В статье описывается опыт работы Лаборатории ме­таллов, осуществляющей НК на ЛАЭС - одной из базовых атомных станций России - как в процессе эксплуатации, так и в процессе ремонта, изготовления и реконструкции энерго­блоков. Особое внимание уделяется методам и средствам ультразвукового контроля сварных соединений трубопроводов.

Об авторах 

 

 

 

Петров Анатолий Алексеевич 

Заместитель начальника от­дела ядерной безопасности и надеж­ности (ОЯБиН) по материаловедению

 

 

 

Быков Владимир Павлович 

Начальник Лаборатории метал­лов ОЯБиН ЛАЭС

 

 

 

Шнель Олег Оскарович 

Руководитель участка ультра­звукового контроля Лаборатории металлов ОЯБиН ЛАЭС

 

 

Ленинградская АЭС расположена в 80 км западнее Санкт-Пе­тербурга на южном берегу Финского залива Балтийского моря. Станция включает в себя 4 энергоблока электрической мощностью 1000 МВт каждый. Энергетический пуск первого энергоблока состоялся в 1973 г., а трех последующих - соответственно в 1975, 1979 и 1981 годах.

Схема каждого энергоблока ЛАЭС одноконтурная. Реактор РБМК - канальный с кипящим теплоносителем, обеспечивает паром две турбины К-500-65/3000. Циркуляция теплоносителя через реактор осуществляется по двум независимым петлям контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ), каждая из которых обеспечивает охлаждение левой и правой половины реактора.

Технологическая схема энергоблока с реактором РБМК-ЮОО

 Оборудование и трубопроводы ЛАЭС изготовлены из различных материалов с учетом спе­цифики технологических процессов. Для контура МПЦ, парового и конденсатно-питательного тракта применены следующие основные типы материалов: аустенитная сталь; перлитная сталь; перлитная сталь, плакированная аустенитной сталью; сплавы на основе циркония.

Для обеспечения контроля качества основного металла и сварных соединений оборудования и трубопроводов ЛАЭС широко используются радиографический, ультразвуковой, капиллярный, газовый и, в меньшей степени, магнитопорошковый методы контроля.

НК на ЛАЭС выполняет лаборатория металлов (ЛМ), которая является структурным подразделением отдела ядерной безопасности и надежности. Несмотря на то, что многие специалисты имеют право ра­боты и выдачи заключений по нескольким видам контроля, важным шагом в повышении качества НК на ЛАЭС стало создание в ЛМ на базе отдельных групп специализированных участков. Это позволило за счет более узкой специализа­ции повысить квалификацию персонала и интен­сифицировать работу по направлениям. В настоя­щий момент структуру ЛМ составляют участок рентгено-гамма, капиллярного и газового конт­роля, участок УЗК и МПД и группа подготовки производства.

НК на ЛАЭС включает контроль в процессе эксплуатации (эксплуатационный контроль) и контроль в процессе ремонта, изготовления и реконструкции энергоблоков (технологический контроль).

Одним из основных руководящих докумен­тов по эксплуатационному контролю является типовая инструкция эксплуатационного контро­ля, которая разработана головным НИИ отрасли и согласована с Госатомнадзором России. Типо­вая инструкция определяет объемы, методы, периодичность и методики контроля систем, важ­ных для безопасности АЭС. На основании этой инструкции ЛМ составляет рабочие программы эксплуатационного контроля на каждый энергоблок, в которых конкретно указываются объекты, методы, объемы и нормативно-технические документы контроля.

Первая очередь ЛАЭС сооружалась по национальным нормати­вам, которые за период эксплуатации неоднократно совершенство­вались. Для приведения энергоблоков ЛАЭС в соответствие с совре­менными требованиями по обеспечению безопасности реакторов проводится реконструкция действующего оборудования и систем, важных для безопасности энергоблоков, последовательная реали­зация которой началась в 1989 г. и в основном завершена на I, II и III блоках, а на IV - находится в стадии завершения. В результате реконструкции на ЛАЭС выполнен большой объем работ по созданию на I и II блоках дополнительных систем безопасности, при этом ЛМ выполнила весь технологический контроль.

В связи с тем, что в 2003 г. заканчивается проектный срок эксп­луатации I-го, а в 2005 - II-го блоков, на ЛАЭС создана и выполняется программа обеспечения продления срока их службы. В рамках данной программы на ЛМ возложены задачи по диагностике основного ме­талла и сварных швов трубопроводов и оборудования методами НК.

