РУКОВОДСТВО

ПО ПРИМЕНЕНИЮ КОНЦЕПЦИИ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕЧЬ ПЕРЕД РАЗРУШЕНИЕМ К ТРУБОПРОВОДАМ АЭУ

Р-ТПР-01-99

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

Первый заместитель министра

Л.Д. Рябев

19 февраля 1999 г.

Руководитель департамента

Министерства Российской

Федерации по атомной энергии

Н.И. Ермаков

19 февраля 1999 г.

Москва 1999

Предназначено для организаций и предприятий, осуществляющих проектирование конструирование, изготовление, монтаж и эксплуатацию оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (АЭУ) с водо-водяными и водографитовыми реакторами (АЭС с реакторами ВВЭР и РБМК, АТЭЦ, АСТ, АСПТ, исследовательские и опытные реакторы и установки), на которые распространяются «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» /ПНАЭ Г-7-008-89/.

Содержит необходимые предпосылки и основные положения для обоснования и реализации концепции течь перед разрушением (ТПР) применительно к трубопроводам и тонкостенным компонентам гранил давления вновь проектируемых и действующих АЭУ.

Включает перечень требуемых исходных данных, порядок и методы проведения расчетов с использованием различных процедур, базирующихся на методах механики разрушения и термогидравлическом анализе.

Положения руководства по расчетному анализу постулируемых трещин методами механика разрушения допускается применять для обоснования целостности границ давления иных АЭУ, например, БН и РУ малой мощности.

РАЗРАБОТАНО: Инженерным Центром Прочности. Надежности и Ресурса Оборудования Атомной Техники Минатома России (ИЦП МАЭ) с участием НИКИЭТ и Инженерного центра диагностики (ИЦД НИКИЭТ)

ИСПОЛНИТЕЛИ: В.А. Киселев (ИЦП МАЭ). Е.Ю. Ривкин (НИКИЭТ), Ю.В. Королев (ИЦП НИКИЭТ).

ВНЕСЕНО: ИЦП МАЭ (директор С.В. Европин).

СОГЛАСОВАНО: ОКБ «Гидропресс» (письмо исх. № 10-12/5051 от 31.12.98), ОКБМ (письмо исх. № 33-1320 от 08.12.98), ВНИИАЭС (письмо № 913-15/172 от 03.02.99, РНЦ «Курчатовский институт» (письмо исх. № 33-08/13 от 04.02.99. ШЦГАН (письмо исх. № 300-04/128 от 05.02.99).

ОДОБРЕНО: Госатомнадзором России: письмо № 7-35/176 Г от 25.02.99 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

Действующие до настоящего времени в Российской Федерации нормативно-технические документы регламентируют проектирование АЭУ с водо-водяными и водографитовыми реакторами (АЭС, АТЭЦ, АСТ, АСПТ, исследовательские и опытные реакторы и установки) таким образом, чтобы обеспечивался безопасный останов реактора в случае разрыва трубопроводов первого и второго контуров охлаждения любого сечения вплоть до мгновенного разрыва трубопровода максимального диаметра (авария типа LОСА). Этот постулат для трубопроводов главного контура первоначально использовался при проектировании защитной оболочки и оценке способности систем аварийного охлаждения реактора (САОР), а также при определении доз облучения. Такое гипотетическое событие постулированного гильотинного разрыва с двухсторонним истечением теплоносителя (DEGB) для систем трубопроводов с высокой запасенной энергией (температура > 100 °С и/или внутреннее давление > 2 MPа) затем было распространено для обеспечения защиты от собственных динамических воздействий на все связанные с безопасностью конструкции, системы и компоненты. Чтобы удовлетворить этим целям, применяемые защитные меры включают физическое разделение оборудования, конструкций и компонентов от постулируемых мест разрывов, а также дополнительно дорогостоящие конструкционные средства, такие как опоры-ограничители от биений трубопровода в результате его разрыва и защитные экраны от действия реактивных сил, когда физическое разделение невозможно.

В то же время имеющийся опыт эксплуатации и расчетно-экспериментальные исследования показывают, что для трубопроводов с высокой запасенной энергией, изготовленных из вязких материалов и имеющих высокое сопротивление нестабильному росту трещин, вероятность гипотетического гильотинного разрушения крайне мала даже при тяжелых аварийных нагрузках. Мгновенному катастрофическому разрушению всегда предшествует устойчивый докритический рост трещины. Это обстоятельство позволяет либо обнаружить трещину при периодическом контроле металла задолго до того, как она станет сквозной, либо обнаружить течь системой контроля течей прежде, чем сквозная трещина, через которую истекает теплоноситель, могла бы достигнуть критической длины. В результате становится возможным своевременно обнаружить дефектное сечение трубы, безопасно остановить реактор, провести последующий ремонт или замену трубы, и тем самым исключить внезапный разрыв трубопровода. В этом состоит концепция «течь перед разрушением» (ТПР) или «концепция предотвращения разрыва».

Концепция ТПР имеет важное значение при рассмотрении безопасности АЭУ. В последние несколько лет методология ТПР получила широкое распространение во всем мире в качестве технически оправданного подхода для исключения постулируемого гильотинного разрыва в трубопроводах с высокой запасенной энергией. Для применения концепции ТПР в настоящее время в основном используются два независимых подхода, базирующиеся на американской процедуре NUREG-1061 и немецкой процедуре Simens. Концепция ТПР применяется главным образом к высоконагруженным трубопроводам большого диаметра (Ду ≥ 150 мм) главных контуров охлаждения как действующих, так и вновь проектируемых АЭУ с реакторами типа PWR. и BWR. В принципе, методология ТПР может быть применена к трубопроводам меньших диаметров и масштабным компонентам, например, тонкостенным сосудам давления (коллектора, парогенераторы и др.) изготовленных из вязких материалов, чтобы продемонстрировать дополнительную уверенность в структурной целостности и конструкционной надежности барьеров безопасности в комбинации с выполнением всесторонней программы эксплуатационного контроля и оценкой ее результатов.

Общая методология ТПР базируется на следующих основных и дополнительных технических принципах:

А. принцип высокого качества, обеспечиваемый оптимальным проектированием и конструированием, выбором высококачественных, материалов, консервативным ограничением напряжений, применением оптимальных технологий производства, изготовления и монтажа, предэксплуатационного контроля, знанием аварийных условий (например, LOCA); анализом параметров рабочей среды;

В. принцип контролируемой эксплуатации, достигаемый за счет квалификации обслуживающего персонала, учета опыта предшествующей эксплуатации - мониторинга эксплуатационных параметров, условий и аварийных контролируемых нагрузок, переходных режимов, компонентов, течи выполнения программ обслуживания при эксплуатации и квалифицированного контроля металла;

C. принцип граничных условий нагружения, достигаемый в результате рассмотрения всего возможного спектра эксплуатационных нагрузок и механизмов трещинообразования по отношению к проектным режимам нагружения;

D. принцип контролируемых механизмов разрушения, достигаемый за счет применения аттестованных программ и верифицированных методов механики разрушения, а также путем выполнения экспериментальных исследований, включая полномасштабные испытания на разрушение.

Применение концепции ТПР на действующие российские блоки, в частности для проектов I-го поколения, может рассматриваться как одна из компенсирующих мер по обеспечению целостности границы давления трубопроводов главных контуров охлаждения АЭУ, которые должны продемонстрировать и подтвердить возможность дальнейшей эксплуатации АЭУ на стадии лицензирования. Обеспечение целостности границ давления выражает общий подход сформулированный при разработке основных принципов безопасности, которые состоят в приоритете мер по предотвращению аварий по сравнению с мерами по устранению последствий аварии. Для трубопроводов групп А и В это существенный аргумент гарантирующий, что условия ТПР превалируют и таким образом катастрофического разрушения можно избежать.

Целью данного руководства является определение общих требований, предпосылок и процедур для применения концепции ТПР к находящемуся под давлению оборудованию и трубопроводам как действующих, так и вновь проектируемых легко-водных АЭУ, на которые распространяются действующие «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов АЭУ».

