Разработка метода оценки подрастания трещиноподобных дефектов в сварных соединениях трубопроводов в процессе длительной эксплуатации для обоснования продления срока службы оборудования АЭС

• Автор: Чуваев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ИЗМЕНЕНИЙ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ АЭС ИЗ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1 Характер и механизм повреждений трубопроводов из сталей аустенитного класса
1.2 Влияние старения на изменение механических свойств коррозионно-стойких сталей аустенитного класса и их сварных соединений. Оценка механических свойств металла трубопроводов Ду 300 и Ду 500 в процессе длительной эксплуатации
1.3 Учет в нормативных документах, регламентирующих расчет на прочность оборудования и трубопроводов РУ АЭС, подрастания трещиноподобных дефектов
в процессе эксплуатации
Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ. МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ СРОКОВ
ЭКСПЛУАТАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ АЭУ ТЕРМИЧЕСКИМ СТАРЕНИЕМ
2.1 Материал для исследования
2.2 Основные положения метода моделирования. Построение номограммы для определения режимов старения. Выбор режимов термического старения, моделирующих длительный срок эксплуатации
2.3 Модельные образцы и режимы термодеформационного старения при испытании на модернизированной машине УП-300 и на специальном стенде ЦНВД
2.4 Методики проведения испытаний и исследований
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВЫРЕЗОК ИЗ ТРУБОПРОВОДОВ ДУ 300 И ДУ 500 ПОСЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ИЗГОТОВЛЕННЫХ НАТУРНЫХ КАТУШЕК. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СТАРЕНИЯ
3.1 Определение механических свойств при растяжении и ударном изгибе
3.2 Исследование статической трещиностойкости
3.3 Исследование циклической трещиностойкости

3.4 Результаты измерения твердости
3.5 Результаты измерения микротвердости
3.6 Исследование многоцикловой усталости
3.7 Исследование стойкости против межкристаллитной коррозии
3.8 Механические критерии и параметры оценки технического состояния
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВЫРЕЗОК ИЗ ТРУБОПРОВОДОВ ДУ 300 И ДУ 500 ПОСЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ИЗГОТОВЛЕННЫХ НАТУРНЫХ КАТУШЕК. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СТАРЕНИЯ
4.1 Исследование микроструктуры металла различных зон сварных соединений
4.2 Определение содержания ферромагнитной фазы в металле шва
4.3 Структурные критерии и параметры оценки технического состояния
Выводы по главе
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ ПОДРАСТАНИЯ ТРЕЩИНОПОДОБНЫХ ДЕФЕКТОВ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И УСЛОВИЙ НАГРУЖЕНИЯ
5.1 Характеристики циклической трещиностойкости металла сварных соединений трубопроводов, используемые для проведения расчетов
5.2 Учет влияния длительной эксплуатации и условий нагружения при оценке подрастания трещиноподобных дефектов на основе нормативных расчетных зависимостей по скорости роста трещин
5.3 Учет влияния длительной эксплуатации и условий нагружения при оценке подрастания трещиноподобных дефектов на основе экспериментальных данных по скорости роста трещин, полученных для конкретного оборудования
Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Список использованных источников

В настоящее время ряд энергоблоков АЭС уже выработал свой проектный срок службы (30 лет) или приближается к нему. Для дальнейшей эксплуатации энергоблоков, достигших проектного срока службы, а также для разработки проектов АЭС нового поколения со сроком службы более 30 лет необходимо обеспечение безопасной эксплуатации оборудования АЭС на новые, более длительные сроки службы. Поэтому вопросы обоснования продления срока службы атомного энергооборудования с обеспечением его безопасной эксплуатации становятся в настоящее время все более важными и актуальными.
По существующим в атомной энергетике нормативным документам РД ЭО 0185-2006 и РД ЭО 0330-2001 продление срока службы энергоблоков АЭС проводится при выполнении большого комплекса регламентированных мероприятий, включающих, в том числе, оценку технического состояния и расчет остаточного ресурса элементов энергоблоков с учетом фактического уровня механических свойств и выявленных при эксплуатации дефектов. Расчет остаточного ресурса, определение допускаемых размеров дефектов, обоснование концепции «течь перед разрушением» выполняют с учетом подрастания трещиноподобных дефектов в процессе эксплуатации.
Так как оборудование АЭУ эксплуатируется в условиях термического, механического, коррозионного и радиационного воздействий, то необходимо определить влияние эксплуатационного воздействия на изменение свойств металла оборудования и трубопроводов в процессе эксплуатации, что позволит прогнозировать их изменение на продлеваемый срок службы. В связи с этим для обеспечения безопасной эксплуатации актуальным становится усовершенствование прочностных расчетов по обоснованию продления срока службы с учетом длительных сроков эксплуатации.
Особое внимание при этом следует уделять сварным соединениям ввиду их химической, структурной и механической неоднородности и наличию остаточных напряжений, вызванных сваркой. Наибольшее количество повреждений трубопроводов имело место именно в зонах сварных соединений. В связи с этим в диссертационной работе был выполнен комплекс экспериментальных исследований и на его основе разработан метод оценки подрастания трещиноподобных дефектов в сварных соединениях трубопроводов с учетом влияния длительных сроков эксплуатации и условий нагружения.

2. Рабочее нагружение при 400 °С.
2.1. Циклическое нагружение модели при деформации по наружному волокну еа=0,1% (размах Де=0,2%). Общее число циклов нагружения модели N=23 ООО при температуре 400 °С.
2.2. Выдержка при деформации еа=0,265% в течение 14 суток при температуре 400 °С.
Этапы нагружения: I - статическое нагружение модели при 200°С до деформации растяжения £пш=0,2%; На - циклическое нагружение модели при температурах 200°С и 400°С, Пб -выдержка при деформации еа=0,265% в течение 14 суток при температуре 400 °С.
Рисунок 2.7 - Схема термодеформационного циклического нагружения модельной катушки Ду 300.
Условия испытаний па специальном стенде ЦНВД-10.
Для проведения исследований термодеформационного старения материалов в условиях циклического нагружения внутренним давлением при повышенных температурах был спроектирован и изготовлен в ЦНИИТМАШ стенд ЦНВД-10. Стенд предназначен для проведения исследований по термодеформационному старению на полномасштабных конструктивных элементах трубопроводов и сосудов, а также на модельных образцах натурных типоразмеров. На стенде испытывали модельный образец, изготовленный на основе катушки №3. Внешний вид и конструктивное исполнение модельного образца для испытаний на Стенде представлено на рисунках 2.8 и 2.9 соответственно.