Практически, с начала своей деятельности ЛМ проводит совместную работу, направленную на создание методик и решение проблем НК, с ведущими НИИ, работающими в области НК для атомной энергетики (ЦНИИТМАШ, НИКИМТ, ЦНИИ КМ "Прометей").

В свое время возникла необходимость УЗ-контроля сварных швов аустенитных трубопроводов малого диаметра 076*4 , 057*3,5, основной проблемой которого была плохая селекция полезного эхо- сигнала из-за малой толщины и наличия отражений от внутреннего валика и проточек. Данная задача была решена, по предложению Б. А. Круглова (ЦНИИ КМ "Прометей"), за счет применения хордового ПЭП, который нечувствителен к геометрическим отражениям, но довольно уверенно фиксирует плоскостные дефекты.

С 1994 г. ЛМ активно сотрудничает с НПЦ "Эхо+" (Москва). ЛАЭС приобрела несколько комплектов УЗ-системы с топографической визуализацией дефектов (Авгур-4.2, Авгур-4.2ТМ). На первом этапе экспертный контроль сварных швов проводился совместно со специалистами "Эхо+", при этом анализ и выдачу заключений (т.е. самые сложные и ответственные элементы контроля) выполняли московские коллеги. В то же время наши специалисты обучались работе на этих системах на курсах в Москве, много занимались практической работой, активно перенимали опыт, и в 1999 г. после сдачи соответствующих экзаменов 3 специалиста ЛАЭС получили право самостоятельной работы (проведение контроля, анализ ре­зультатов и выдача заключений) на оборудовании серии "Авгур".

Именно на ЛАЭС впервые была практически применена система "Авгур-4.2" на трубопроводах Ду-800 0838*38. Применение данной системы позволило получить большой экономический эффект за счет определения характера и размеров дефектов, что позволило избе­жать неоправданного ремонта трубопроводов.

Примером плодотворного сотрудничества стало решение одной из важных для станции задач по УЗ-контролю сварных швов трубопро­водов Ду-300.

В процессе эксплуа­тации ЛАЭС в зоне тер­мического влияния (ЗТВ) сварных швов трубопро­водов 0325*12-16, выпол­ненных из аустенитной стали 08Х18Н10Т, появи­лось межкристаллитное коррозионное растрески­вание под напряжением. Металлографическими исследованиями, проведенными специалистами ЛАЭС, НИКИЭТ, ВНИПИЭТ, ЦНИИ КМ "Прометей", определено, что трещи­ны развиваются от внут­ренней поверхности тру­бопровода в околошовной зоне в пределах 3 - 5 зе­рен ЗТВ. Основным ви­дом контроля для данных сварных соединений являлась радиография, с помощью которой и были выявлены первые трещины. Чувствительность радиографичес­кого метода при просвечивании через две стенки составляла 0,3 мм, что не позволяет выявлять дефекты на ранней стадии развития. В связи с этим было принято решение разработать метод более ран­него обнаружения межкристаллитного коррозионного растрескивания. Данная задача была успешно решена благодаря созданной специа­листами ЛАЭС и ЦНИИ КМ "Прометей" методики ТИ-ЛМ-2-95 "УЗ-конт- роль сварных швов аустенитных трубопроводов 0325 мм."

Проблемы УЗ-контроля сварных швов аустенитных трубопрово­дов общеизвестны, поэтому при разработке методики было принято во внимание, что межкристаллитные трещины зарождаются и развиваются вне зоны наплавленного металла и не "заходят" в дендритную структуру шва. Это позволяет для обнаружения таких дефектов применить при УЗ-контроле сдвиговые волны с частотой колебаний 4 МГц (т. е. серийно изготавливаемые ПЭП) и технологию проведения контроля, незначительно отличающуюся от технологии контроля сварных швов перлитных сталей.

Опытно-промышленная эксплуатация раз­работанной методики и металлографические исследования с измерением размеров вскрытых трещин подтвердили правильность выбранного подхода. Анализ показал, что по данной мето­дике уверенно выявляются трещины с высотой и раскрытием более и 0,04 мм соответственно. Эти размеры дефектов далеки от критических.

Опыт контроля с 1995 г. сварных швов (более 3000) аустенитных трубопроводов пока­зал, что УЗК обеспечивает как выявление всех дефектов, обнаруженных радиографией, так и дефектов, не выявляемых ею. Следовательно, для выявления эксплуатационных дефектов плоскостного характера, УЗ-контроль имеет преимущество перед радиографией.