Руководство содержит основные постулаты концепции ТПР, отражает международные подходы и накопленный в России и за рубежом опыт по практическому применению методологии ТПР к системам трубопроводов АЭУ. Приводится список технических документов и публикаций, использованных при разработке данного документа. В тексте даются ссылки на основные российские и зарубежные документы.

Трубопроводные системы групп А и В являются наиболее пригодными для применения концепции ТПР, но кандидатные системы трубопроводов должны быть тщательно проанализированы, и в результате показано, что они не подвержены разрушению за счет потенциальных механизмов трещинообразования, которые могли бы неблагоприятно повлиять на точную оценку дефектов и нагрузок. Методология ТПР не применяется к системам, в которых дополнительные специфические нагрузки, например, гидравлический удар, стратификация или любые значительные деградационные механизмы, например, эрозия-коррозия, усталость, ползучесть, охрупчивание, могут вызвать их растрескивание или разрушение. Поэтому проектный базис и опыт эксплуатации рассматриваемых компонентов должны быть проанализированы. Блокоспецифический анализ, дополненный опытом эксплуатации аналогичных систем на других схожих АЭУ, должен показать, что эти явления являются маловероятными в течение всего срока службы.

Для тех систем, которые потенциально квалифицируются для применения концепции ТПР, должен быть выполнен анализ входных параметров по условиям нагружения компонентов, свойствам материалов и возможности обнаружения течи. В тех местах каждой анализируемой системы, которые имеют наименее благоприятную комбинацию свойств материала и напряжений, постулируется сквозная трещина, размер которой должен быть достаточным для того, чтобы результирующая течь могла бы быть обнаружена установленной системой контроля течей. На заключительной стадии выполняется анализ механики разрушения который должен продемонстрировать, что постулируемая сквозная трещина не вызовет разрушения рассматриваемого компонента, даже если динамическая (например, сейсмическая) нагрузка будет приложена прежде, чем эта трещина будет обнаружена и отремонтирована.

Тем не менее, имеются различия между применением технологии ТПР к действующим АЭУ и проектам новых станций. Для действующего блока расчетное обоснование ТПР выполняется для существующей конфигурации трубопроводов с действующими нагрузками, тогда как для новой установки анализ должен быть применен на стадии проектирования таким образом, чтобы обеспечить до стадии конструирования приемлемость конфигурации системы трубопроводов по отношению к концепции ТПР.

Удовлетворение положений настоящего руководства не отменяет действующих требований к системам безопасности и не означает, что можно отказаться от таких средств защиты, как защитные оболочки, системы аварийного охлаждения активной зоны реактора, системы локализации аварий и т.п.

Внедрение концепции безопасности ТПР позволяет отказаться от необходимости разработки и установки дополнительных опор, ограничителей биений труб, защитных экранов и других массивных и дорогостоящих устройств, требуемых для компенсации последствий внезапного гильотинного разрушения (действие реактивных струй, биение и соударение труб, летящие осколки и т.п.), что создает проблемы при конструировании - усложняет проведение инспекционного контроля (ISI) и обслуживание, увеличивает радиационные дозы, связанные с этими процедурами. Таким образом, если течь в трубе может быть обнаружена задолго до того, как внезапный разрыв может иметь место, это приводит к тому, что многочисленные опоры ограничителей биений труб и защитные экраны становятся просто не нужными, и тем самым, становиться возможным снизить затраты, необходимые для реконструкции действующих или конструирования новых АЭУ, а также ставить вопрос о пересмотре регламента и программы эксплуатационного контроля металла в сторону его снижения. В то же время, концепция ТПР не является приемлемой в качестве замены для DEGB при проектировании САОР, защитных оболочек и других проектных систем безопасности.

2. ОБОЗНАЧЕНИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

АС - Аварийная ситуация.

АЭС - Атомная электрическая станция.

АЭУ - Атомная энергетическая установка.

ВХР - Водно-химический режим.

ГЦН - Главный циркуляционный насос.

КНТ - Концепция напряжения течения: упрошенный подход механики разрушения, основанный на анализе потери несущей способности нетто-сечения, который предполагает, что вязкое разрушение будет происходить, когда эффективное напряжение в поперечном сечении компонента с трещиной локально достигнет напряжения течения материала.

КРПН - Коррозионное растрескивание под напряжением.

КРТ - Критический размер трещины размер трещины, рассчитанный методами механики разрушения, который вызывает разрушение компонента при заданной нагрузке.

МКРПН - Межкристаллитное коррозионное растрескивание под напряжением.

МРЗ - Максимальное расчетное землетрясение.

МРН - Максимальная расчетная нагрузка суммарная нагрузка, вызывающая максимальные расчетные напряжения в рассматриваемом сечении компонента при наиболее неблагоприятной комбинации режимов нагружения.

ННУЭ - Нарушение нормальных условий эксплуатации.

НТД - Нормативно-техническая документация.

НУЭ - Нормальные условия эксплуатации.

ППН - Предельная пластическая нагрузка, нагрузка, при достижении которой сечение компонента с трещиной становится полностью пластическим и напряжения в нетто-сечении достигают предела текучести.

РУ - Реакторная установка.

САОР - Системы аварийного охлаждения реактора.

СКТ - Система контроля течи.

ТПР - Течь перед разрушением.

УЗК - Ультразвуковой контроль.

NRC - Комиссия по надзору за ядерной безопасностью в США.

RSK - Комиссия ядерной безопасности в ФРГ.

Анализ по механике разрушения: расчет, который связывает значения напряжений в окрестности вершины трещины, возникающих от действия напряжений в конструкции, с размером трещины, которая могла бы вызвать разрушение или определяет площадь раскрытия трещины.

Анализ стабильности трещины: определение предельных условий, при которых приложенная нагрузка к компоненту с трещиной не вызывает нестабильного распространения трещины.

Анализ чувствительности: расчетная оценка влияния входных параметров (свойств материала, напряженного состояния, морфологических параметров трещины и др.) на коэффициенты запаса.

Архивный материал: части металла, вырезанные из компонента во время сборки, которые не были подвержены эксплуатационным нагрузкам и воздействию среды.

Валидация: процедура, предназначенная для проверки точности выбранных расчетных методов с использованием других апробированных методов или экспериментов.

Верификация: обоснование консерватизма расчетных моделей, методов и программ, применяемых в технических анализах, посредством проведения различных проверочных процедур таких, как экспериментальные исследования на полномасштабных моделях и натурных компонентах, типовые испытания, или путем сравнения результатов расчета с результатами экспериментально обоснованных круговых тестовых вычислений (benchmark - расчеты).

Вязкость: способность материала пластически деформироваться перед разрушением.

Динамический анализ: анализ условий стабильности компонента с трещиной при динамическом воздействии.

Динамическое воздействие: воздействие, связанное с ударными силами, обусловленными внешними и внутренними условиями, землетрясением, вибрацией и др.

Комплексная трещина: трещина неправильной формы с большим разменом по внутренней поверхности компонента, которая может выходить на наружную поверхность локально образуя сквозную трещину.

Компонент: элементы оборудования и трубопроводов АЭУ, выполненные в форме целого изделия, которые выполняют определенные эксплуатационные функции.

Концепция ТПР: концепция, означающая, что проектирование и выбор материалов гарантируют невозможность полного разрушения компонента со сквозной трещиной без предварительного существования стабильной течи, которая может быть заблаговременно обнаружена до того момента, когда трещина достигнет критического значения по условиям нестабильности.

Коэффициент запаса ТПР: коэффициент безопасности, учитывающий неопределенности в свойствах материала, описании постулированного дефекта, условиях нагружения, обнаружении течи и расчетных методах.

Критическая зона: область сварных швов трубопроводов или компонента, характеризуемая наихудшим сочетанием максимальных напряжений и наименьших свойств материалов

Методология ТПР: технически установленный подход, позволяющий исключить из проектного базиса рассмотрение динамических эффектов от постулируемого гильотинного разрушения в системах трубопроводов с высокой запасенной энергией.

Начальный дефект: одиночный поверхностный дефект в критической зоне компонента, размер которого устанавливается из обработки результатов неразрушающего контроля металла.

