Кратко рассматривается суще­ствующая система эксплуатационного контроля оборудования и трубопрово­дов 1-го контура на АЭС с реакторны­ми установками типа ВВЭР и РБМК, включая контроль механических свойств и целостности металла, а также при­меняемые средства контроля и их технические характеристики.

Об авторах

 

Григорьев Михаил Владимирович 

В 1971 году окончил ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина) по специаль­ности «Электроакустика и ультразву­ковая техника». Первый заместитель генерального директора НИКИМТ, кан­дидат техн. наук. Основные научные интересы связаны с созданием техноло­гий и средств автоматизированного НК оборудования и трубопроводов АЭС. Автор более 70 научных трудов.

 

 

 

 

Бакиров Марат Баязитович 

 Директор Центра материалове­дения и ресурса ВНИИАЭС. Кандидат техн. наук. Лауреат премии СМ СССР. Основные научные интересы - создание технологий и средств, базирующихся на безобразцовых методах исследова­ния механических свойств материалов.

 

 

 

Эксплуатационный контроль состояния металла корпусов ре­акторов и трубопроводов, являющихся физическими барьерами на пути распространения ионизирующего излучения и радиоактивных веществ в окружающую среду, является составной частью системы технических мер по защите барьеров и сохранению их эффектив­ности.

Механические свойства и структура металла корпусов реак­торов и трубопроводов АЭС могут изменяться как под действием радиационного излучения, так и в результате термического и сило­вого воздействия. Различные механизмы старения металла (тер­мическая, мало-многоцикловая усталость, эрозионно-коррозионный износ, общая и местная коррозия и т. д.) характеризуются контролируемыми эффектами - изменением прочностных и плас­тических свойств, растрескиванием, утонением стенки трубопро­вода и т.п. В связи с этим контроль за состоянием металла является одним из основных способов обеспечения безопасной эксплуатации АЭС.

Контроль механических свойств металла корпусов реакторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 

Механические свойства металла корпусов контролируются с помощью образцов-свидетелей, устанавливаемых в оборудование согласно требованиям конструкторской документации, или с ис­пользованием безобразцового метода.

Разрабатываемые в последние годы безобразцовые методы и средства контроля механических свойств металла обладают сле­дующими преимуществами:

-        контроль выполняется в одних и тех же зонах, что позволяет проследить динамику процессов;

-        контролю подвергаются зоны с наибольшим усталостным по­вреждением металла;

-        уменьшается облучение персонала при проведении работ.

Методика безобразцового НК базируется на совместном ис­пользовании метода кинетической твердости, акустической эмис­сии и магнитного метода.

Метод кинетической твердости заключается в непрерывной регистрации процесса вдав­ливания индентора в координатах: «нагрузка на индентор - глубина внедрения индентора в поверхность исследуемого материала - текущая скорость внедрения индентора», которая в интегральной форме дает информацию о физико-механических свойствах материала.

При анализе природы начала перехода от упругости к текучести обнаружен эффект вы­соких акустических сигналов при наступлении текучести материала под индентором. Это легло в основу созданного приборного комплекса и новой методики: непрерывной записи не только нагрузки, глубины, скорости, но и параметров акустической эмиссии (число импульсов в еди­ницу времени, суммарное число импульсов, энергия сигналов) в процессе вдавливания шаро­вого индентора.

Использование новой методики и приборного комплекса позволяет безобразцовым методом физически аргументированно и надежно определять предел текучести, а также регистрировать начало зарождения и роста зоны пластической деформации и оценивать характеристики хрупкости и трещиностойкости (как по оценке уста­лостных трещин, так и по оценке зарождения трещин при больших упругопластических дефор­мациях) высокопрочных, радиационно охрупченных материалов.

Новый метод натурной неразрушающей оценки степени усталост­ного повреждения основан на известном явлении изменения коли­чества ферритной фазы в аустенитных материалах, обусловленном трансформацией кристаллической решетки у-фазы аустенита в а - и 8-феррит под действием циклической нагрузки. Происходящие на микроуровне изменения структуры материала носят аддитивный ха­рактер в течение эксплуатации и в результате становятся инициа­торами макроразрушения элемента при его нагружении. Моделируя данный процесс локальным нагружением материала методом вдав­ливания шарового индентора, по скорости прироста ферритной фазы в процессе деформирования можно оценить накопленную усталость элемента в данном месте. Принцип измерения ферритной фазы основан на различии магнитных свойств парамагнитного аустенита и ферромагнитного феррита, для чего разработан специализированный токовихревой индукционный датчик, совмещенный в одном блоке с инденторным узлом.

Используемые ПОДХОДЫ и технические ре­шения, лежащие в основе предлагаемой мето­дики и автоматизированного приборного комп­лекса (рис.1) для ее промышленной реализации, защищены патентами России, США и Германии. Приборные средства аттестованы в ГОССТАНДАРТе РФ для безобразцового определения прочностных характеристик сталей.

Рис. 1 Схема определения срока службы металла корпусов ВВЭР после длительных сроков эксплуатации

 

  К настоящему времени накоплен большой опыт натурного контроля механических свойств корпусов реакторов типа ВВЭР после длитель­ных сроков эксплуатации на АЭС России, Герма­нии, Болгарии, Чехии и Словакии.