Однако по данной методике не преду­смотрено прозвучивание через наплавленный металл шва и, следовательно, для контроля обеих ЗТВ необходим двусторонний доступ ко шву. В то же время на Ленинградской АЭС, из-за конструктивных особенностей (наличие тройни­ков, гибов и т.д.), около 15 % сварных соедине­ний трубопроводов Ду300 имеют односторонний доступ, и контроль таких швов ультразвуковым методом является неполным.

Одним из способов решения данной проблемы, по мнению специалистов ЛАЭС, может стать применение ПЭП, имеющих композитную пластину. В 1999 г. станция получила такие преобразователи серии MWK фирмы "Krautkramer". Первые опыты показывают, что такие ПЭП по сравнению с обычными имеют более высокое соотношение сигнал/шум, что позволяет использовать их для выявления дефектов при прозвучивании через наплавленный металл шва.

Начиная с 1992 г., специалисты ЛМ ЛАЭС активно сотрудничают с зарубежными организаци­ями, занимающимися проблемами НК в атомной энергетике. Это надзорный орган по ядерной безопасности Финляндии (STUK), ГостехНИЦ Финляндии (VTT), фирма "Polartest" (Финлян­дия), АВВ TRC (Швеция), "TECNATOM" (Испания).

Поддерживая постоянные контакты со своими зарубежными коллегами, специалисты ЛАЭС обмениваются опытом, знакомятся с технологиями и методами проведения НК, проходят курсы обучения и сертификацию на право работы с поставляемым обору­дованием. В конце 1999 г. четверым специалистам, включая начальника лаборатории и начальника участка УЗК, в норвежском аттеста­ционном центре предстоит сертификация на III уровень УЗК по системе EN473/NORDTEST.

Результатом сотрудничества явилось осна­щение Лаборатории металлов современным оборудованием НК, таким как:

• УЗ-дефектоскопы Epoch-ll, Epoch-Ill (фирма "Panametrtics"), USN-52 (фирма "Krautkramer");
• УЗ-толщиномеры DL26 (фирма "Panametrtics"), DM4E, DMS (фирма "Krautkramer");
• рентгеновские аппараты ИЗОВОЛЬТ, ЭРЕСКО (фирма "Rich. Seifert");
• автоматизированные УЗ-системы "SUMIAD/ MASERA" (TECNATOM, Испания), система, реализующая метод "SAFT' (Германия), система "Tomoscan/TOFD" (ABB TRC, Швеция).

Автоматизированные системы УЗК позволяют визуализировать отражатель и определять его размеры, близкие к реальным, на основе чего в каждом конкретном случае после прочностного расчета принимаются инженерно-обоснованные решения о дальнейшей экс­плуатации объектов. Применение автоматизированных систем также весьма актуально в условиях повышенного радиационного фона.

Последней поставкой в августе 1999 г. стала система НК (фирма "КгаиНидтег Japan", Япония) технологических каналов (ТК) реакто­ров. Это оборудование позволяет измерять внутренний диаметр, тол­щину стенки, пространственную кривизну, толщину оксидного слоя, а также проводить УЗК ТК. Контролю подлежат циркониевая часть канала, сварные соединения сталь - сталь и наиболее сложные с точки зрения УЗК диффузионные сварные соединения цирконий - сталь. Контроль осуществляется автоматически посредством верти­кального перемещения зонда с вращающейся УЗ-головкой, на кото­рой установлены ПЭП с композитной пластиной, при этом контакт­ной жидкостью является контурная вода, находящаяся в канале.

Имеющиеся на ЛАЭС автоматизированные системы отличаются между собой как по принципу получения данных, так и по принципу обработки результатов контроля, но все они направлены на выявление и определение вида и размеров де­фектов.

Необходимо отметить, что внедрение автома­тизированных систем УЗК связано с некоторыми трудностями, которые обусловлены отсутствием нормативной базы, устанавливающей порядок при­менения, структуру и состав методик АУЗК, нормы разбраковки изделий, основанные на возможности систем оценивать размеры дефектов и т. д.

Несмотря на то, что в настоящее время ЛАЭС является одним из предприятий, оснащен­ных самым современным оборудованием НК, и имеет персонал с высоким уровнем квалифика­ции, коллектив Лаборатории металлов не оста­навливается на достигнутом. Постоянно прово­дятся работы по повышению качества НК, а следовательно, повышению безопасности эксп­луатации АЭС.

 Система "SAFT' (синтетическая структура эхо-сигнала)

Сканер РЕТ-ВТА системы автома­тизированного УЗК фирмы TECNATOM