Оборудование: сосуды давления (парогенератор, барабан-сепаратор, коллектор, корпус насоса, корпус регулирующих и запорных задвижек и другие элементы), находящиеся под действием внутреннего давления во время эксплуатации АЭУ.

Постулированная трещина: сквозная трещина, искусственно введенная в критические зоны компонента для последующего расчетного обоснования по принятой процедуре.

Проектная документация: комплект документов, который обеспечивает полный базис для проектирования и конструирования, и который содержит следующие основные документы: паспорт на оборудование и трубопроводы, инженерный проект оборудования и трубопроводов, инженерный базис безопасности конструкции и эксплуатации АЭУ.

Расчет расхода теплоносителя: термогидравлический расчет расхода истечения теплоносителя из стабильной сквозной трещины при нормальных условиях эксплуатации, основанный на неравновесной пароводяной модели двухфазного потока.

Расчетная процедура: регламентированная последовательность и установленные критерии для расчетного обоснования концепции ТПР с использованием различных методов механики разращения.

Система контроля течи: совокупность систем, обеспечивающих своевременное обнаружение течи и соответствующую возможность воспринимать и определять месторасположение течи в случае, при котором компонент, удерживающий теплоноситель, теряет свою герметичность.

Течь: место разгерметизации или процесс истечения теплоносителя (жидкости или пара) через границы давления, прокладки и сквозные дефекты в компонентах.

·       Допускаемая течь: см. Раздел 8.

·       Недопускаемая течь: см. Раздел 8.

·       Идентифицированная течь: см. Раздел 8.

·       Межсистемная течь: см. Раздел 8.

·       Неидентифицированная течь: см. Раздел 8.

Трещина с выявляемой течью: сквозная трещина, постулируемая в критических зонах анализируемых трубопроводов или компонентов, размер которой достаточен для ее надежного обнаружения системами контроля течи.

Трубопроводы: совокупность деталей и сборочных единиц из труб с относящимися к ним элементами (коллекторами, тройниками, переходами, отводами, арматурой и т.п.), предназначенная для транспортировки рабочей среды от одного оборудования к другому.

3. ОБЩИЕ ЦЕЛИ И НАЗНАЧЕНИЕ

3.1. Методология ТПР используется как технически оправданный подход, направленный на повышение эксплуатационной безопасности АЭУ. Успешное применение концепции ТПР позволяет исключить рассмотрение последствий динамических воздействий, возникающих от аварии типа LOCА, связанной с постулируемым гильотинным разрушением трубопроводов групп А и В с высокой запасенной энергией, и тем самым, сократить число конструкционных мер по противодействию последствиям такого рода разрушения.

3.2. Этот документ определяет общие положения, методологию, предпосылки и основные требования для возможности применения концепции ТПР к оборудованию и трубопроводам АЭУ, работающим в контакте с водой, пароводяной смесью и паром. Документ содержит также методические рекомендации для расчетного обоснования концепции ТПР, требования к верификационным процедурам, объему и содержанию представляемой технической документации, необходимой для практического использования полученных результатов.

3.3. Удовлетворение положений настоящего руководства не отменяет действующих требований к существующим системам безопасности и не означает, что можно отказаться от таких средств защиты, как контайнмент, системы аварийного охлаждения активной зоны реактора, системы локализации аварий и т.п.

4. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1. Область применения

4.1.1. Настоящее руководство содержит общие требования по доказательству применимости концепции безопасности ТПР к трубопроводам АЭУ, на которые распространяются действующие «Общие положения обеспечения безопасности атомных станций (ОПБ-88/97)» / ПНАЭ Г-1-011-97/, «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов АЭУ» /ПНАЭ Г-7-008-89/, «Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» /ПНАЭ Г-7-002-86/, «Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций» /ПНАЭ Г-5-006-87/, документы «Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварка и наплавка. Основные положения» /ПНАЭ Г-7-009-89/ и «Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля» /ПНАЭ Г-7-010-89/

4.1.2. Положения руководства распространяются на оборудование (тонкостенные сосуды давления, R/t > ~ 10) и трубопроводы групп А и В номинальным диаметром D_N ≥ 150 мм изготовленные из сталей перлитного класса и коррозионностойких сталей аустенитного класса, работающие под давлением более 2 МПа в диапазоне расчетных температур от 100 до 350 °С проектирование, конструирование, изготовление, монтаж, пуск и эксплуатация которых осуществляется в полном соответствии с требованиями действующих нормативно-технических документов, перечисленными в п. 4.1.1.

4.1.3. Положения руководства не применяются к корпусам реакторов, парогенераторам барабан сепараторам, а также оборудованию, компонентам и трубопроводам для которых

·       Номинальный диаметр D_N < 150 мм; в этом случае целостность границ давления и конструкционная прочность должна гарантироваться выполнением всесторонней программы эксплуатационного контроля с последующей оценкой полученных результатов в соответствии с требованиями действующих НТД.

·       Свойства используемых материалов недостаточно вязкие, т.е. критическая температура хрупкости, T_K, более 20 °С, или значение ударной вязкости КСV при расчетных температурах ниже 60 Дж/см².

·       Сравнимый опыт эксплуатации указывает на возможность их разрушения вследствие неучтенных в проекте значительных деградационных механизмов или специфических воздействий, таких как коррозия (в частности, МКРПН, коррозионное растрескивание под напряжением), эрозия, растрескивание под действием окружающей среды, гидравлический удар, стратификация, температурная флуктуация, впрыск холодной воды, старение, вибрация, высоко- и малоцикловая усталость, ползучесть, хрупкое разрушение, и не продемонстрировано, что компенсирующие меры, принятые для удержания этих явлений в приемлемых границах являются достаточными.

·       Общая оценка повреждаемости не обеспечивает проектный ресурс эксплуатации.

·       Косвенные воздействия такие, как пожары, летящие осколки и падение различных предметов, перемещение или разрушение близко расположенных компонентов, систем или оборудования, отказ опор и т.п.*⁾ может привести к их существенной деградации или разрушению.

^{__________________}

^*) Потенциал для разрушения основного оборудования и опор оборудования, которые в свою очередь, могли бы вызвать разрушение (разрыв) присоединенных трубопроводов с высокой запасенной энергией, а также близко расположенных систем может рассматриваться только, если это оборудование и опоры не являются сейсмостойкими.

4.2. Основные предпосылки для применения концепции ТПР

4.2.1. Выполнение требований п. 4.1.1 и п. 4.1.2 является основной предпосылкой для возможности применения концепции ТПР. Организация, имеющая лицензию ГАН РФ на право конструирования оборудования объектов использования атомной энергии, должна представить техническое обоснование безопасности (ТОБ) для данной АЭУ, общий базис для проектирования по отношению к способности компенсировать аварийную потерю теплоносителя и классифицировать оборудование, трубопроводы и системы на основе их функций и значения по отношению к безопасности.

4.2.2. В соответствии с п. 4.1.3, требуется продемонстрировать дополнительную уверенность в структурной целостности границ давления компонентов, достигаемой за счет выполнения основных (А и В) и резервных (с и d) технических принципов применимости концепции ТПР (концепции исключения разрушения, используемая в ФРГ):

А. Принципа качества оборудования, компонентов и трубопроводов (Табл. 1), достигаемого за счет оптимального проектирования и изготовления, чтобы обеспечить границы, удерживающие давление в проектном базисе безопасности:

- высококачественные вязкие материалы;

- консервативные ограничением напряжений, исключением пиковых напряжений за счет оптимального проектирования и конструирования;

- гарантия применения оптимальных технологий производства изготовления и монтажа;

- гарантия применения оптимальных технологий испытаний, предэксплуатационного контроля;

- знание и оценка тяжелых аварийных условий, (например LOСА), если такие имеются;

- анализ среды теплоносителя.