Контроль механических свойств металла трубопроводов АЭС с реакторами ВВЭР и РБМК

Для контроля механических свойств ме­талла трубопроводов применяется тот же при­борный комплекс, что и для контроля корпусов реакторов ВВЭР, но со специальной оснасткой для крепления аппаратуры на трубопроводах (рис. 2). Использование данного приборного комплекса позволило практически полностью перейти на безобразцовую технологию контроля механических свойств и, тем самым, отказаться от вырезки участков трубопроводов, что в свою очередь исключило затраты на восстановитель­ные работы по вварке вставок.

Рис. 2

 Контроль целостности металла оборудования и трубопроводов АЭСс реакторами ВВЭР и РБМК

 

В настоящее время в НИКИМТе создан комплекс из 11 систем эксплуатационного конт­роля оборудования и трубопроводов.

Разработка такого комплекса на базе ульт­развукового, вихретокового и телевизионного методов НК осуществлялась, прежде всего, в це­лях обеспечения:

-        максимально возможной достоверности оцен­ки качества контролируемого объекта;

-        безопасных условий труда операторов-дефектоскопистов при контроле оборудования и трубопроводов в условиях повышенного ра­диационного фона;

-        высокой производительности контроля.

Первое требование реализуется, как правило, за счет:

-        многоканальных (до 64 каналов) высокочувствительных компью­теризированных ультразвуковых дефектоскопов и акустических систем, обеспечивающих прозвучивание металла в различных направлениях (под различными углами) и различными методами (эхо-методом, тандем-методом, дельта-методом и др.);

-        манипуляторов (механизмов сканирования) с аппаратурой управле­ния, обеспечивающих выполнение процесса сканирования строго по заданной в методике (технологии) траектории перемещения преобразователей;

-        аппаратуры, обеспечивающей автоматическую обработку, в том числе с использованием принципов многочастотной голографии, и регистрацию результатов контроля на открытый носитель;

-        устройств, обеспечивающих контроль за акустическим контактом с регистрацией информации.

Второе и третье положения требуют автоматизации процесса контроля и реализуются за счет создания высокопроизводительных манипуляторов, аппаратуры управления, обработки и регистрации результатов контроля, обладающей достаточной мобильностью, ми­нимальной массой и габаритами, возможностью быстрой перестройки на различные типоразмеры контролируемых объектов. Необходимо обеспечить удаление оператора-дефектоскописта на расстояние до 200 м от контролируемого объекта.

Как правило, обработка результатов осу­ществляется как из стационарных пультовых помещений АЭС, так и из транспортируемых кабин-пультовых, входящих в состав комплекса. При разработке систем контроля учтены конст­руктивные особенности контролируемого обору­дования и трубопроводов и специфика их изгото­вления. На рис. 3 приведена общая блок-схема систем автоматизированного контроля, применяе­мых при оценке состояния целостности металла.

Рис. 3

 Перечень и основные характеристики сис­тем УСК-213, СК-187 и СК-187.04 для автоматизированного эксплуатационного НК корпусов реакторов приводятся в Приложении к данному номеру журнала.

Для уменьшения облучения персонала при проведении контроля трубопроводов АЭС, а так­же с целью повышения надежности и достовер­ности контроля разработаны автоматизирован­ные установки для ультразвукового контроля:

-        каналов РБМК (технологических и СУЗ) - СК06, СК26;

-        кольцевых сварных швов трубопроводов Ду800 и коллекторов Ду900 - 38-СК012;

-        продольных сварных швов трубопроводов Ду800 и коллекторов Ду900 - 38-СК013;

-        основного металла и сварных швов гибов тру­бопроводов Ду800 - 38-СК014;

-        днищ коллекторов Ду900 и сепараторов пара - 38-CK015 и 38-СК020.

Установка СК06 (СК26) предназначена для ультразвукового контроля циркониевой трубы и верхнего и нижнего переходников цирконий- сталь. Она состоит из транспортно-сканирующего устройства, механизма центровки и вращения, четырех сменных ультразвуковых преобразователей, аппаратуры управления, ультразвукового дефектоскопа и стенда настроечного. Один из преобразователей позволяет выявлять различно ориентированные трещины в циркониевой части ТК и каналов СУЗ; второй предназначен для экс­пресс контроля циркониевой части с целью вы­явления вертикальных трещин; третий - для контроля переходников, анализа обнаруженных трещин в средней части канала и контроля свар­ных швов в нижней части каналов СУЗ; четвер­тый преобразователь предназначен для измере­ния геометрических размеров циркониевой части канала.

Ультразвуковой контроль проводят на частоте SMHj эхо-импульсным и тандем-мето­дом в иммерсионном варианте при непрерывном реверсном вращении преобразователя.

Аппаратура управления и ультразвуковой дефектоскоп располагаются на расстоянии до 40 м от места контроля.

Установки 38-СК012, 38-СК013, 38-СК014, 38-СК05 и 38-СК020 составляют комплекс оборудования, в котором аппаратура управления, аппаратура регистрации и ультразвуковой дефектоскоп используются с любой из этих уста­новок.

Прозвучивание сварных швов и основного металла проводят многоэлементными искатель­ными системами без поперечного сканирования.

При контроле информация с ультразвуко­вого дефектоскопа поступает на аппаратуру регистрации, где обрабатывается и отобра­жается на дисплее. По окончании контроля получают изображение трех проекций сварного шва, на которых указываются отметками разного цвета все дефекты, превышающие по величине поисковый уровень чувствительности. При даль­нейшей обработке результатов контроля полу­чают протокол с указанием величины и места расположения всех дефектов и необходимой служебной информации.

Аппаратная часть и ультразвуковой дефек­тоскоп при проведении контроля могут распола­гаться на расстоянии до 200 м от контролируе­мого объекта.