2/css/h1013v2_166.htm

https://en.wikipedia.org/wiki/Ball_valve

http://my-ssp-usa.com/Products/Valves/Needle-Valves/Instrument-Needle-Valves.aspx

http://my-ssp-usa.com/Products/Valves/Needle-Valves/Instrument-Needle-Valves.aspx

http://www.spiraxsarco.com/Resources/Pages/Steam-Engineering-Tutorials/pipeline-ancillaries/isolation-valves-linear-movement.aspx#close

http://www.spiraxsarco.com/Resources/Pages/Steam-Engineering-Tutorials/pipeline-ancillaries/isolation-valves-linear-movement.aspx#close

http://data.reefaquarium.com/wp-content/reefer/2013/08/Plumbing8Swingcheckvalvepics.png

http://data.reefaquarium.com/wp-content/reefer/2013/08/Plumbing8Swingcheckvalvepics.png


64

[20] Gortnar O., Ventili, Izobraževalni center za jedrsko tehnologijo »Milana Čopiča«,

2000.

[21] Đonlagić D., Tovornik B., Krmilni ventili, 1997.

[22] Decker Karl-Heinz, Elementi strojeva, 1987.

[23] Hrženjak J., Spoznavanje strojnih elementov, 1989.

[24] Smith P., Zappe R.W., Valve selection handbook, fifth edition, 2004.

[25] Nesbitt B., Handbook of Valves and Actuators, 2007.

[26] Mechanical science, modul 4, valves, DOE-HDBK-1018/2-93, 1993.

[27] U.S. Nuclear Regulatory Commission Regulations: Title 10, Code of Federal

Regulations, Appendix J to Part 50—Primary Reactor Containment Leakage

Testing for Water-Cooled Power Reactors.

[28] NEI 94−01, Industry guideline for implementing performance−based option of 10

CFR part 50, appendix J, July 2012.

[29] ANSI/ANS 56.8-1994, Containment system leakage testing requirements.

[30] NUREG/CR-3549, Evaluation of Containment Leak Rate Testing Criteria, March

1984.

[31] Cincinnati Test Systems, Inc., Application bulletin #141, junij 2004.

[32] Nondestructive Testing Handbook, Second Edition.

[33] Training guidelines in non-destructive Testing Techniques: Leak Testing at Level

2, IAEA, 2012.

[34] VOLUMETRICS local leak rate monitor model 14380 user manual, 2007.

[35] Leakage Rate Testing Seminar, Chicago Illinois, 2014.


65

PRILOGE

PRILOGA A: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE

ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV


66

PRILOGA B: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA

Documents

PREVERJANJE PREPUØóANJA IZOLACIJSKIH VENTILOV ... · Associates Inc., izvajalca del na gradbiÙôu sta bili domaôi podjetji Gradis in Hidroelektra, montaÛo pa sta izvajala HidromontaÛa