В. Принципа контролируемой эксплуатации (Табл. 2), достигаемого за счет необходимых организационных предпосылок и эксплуатационного контроля:

- квалификация обслуживающего персонала (от НУЭ вплоть до тяжелых аварийных условий);

- учет опыта предшествующей эксплуатации (основные причины разрушения, ошибки оператора, статистическая обработка течей / разрушений);

- контроль условий и эксплуатационных параметров;

- управление контролируемыми аварийными нагрузками;

- контроль переходных режимов;

- контроль компонентов;

- контроль течи;

- программы обслуживания и квалифицированного контроля металла при эксплуатации:

С. Принципа граничных условий погружения (Табл. 3), достигаемого в результате рассмотрения всего возможного спектра эксплуатационных нагрузок, а также предельных условий нагружения по отношению к нормальным условиям эксплуатации, нарушению нормальных условий эксплуатации, аварийным условиям и ситуациям с точки зрения человеческого фактора, отказа систем, внутренних и внешних воздействий, сейсмических событий, дополнительных или специфических нагрузок, гидравлического удара, стратификации, коррозии, механизмов трещинообразования и других деградационных механизмов.

D. Принципа контролируемых механизмов разрушения, достигаемого за счет применения аттестованных программ и верифицированных методов механики разрушения, а также путем выполнения экспериментальных исследований, включая натурные испытания на разрушение.

Для данного компонента требования принципов А и В могут быть удовлетворены также и на уровне баланса. Компоненты АЭУ первых очередей могут иметь недостатки в части конструирования, что может быть скомпенсировано, например, за счет усиления эксплуатационного контроля, и наоборот, для проектов новых установок. Требование резервных принципов а) и в) должны быть полностью выполнены. Степень выполнения этих требований должна быть оценена на индивидуальной основе, что даст в результате классификацию по позициям с исключение разрушения (когда достигаются все четыре принципа), низкой вероятностью разрушения или удерживаемым разрушением.

4.2.3. Результаты расчетов для данной АЭУ, относящиеся к обеспечению структурной целостности границ давления компонентов, дополненные результатами, полученными из исследовательских программ, включая испытания на разрушение полномасштабных моделей, накопленными данными по эксплуатационному контролю и контролю течей для рассматриваемых компонентов и трубопроводов (или их аналогов), следует использовать здесь в качестве обоснования возможности применения концепции ТПР. Накопленный сравнимый опыт эксплуатации должен показать, что рассматриваемые компоненты и трубопроводы не подвержены чрезмерным/непредсказуемым случаям нагружения (например, гидравлический удар) и механизмам трещинообразования, (например, коррозионное растрескивание под напряжением и усталость), которые могли бы привести в результате к разрушению, или продемонстрировать, что профилактические и компенсирующие меры, принятые для удержания этих явлений (сложных для точной оценки) в приемлемых границах являются адекватными, а опасность разрушения маловероятна.

4.2.4. На базе этого рассмотрения, анализируемые компоненты и трубопроводы могут быть квалифицированы как приемлемые для дальнейшей оценки методами механики разрушения. Для новых проектов АЭУ расчетное обоснование применимости концепции ТПР должно быть выполнено на этапе конструирования. Своевременное обнаружение течи теплоносителя позволяет предотвратить возможный разрыв трубопровода и, таким образом, повысить эксплуатационную безопасность АЭУ.

5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ КОНЦЕПЦИИ ТПР

Методология концепции ТПР используется для доказательства того факта, что в системах трубопроводов с высокой запасенной энергией жидкости или пара течь появиться задолго до того, как гильотинное разрушение (или его эквивалент при продольном направлении разрушения) может произойти. Для применения концепции ТПР обязательные требования (п. 4.1.2) и предпосылки, которые даны как технические принципы (раздел 4.2) должны быть выполнены с учетом оценки ограничивающих факторов (п. 4.1.3). Поэтому для применения концепции ТПР к системе трубопроводов требуется:

а) продемонстрировать, что дополнительные/специфические нагрузки или механизмы растрескивания не могут вызвать разрушение компонентов или трубопроводов;

б) удостовериться, что системы контроля течи являются достаточно надежными, обеспеченными, различными и чувствительными, и что с точки зрения механики разрушения существует запас на обнаружения сквозной трещины.

При соблюдении этих требований основные положения концепции ТПР могут быть сформулированы следующим образом:

- полное разрушение компонентов давления и трубопроводов, изготовленных из вязких материалов практически исключено;

- течь будет надежно выявлена значительно раньше любого нестабильного роста трещиноподобного дефекта, который мог бы дать в результате внезапное разрушение.

После того, как рассматриваемая система трубопроводов проверена на дополнительные специфические нагрузки, механизмы растрескивания и повреждаемости и в результате определена потенциально приемлемой для концепции ТПР, она подвергается строгой оценке с позиций механики разрушения и термогидравлического анализа. Цель этой оценки состоит в демонстрации, что сквозная трещина, через которую реализуется расход теплоносителя при нормальных условиях эксплуатации (НУЭ), является стабильной при максимальной аварийной нагрузке и что, результирующая течь будет своевременно обнаружена даже при маловероятной ситуации, при которой трещина способна развиваться.

Стабильно растущая сквозная трещина должна быть обнаружена установленной системой контроля течи (СКТ) при НУЭ задолго до того, как катастрофическое разрушение может произойти. Раннее выявление течи позволяет принять неотложные меры, чтобы избежать любого дальнейшее повреждение рассматриваемого компонента, а также близко расположенных систем и компонентов. По этим причинам, надежное обнаружение течи является также частью общей концепции ТПР или концепции конструкционной целостности. В случае, когда компонент, удерживающий теплоноситель теряет свою герметичность. СКТ должна обеспечить раннюю идентификацию и приемлемую способность отреагировать на течь и определить ее месторасположение; дальнейший интерес состоит уже в определении расхода теплоносителя для введения в действие соответствующих мероприятий (см. гл. 8).

Техническое обоснование концепции ТПР базируется на следующих основных элементах:

- Знание проектных особенностей рассматриваемой системы трубопроводов;

- Знание примененных материалов (основного металла, зоны сплавления, металла сварного шва) по отношению к механическим свойствам, пластичности, вязкости разрушения, усталости, сопротивлению коррозии и старению;

- Знание технологии изготовления для оценки остаточных напряжений;

- Общая оценка и знание опыта эксплуатации с целью продемонстрировать, что наряду с учтенными в проекте видами неблагоприятных воздействий не следует ожидать никаких специфических нагрузок или механизмов растрескивания, или продемонстрировать, что уже предпринятые компенсирующие мероприятия являются адекватными;

- Знание реальной геометрии, граничных условий опирания и условий нагружения системы для разработки расчетной модели определения напряженного состояния;

- Квалифицированный расчет напряженного состояния всей системы трубопроводов;

- Оценка устойчивости опор тяжелых компонентов;

- Оценка способности предэксплуатационного и эксплуатационного контроля металла;

- Оценка систем мониторинга условий эксплуатации;

- Знание возможностей системы контроля течи;

- Квалифицированное расчетное обоснование ТПР, включая расчет усталостного роста дефекта, анализ стабильности трещины и термогидравлический анализ скорости истечения теплоносителя;

- Демонстрация приемлемых коэффициентов запаса с учетом неопределенностей в состоянии материалов, описании дефекта, условий нагружения и расхода теплоносителя;

- Экспериментальное обоснование поведения по типу течь перед разрешением.

Обоснование концепции ТПР следует выполнять отдельно для каждой системы трубопроводов на индивидуальной основе, с использованием фактических данных по нагрузкам и геометрии.

5.1. Нормативный базис

Обзор существующих подходов к применению концепции ТПР к системам трубопроводам показывает, что все они в большей части основаны на двух применяемых в США (NRC/NUREG-1061 и стандарт 3.6.3) или ФРГ (Simens/RSK/GRS) законодательных процедурах. В обоих случаях расчетному анализу подлежат зоны сварных швов трубопроводов с высокой запасенной энергией, где реализуется наибольшая вероятность возникновения и распространение дефектов. Процедуры применяются для трубопроводов номинальным диаметром более 150 мм, выполненных из вязких материалов. При необходимости, немецкая процедура может быть применена для трубопроводов меньших диаметров, если дополнительно выполняется одно из следующих требований: низкие напряжения или короткий срок службы АЭУ.

Основные элементы расчетного обоснования ТПР с использованием детерминированной механики разрушения и термогидравлического анализа следующие:

1) Для трубопровода или компонента потенциально приемлемого для применения концепции ТПР проанализировать спектр нагружения, свойства материала и возможности СКТ (чувствительность, время реагирования, точность определения места течи).

2) В местах, где действуют наибольшие напряжения в сочетании с минимальными свойствами материала (сертификатных или, что более предпочтительно, полученных экспериментально на архивном материале основного металла и сварного соединения), постулируются начальный поверхностных дефект вероятного размера (условный дефект) и сквозная трещина с достаточно большим размером, чтобы результирующая течь могла быть гарантировано обнаружена установленной СКТ в режиме нормальной эксплуатации.

3) Продемонстрировать, что условный дефект не может значительно вырасти в течение одного срока службы АЭУ.

4) Рассчитать размер обнаруживаемой при НУЭ постулируемой трещины 2с_LD и критический размер трещины, 2c_с, которая при МРН могла бы дать в результате нестабильный рост трещины (например, гильотинное или продольное разрушением.

5) Оценить коэффициенты запаса между постулируемой трещиной и критическим размером трещины.

Оценка стабильности трещины выполняется при максимальной аварийной/расчетной нагрузке (МРН) с использованием методов механики разрушения, основанных на анализе пластического коллапса нетто - сечения (например, теория предельной пластической нагрузки и концепция напряжения течения) или схемах оценки интеграла в сочетании с нижними огибающими фактических свойств материала. Для трубопровода с кольцевой трещиной МРН обычно реализуется в режиме максимального расчетного землетрясения (МРЗ), наложенного на режим НУЭ. Для трубопровода с осевой трещиной МРН определяется максимальным внутренним давлением, вызванным различными переходными режимами, нарушениями нормальных условий эксплуатации (ННУЭ) и аварийными ситуациями (АС). Поэтому все потенциальные дополнительные специфические нагрузки, представляющие интерес, включая гидравлический удар, должны быть оценены при определении МРН.

5.1.1. Процедура NUREG-1061/NRC 84/ (аналог - методика М-ТПР-01-93 /М-ТПР 93/)

Методология ТПР, основанная на Standard Review Plan 3.6.3 /NRC 86/, была принята в США в качестве технически оправданного подхода для исключения гильотинного разрушения систем трубопроводов с высокой запасенной энергией. Расчетная процедура, представленная в NUREG-1061 /NRS 84/, аналог использовался в методике М-ТПР-01-93 /М-ТПР 93/, была разработана с целью продемонстрировать, что (а) течь из постулируемой сквозной трещины будет обнаружена и (b) это трещина будет оставаться стабильной и не вызовет разрушения при воздействии максимальной аварийной нагрузки (например, даже в случае; если МРЗ произойдет до обнаружения течи). Процедура (рис. 1) основана главным образом на детерминированной механики разрушения с введением достаточных коэффициентов запаса на способность обнаружить течь, максимальную расчетную нагрузку и размер предварительно существующей обнаруживаемой сквозной трещины, через которую реализуется течь. 2с_LD.

Особенности процедуры, применяемой для систем трубопроводов, следующие:

·       Критические зоны должны быть определены для основных материалов, сварных соединений и мест приварки трубопроводов к патрубкам оборудования (safe ends).

·       Размер условного дефекта, постулируемого в критических в зонах, выбирается в соответствии с критериями приемлемости XI части Кода ASME/ASME 92/.

·       Для трубопроводов с водяной и пароводяной средой расчетный расход теплоносителя через постулируемую трещину, Q_LD, при нормальных условиях эксплуатации должен быть в 10 раз больше, чем минимальная чувствительность установленной внутри контайнмента системы контроля течи, Q_O, составляющая 3,8 л/мин в течение одного часа. Для кипящих трубопроводов реакторов BWR требуемая минимальная чувствительность СКТ, Q_O составляет 19 л/мин в течение одного часа, а постулируемый размер трещина течи, 2с_LD определяется расходом теплоносителя, Q_LD, равным 95 л/мин. Если реальная оценка показывает, что чувствительность СКТ выше требуемой Стандартом 3.6.3, то она может быть использована.

·       Введение столь большого запаса 10 на способность СКТ требуется для гарантированного выявления течи с учетом таких неопределенностей в методологии ТПР, как морфология трещины, двухфазность потока истечения и точность определения площади течи.

·       Достаточное сопротивление, против сейсмических воздействий должно быть продемонстрировано анализом по механике разрушения, показывающим, что трещина с выявляемой течью, 2c_LD (например, которая дает 38 л/мин) остается стабильной при нагрузках в режиме (НУЭ + МРЗ) с предписанными запасами: коэффициент 2 на размер трещины течи, 2c_LD по отношению к критической длине трещины, 2с_с и коэффициент 1,4 на МРН. Коэффициент запаса 1,4 может быть снижен до значения 1,0, если все динамические нагрузки суммируются по абсолютной величине и добавляются к нормальным напряжениям как растягивающие компоненты.

5.1.2. Процедура Siemens /KWU 96/ (аналог - методика М-ТПР-РУММ-01-97 /М-ТПР 97/)

Немецкая процедура (Рис. 2) является существенной частью концепции предотвращения разрушения, используемой в Германии с 1974 г. /KWU 95, BAR 97/. Поведение по типу «течь перед разрушением» демонстрируется для систем трубопроводов на основании того факта, что рост условного дефекта через толщину стенку даже при многократных сроках службы АЭУ приведет к образованию течи, которая может быть обнаружена и результирующая длина трещины течи имеет вполне достаточный коэффициент запаса по отношению к критической длине сквозной трещины.

Характерные черты немецкой детерминированной процедуры включают в себя:

·       Характеризацию начального дефекта (или условного дефекта) в компонентах путем переноса результатов неразрушающих методов контроля в максимальные размеры дефектов. Условные дефекты представляют собой одиночные полуэллиптические кольцевые или осевые поверхностные дефекты глубиной, а_o, и общей длиной на поверхности, 2с_о. Исходный дефект используется в расчете усталостного роста дефекта и демонстрации поведения по типу ТПР.

·       Демонстрацию усталостного роста условного дефекта, приводящего к ТПР. Расчет выполняется с неограниченным количеством собранных блоков циклического нагружения, чтобы показать фундаментальную тенденцию усталостного роста трещины по отношению к форме ее эволюции и результирующую стабильную течь, запроектный усталостный рост трещины может провести к двум ситуациям:

1) если трещина распространяется через толщину стенки или перемычка разрушается без нестабильности в кольцевом или осевом направлении (2с_f < 2с_с) тогда условие «течь перед разрушением» продемонстрировано;

2) если трещина становится критической прежде, чем она прорастет через толщину стенки (2с_f  > 2с_с), тогда реализуется условие «разрушение перед течью».

·       Для демонстрации критериев «течь перед разрушением» (2с_f  < 2с_с, 2с_LD < 2с_с) достаточные коэффициенты безопасности должны быть достигнуты. Если эти критерии не удовлетворяются, тогда, чтобы гарантировать целостность границ давления эквивалентные меры безопасности (например, эксплуатационный контроль, мониторинг условий и нагрузок должны быть приняты во внимание.

5.2. Методология концепции ТПР

5.2.1. Методология ТПР главным образом базируется на анализе проектных условий нагружения с учетом возможных отклонений от них для действующих АЭУ, способности производства обеспечить требуемое качество компонентов, оценке методов контроля за состоянием металла и мониторинга условий эксплуатации, оценке возможностей системы обнаружения течи и анализе истории эксплуатации данных компонентов или их аналогов на других АЭУ с позиций учета всех чрезмерных/специфических нагрузок или механизмов трещинообразования. Все потенциальные и выявленные механизмы повреждения компонентов, вызванные внешними и внутренними воздействиями должны быть тщательно проанализированы, а негативные последствия их влияния на целостность компонентов в процессе эксплуатации должны быть сведены к минимуму.

5.2.2. Для определения граничной нагрузки на рассматриваемые трубопроводы и компоненты необходимо проанализировать все проектные условия нагружения для всех режимов эксплуатации, включая аварийные. Дополнительно следует проанализировать специфические нагрузки, которые могут возникать в результате различных переходных и аварийных режимов эксплуатации, например, гидравлический удар, стратификация, а также косвенных воздействий например, разрушение близко расположенных систем или компонентов, если для этого имеются проектные предпосылки или об этом свидетельствует накопленный опыт эксплуатации.

5.2.3. Необходимо быть уверенным, что расчетный дефект постулируется в местах наименее благоприятной комбинации напряжений и свойств материала. Когда дефект постулируется, то наиболее вероятное его расположение в зонах сварных швов, а не в основном металле. Соответственно, все наиболее нагруженные сварные швы должны быть проанализированы.

5.2.4. Необходимо продемонстрировать, что расход теплоносителя из сквозной трещины, будет на самом деле обнаружен проектной или установленной системой контроля течи во время эксплуатации и нет опасности катастрофического разрушения до ее выявления.

5.3. Расчетные процедуры

5.3.1. В соответствии с общей процедурой расчета, должно быть продемонстрировано, что постулированная сквозная трещина является стабильной при максимальной расчетной/аварийной нагрузке (МРН), например, в режиме НУЭ÷МРЗ. Анализ стабильности трещины при МРН базируется на использовании результатов определения напряженного состояния для всей системы трубопроводов, минимальных свойств материала и верифицированных методов нелинейной механики разрушения: (i) консервативных инженерных методов (предельная пластическая нагрузка и концепция локального напряжения течения); (ii) более усложненных методов упругопластической механики разрушения (двухпараметрическая процедура R6/3, J/J_R - метод и др.). Оценка скорости истечения теплоносителя через сквозную трещину при нормальной эксплуатации на полной мощности выполняется с использованием методов термогидравлического анализа и базируется на результатах определения напряженного состояния, а также площади раскрытия трещины, рассчитанной с использованием методов механики разрушения и верхних огибающих свойств материала.

5.3.2. В соответствии с процедурой Siemens, анализ усталостного роста начального поверхностного дефекта (глубиной, а_о, и длиной, 2с_о) должен продемонстрировать, что (а) начальный дефект не достигнет критического размера и не превратится в сквозную трещину в течение проектного срока эксплуатации установки, и (б) сквозная трещина, образовавшаяся в течение многократно увеличенного срока эксплуатации, будет стабильна и надежно выявлена установленной системой контроля течи.

5.3.3. Начальный размер дефекта определяют либо по результатам анализа данных неразрушающего контроля металла, либо устанавливают консервативно на начало эксплуатации: а_о = 0,2t и с_о = 1,0t , (где t обозначает толщину стенки рассматриваемого элемента), но не менее 4 × 20 мм и не более 10 × 50 мм.

5.3.4. Для рассматриваемых элементов на каждой стадии расчетного анализа стабильности трещин, скорости истечения теплоносителя и докритического роста трещины должны использоваться только аттестованные или верифицированные методы и программы расчета.

5.3.5. Расчетными критериями применимости концепции ТПР служат коэффициенты запаса на способность системы контроля течи обнаружить истечение теплоносителя, на размер выявляемой трещины и максимальную расчетную нагрузку (МРН). Эти коэффициенты либо предписаны (процедура NUREG-1061), либо должны быть определены расчетом с последующей оценкой их достаточности (процедура Siemens). В последнем случае для оценки резервных коэффициентов запаса выполняется анализ чувствительности полученных результатов к неопределенности входных параметров.

·       Предписанные коэффициенты запаса по процедуре NUREG-1061 (Рис. 1) составляют:

- коэффициент 10 на чувствительность системы контроля течи;

- запас 2 на длину постулируемой сквозной трещиной (отношение 2с_с к 2с_LD);

- запас 1,4 на максимальную расчетную нагрузку (стабильность постулируемой сквозной трещины 2с_LD при нагрузке 1,4 × МРН). Этот запас снижается до 1,0. если максимальные динамические нагрузки определяются по методу абсолютного суммирования.

·       Рекомендованные коэффициенты запаса по процедуре Siemens (Рис. 2) составляют:

- коэффициент не менее 5 на чувствительность системы контроля течи;

- запас 2 на длину начальной трещины течи 2с_LD (отношение 2с_с к 2с_LS, где 2с_LS = 3t,

- запас 2 на длину постулируемой сквозной трещины (отношение 2с_с к 2с_LD).

·       Если эти запасы не могут быть удовлетворены, концепция ТПР в ее расчетной части считается не применимой к анализируемым системам трубопроводов.

Диаграмма для расчетной часта концепции ТПР в соответствии с процедурой NUREG-1061 (аналог - методика М-ТПР-01-93) показана на рис. 1. Диаграмма для расчетной процедуры ТПР в соответствии с процедурой Siemens (аналог - методика М-ТПР-РУММ-01-97) показана на рис. 2. Используемые методы и критерии даны на рис. 3.

6. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Общие требования включают в себя требования к качеству компонентов и эксплуатационному контролю. Вся проектная, конструкторская, технологическая и эксплуатационная документация на оборудование и трубопроводы должна отвечать требованиям Правил /ПНАЭ 08/. При рассмотрении материалов по допущению применимости концепции ТПР к рассматриваемым компонентам и трубопроводам, интегрированная оценка их соответствия общим требованиям концепции ТПР выполняется ГАН РФ или экспертной организацией, имеющей лицензию.

6.1. Требования к качеству компонентов

Качество компонентов достигается за счет выполнения требований документов серии ПНАЭ при проектировании, изготовлении и монтаже (Принцип качества, рис. 1).

6.1.1. Требования к проектированию

6.1.1.1. Конструкция оборудования и трубопроводов должна отвечать требованиям Правил /ПНАЭ 08/ и Норм /ПНАЭ 02/. В соответствии с проектом АЭУ, все элементы оборудования и трубопроводов должны в течение запланированного ресурса выполнять свои функции при всех возможных режимах эксплуатации, полный перечень которых должен содержаться в проекте. Конструкторская организация определяет также всю номенклатуру расчетных режимов и спектр нагрузок, в том числе эксплуатационные параметры в режиме НУЭ, возможные отклонения от нормальных условий эксплуатации, переходные режимы, количество возможных циклов нагружения, предельные условия нагружения, ННУЭ, аварийные ситуации и аварийные условия, отказы систем, другие внутренние и внешние воздействия.

6.1.1.2. При проектировании АЭУ достижение требуемого качества компонентов обеспечивается за счет классификации оборудования и трубопроводов, выбора оптимальной рабочей среды и водно-химического режима, использования коррозионностойких конструкционных материалов, оптимального проектирования и конструирования (Принцип обеспечения качества, Табл. 1).

6.1.1.3. При проектировании и конструировании оборудования и трубопроводов помимо удовлетворения требований Правил /ПНАЭ 08/ и Норм /ПНАЭ 02/ следует стремиться обеспечить:

·        снижение количества сварных швов:

- использование бесшовных, цельных компонентов,

- минимизацию продольных сварных швов в компонентах,

- исключение спиральных сварных швов в компонентах,

- минимизацию разнородных сварных соединений,

- исключение сварных швов выполненных с применением конусных переходов,

- снижение количества монтажных швов, выполненных ручной сваркой;

·      ограничение возможности возникновения пиков напряжений за счет:

- установки квалифицированных опор, гарантирующих свободные температурные перемещения,

- компенсации тепловых расширений,

- наличия прямых участков у патрубков и арматуры,

- использования колен с прямыми участками,

- гладких переходов по толщине стенки между различными компонентами,

- снижения геометрических допусков и несовпадений в соединениях;

·      возможность проведения осмотра компонентов и доступность сварных соединений для контроля неразрушающими методами после изготовления, монтажа и в процессе эксплуатации;

·      возможность дренажа теплоносителя, дезактивации поверхностей и удаления дезактивирующих растворов, а также рабочей среды и конденсата, образующегося в процессе разогрева и расхолаживания контура;

·      заданные параметры теплоносителя (давление и температура) за счет установки защитных систем, предохранительных и контрольно-измерительных устройств.

6.1.1.4. В проектной документации должны быть представлены следующие сведения:

- классификация компонентов, (группы оборудования и трубопроводов, категории сварных соединений);

- перечень используемых материалов (основной, сварочные, наплавки);

- геометрия компонентов и трассировка трубопроводных систем, изометрические характеристики и размеры;

- данные по опорам и подвескам (размещение, типы, характеристики и квалификация, возможности отказа или заклинивания);

- данные по контрольным, регулирующим и запорным клапанам (размещение, талы, характеристики возможность их отказа);

- особенности присоединения концов трубопроводов к корпусу реактора, оборудованию, арматуре, главным циркуляционным насосам, коллекторам и т.д.:

- список сварных швов в трубопроводах с указанием их идентификационного номера, расположения и конфигурации (чертежи, кольцевые или продольные), типа (заводской, монтажный, аустенитный, перлитный, композитный) и категоризации согласно списку требуемых данных (как специфицированы, например из стандарта, сертификата, общие сведения, фактические данные и т.д.);

- ограничения по инспекции и обслуживанию, их последствия на обеспечение целостности границы давления;

- полный спектр нагружения в режимах НУЭ, ННУЭ и АС, при переходных эксплуатационных режимах, других внутренних и внешних динамических воздействиях, включая сейсмические;

- анализ предельных нагрузок или условий эксплуатации, которые могут неблагоприятно повлиять на состояние компонента (например, частые гидравлические и термоудары, стратификация, вибрация, отказы систем, коррозия и эрозия и др.) и привести к разрушению.

6.1.1.5. Для действующих АЭУ должно быть проанализировано соответствие проектных данных, связанных с обоснованием безопасной эксплуатации и работоспособности оборудования и трубопроводов, действующей на момент проектирования нормативной документации. Если существовавшая на момент проектирования нормативная документация отличается от документации, действующей на момент доказательства концепции ТПР, необходимо оценить эти различия с точки зрения их влияния на возможность применения положений руководства.

6.1.2. Требования к материалам

6.1.2.1. Материалы, примененные для изготовления оборудования и трубопроводов АЭУ, должны выбираться из числа приведенных в Правилах /ПНАЭ 08/, приложение 9, а сварочные и наплавленные материалы из числа предусмотренных в ОП /ПНАЭ 09/. Входной контроль сварочных и наплавленных материалов должен проводиться, согласно требованиям и указаниям ПК/ПНАЭ 10/.

6.1.2.2. В соответствие с действующими НТД применяемые материалы (основной металл, сварочные материалы и наплавка) должны выбираться с учетом технологичности, свариваемости, работоспособности в течение всего срока службы установки. Следующие высокосортные материалы должны применяться для производства компонентов и трубопроводов:

- специфицированные малоуглеродистые стали перлитного класса и коррозионно-стойкие стали аустенитного класса в качестве основного металла специфицированные материалы для антикоррозионного покрытия;

- специфицированные сварочные материалы для заводских и монтажных сварных соединений;

- специфицированные материалы под флюс и сплавы в качестве заполнителя для разнородных сварных соединений.

Применяемые материалы должны обладать:

- гарантированными химическим составом в допускаемом диапазоне разброса;

- гарантированными качественными физико-механическими свойствами, стабильными во времени;

- высокой вязкостью и пластичностью, значение ударной вязкости, KCV, при расчетной температуре должно быть не ниже 60 Дж/см²;

- коррозионной стойкостью и низкой чувствительностью к коррозионным повреждениям;

- высоким сопротивлением против термического и деформационного старения.

6.1.2.3. Качество и свойства основных материалов (полуфабрикатов и заготовок) должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов и технических условий и должны быть подтверждены сертификационными данными завода-изготовителя (лабораторными испытаниями).

6.1.3. Требования к качеству изготовления и монтажа

6.1.3.1. В проектах новых АЭУ, изготовление и монтаж должны выполняться в соответствии с требованиями действующих Правил /ПНАЭ 08/, Основных положений (ОП) /ПНАЭ 09/, Правил контроля (ПК) /ПНАЭ 10/, стандартов и производственно-технологической документации, регламентирующих содержание и порядок выполнения всех технологических и контрольных операций по обеспечению качества компонентов за счет гарантии применения:

- оптимальной технологии производства компонентов: методы и средства изготовления, жесткие допуски, выполнение наплавки, термическая обработка и контроль;

- оптимальной технологии сварки: сварочные материалы, автоматизированные методы, узкие кромки сварного шва, термическая обработка и т.д.;

- контроля сварных соединений после изготовления: методы, средства и объем контроля, разрушающие и неразрушающие испытания;

- оптимальной технологии монтажа: методы и средства монтажа, сварочные работы, квалификация, термическая обработка, соответствие проектной спецификации, неразрушающие испытания;

- проведения и оценки результатов гидравлических (пневматических) испытаний.

6.1.3.2. При изготовлении и монтаже основной металл, антикоррозионные покрытия и сварочные материалы должны подвергаться контролю и проверке в соответствии с действующими Правилами /ПНАЭ 08/, ОП /ПНАЭ 09/ и ПК /ПНАЭ 10/. Требуется, чтобы сварка проводилась по аттестованной технологии. Все партии сварочных материалов подлежат контролю, включающему проверку сопроводительной документации, соответствия сертификатов или паспортов на сварочные материалы требованиям технических условий на поставку. Основной металл и сварочные материалы также должны подвергаться разрушающим испытаниям (определение механических свойств при температурах 20 °С и 350 °С, критической температуры хрупкости Т_ko или переходной температуры и др.), включая анализ реальных/допустимых диапазонов разброса.

6.1.3.3. Контроль качества сварных соединений должен производится в соответствии с требованиями ПК /ПНАЭ 10/, согласно которым сварные соединения должны классифицироваться по различным категориям в соответствии с их влиянием на безопасность. Сварные соединения главного контура охлаждения относятся к категории I. Все типы сварных соединений (вырезанные образцы) должны подвергаться следующим методам неразрушающего контроля: визуальному и измерительному, капиллярному или магнитопорошковому, радиографическому и ультразвуковому. Оценка качества сварных соединений должна выполняться для каждого вида контроля, характеристики и количество допускаемых одиночных включений и скоплений, одиночных несплошностей должны удовлетворять требованиям соответствующих норм, представленных в ПК /ПНАЭ 10/. Трещины, непровары плоскостные дефекты, отслоения, прожоги, свищи, наплывы, кратеры, усадочные раковины, подрезы, брызги металла, групповые несплопшости, скопления и неодиночные включения, не допускаются.

6.1.3.4. Для получения разрешения на изготовление сварных соединений и наплавки должен быть выполнен полный объем аттестационных испытаний, включающий в себя неразрушающий контроль, металлографические исследования, определение механических свойств и критической температуры хрупкости.

6.1.3.5. После изготовления и монтажа сварные соединения должны подвергаться предэксплуатационному контролю с использованием различных методов неразрушающего контроля и средств эксплуатационного контроля, в объеме, соответствующим установленной категории сварных соединений (100 % для категории I). Сварные швы, для которых выявленные несплошности не удовлетворяют критериям применимости (стандартам) ПК /ПНАЭ 10/ должны быть отремонтированы в соответствии с требованиями ОП /ПНАЭ 9/. Основываясь на результатах предэксплуатационного контроля, выполненного методами разрушающего и неразрушающего контроля должен быть составить исходный «паспорт» всех компонентов и представлен эксплуатирующей организации.

6.1.3.6. После монтажа и до начала эксплуатации новых АЭУ необходимо проверить соответствие реальной трассировки, компоновки и геометрии трубопроводов, условий закрепления компонентов, месторасположения опор и подвесов проектной документации, и в случае выявленных отклонений, оценить их влияние и последствия на прочность и работоспособность оборудования и трубопроводов в целом.

6.1.3.7. Для действующих АЭУ должно быть проанализировано соответствие реализованной технологии изготовления и монтажа действующим требованиям. Если существовавшая на момент изготовления нормативная документация отличается от действующих требований, необходимо оценить эти различия с точки зрения влияния выявленных отклонений на уровень работоспособности рассматриваемого оборудования и трубопроводов.

6.1.3.8. При оценке соответствия реализованной технологии изготовления и качества монтажа действующим нормативным требованиям должны быть учтены следующие основные обстоятельства:

- количество и уровень значимости выявленных отклонений от требований действующих НТД;

- соответствие реализованной технологии требуемому качеству сварных соединений;

- применение аттестованных технологий изготовления и монтажа, исключающих заметное влияние на нагруженностъ элементов и свойства основного металла и сварных соединений;

- качество и объем заводского контроля компонентов после изготовления;

- качество и объем контроля компонентов после монтажа.

6.1.4. Требования к анализу прочности

Внедрение концепции ТПР предполагает, в частности, по возможности более точный и всеохватывающий анализ всех проектных нагрузок, действующих на оборудование и трубопроводы, чтобы продемонстрировать конструкционную прочность и структурную целостность компонентов границ давления, а также определить наиболее нагруженные зоны. В процессе эксплуатации АЭУ оборудование и трубопроводы подвергаются разнообразным силовым и температурным воздействиям, таким как давление, весовая нагрузка, температурные градиенты, вибрации, внутренние и внешние динамические воздействия. Характер и уровни этих воздействий определяются особенностями конструкции, компоновкой и трассировкой трубопроводов, расположением опор, технологией изготовления и монтажа, и условиями эксплуатации АЭУ, а также человеческим фактором. Полный спектр нагрузок должен включать в себя все проектные нагрузки, включая аварийные и сейсмические, специфические нагрузки, вызванные отказом опор, или разрушением рядом расположенных систем и компонентов, а также динамические нагрузки от постулируемых течей и разрушений трубопроводов с высокой запасенной энергией, например, DEGB.

6.1.4.1. Оборудование и трубопроводы должны быть рассчитаны на прочность в полном соответствии с требованиями Норм /ПНАЭ 02/ для всех проектных режимов, таких как нормальные условия эксплуатации (НУЭ), нарушения нормальных условий эксплуатации (ННУЭ), гидравлических испытаний (ГИ), аварийные ситуации (АС), проектное землетрясение и максимальное расчетное землетрясение (МРЗ). В соответствии с проектом АЭУ, все элементы оборудования и трубопроводов должны в течение запланированного ресурса надежно выполнять свои функции при всех возможных режимах эксплуатации, полный перечень которых должен содержаться в проекте. Расчеты на прочность должны включать в себя такие стадии как выбор основных размеров, статические расчеты на прочность, расчет на циклическую прочность, расчет на сейсмические воздействия, расчет на сопротивление хрупкому разрушению и другие специфические расчеты. Должна быть также выполнена оценка устойчивости опор всех тяжелых компонентов.

6.1.4.2. Нагрузки при нормальных условиях нагружения (внутреннее давление, вес, температурные расширения систем трубопроводов), нагрузки при переходных режимах и другие уместные нагрузки должны быть приняты во внимание при расчете на статическую прочность. Сейсмические нагрузки и динамические внутренние или внешние воздействия рассматриваются в динамических расчетах. При расчетах на циклическую прочность история нагружения определяется переходными режимами при НУЭ и ННУЭ.

6.1.4.3. При анализе прочности следует учитывать некоторые специфические дополнительные нагрузки, которые могут возникать в результате различных переходных и аварийных режимов эксплуатации, например, такие как вибрация, гидравлический удар, стратификация, температурная флуктуация, впрыск холодной воды, а также нагрузки обусловленные отказом опор или разрушением рядом расположенных систем или компонентов. Возможность появления специфических нагрузок, которые могут вызвать разрушение оборудования и трубопроводов должна быть проанализирована, а их интенсивность и частота оценена расчетным путем или определена экспериментально. Потенциал для разрушения основного оборудования и опор оборудования, которое, в свою очередь, могло бы вызвать разрыв присоединенных труб с высокой запасенной энергией, а также близко расположенных систем может рассматриваться только в том случае, если оборудование и опоры оборудования не являются сейсмостойкими.

6.1.4.4. Граничные условия для расчета напряжений и анализа усталости должны быть определены в проектной документации (Принцип граничных условий нагружения, Табл. 3). Проектную спецификацию следует дополнить нагрузками, полученными из опыта эксплуатации, из результатов пусковых испытаний и данных эксплуатационного контроля. Эта спецификация должна содержать список переходных режимов, таблицу нагрузок для каждого события применительно к рассматриваемому компоненту. В ней должны быть представлены также вышеупомянутые случаи специфических нагрузок, а также эффекты из-за ошибки человека или событий, которые уже имели место в прошлом, и которые следует учесть. Оценку конкретных специфических нагрузок следует выполнять с использованием проектных данных и опыта эксплуатации. Различные условия нагружения должны быть объединены надлежащим образом с тем, чтобы определить граничные условия нагружения.

6.1.4.5. Базируясь на этом рассмотрении, конструкторская организация должна идентифицировать и оценить количественно максимальную расчетную нагрузку (МРН), а также все переходные и аварийные режимы и их частоту. Нагрузки в режиме НУЭ скомбинированные с максимальной аварийной нагрузкой, обычно МРЗ, определяет максимальную расчетную/аварийную нагрузку (МРН), которая используется затем при анализе стабильности трещины. Переходные режимы, скомбинированные с НУЭ и ННУЭ, используется для анализа усталостного роста трещины.

6.1.4.6. Расчет на сейсмические воздействия является наиболее ответственным, поскольку методология ТПР требует анализа стабильности постулируемой кольцевой трещины в режиме НУЭ-МРЗ. Для каждого блока, величина сейсмического нагружения должна подтверждаться надзорными органами. В расчетах на сейсмическое влияние обязательно следует учитывать интенсивность МРЗ.

6.1.4.7. На основании статического и динамического расчетов на прочность (с учетом имеющихся экспериментальных данных) должны быть приведены данные о распределении напряжений для всех расчетных режимов и уместных сечений компонентов с тем, чтобы оценить напряженное состояние и идентифицировать критические зоны (наиболее напряженные зоны) конструкции. По отношению к критическим зонам каждого компонента, при оценке прочности должны использоваться категории напряжений и допустимые по условиям эксплуатации уровни напряжений из Норм /ПНАЭ 02/.

6.1.4.8. Статический и динамический расчеты должны быть выполнены с использованием консервативной расчетной схемы, учитывающей реальную компоновку трубопроводов, опор и граничных условий. Базируясь на принятой проектной спецификации, расчет напряжений для всей системы трубопроводов должен быть сделан с использованием аттестованной программы расчета. Рекомендуется подтвердить полученные результаты расчета напряжений и анализа усталости сравнительными расчетами с использованием других верифицированных компьютерных программ расчета. Для подтверждения результатов расчета напряжения, в период освоения мощности должны быть предусмотрены контрольные измерения перемещений части оборудования и трубопроводов, вибраций, деформаций, циклических нагрузок в критических зонах.

6.1.4.9. Уровень качества, обеспеченный на стадиях проектирования, изготовления и монтажа, подкрепленный расчетами на прочность, должен в дальнейшем контролироваться и периодически документироваться в соответствии с типовой программой эксплуатационного контроля.

6.2. Требования к эксплуатации и контролю

Для применения концепции ТПР должны выполняться общие требования по эксплуатации оборудования и трубопроводов и контролю за состоянием металла в процессе эксплуатации, установленные в действующих НТД серии ПНАЭ (Принцип контролируемой эксплуатации, Табл. 2).

6.2.1. Требования по безопасной эксплуатации

Основные требования по безопасной эксплуатации определены Правилами /ПНАЭ 08/.

6.2.1.1. Оборудование и трубопроводы групп А и В подлежат обязательной регистрации и техническому освидетельствованию до начала пуско-наладочных работ. Цель технического освидетельствования - установить, что оборудование и трубопроводы изготовлены и смонтированы в соответствии с проектной документацией и требованиями Правилами /ПНАЭ 08/, а также, что они находятся в исправном состоянии и возможно их использование на этапах пуско-наладочных работ и при эксплуатации АЭУ.

6.2.1.2. В соответствии с требованием Правил /ПНАЭ 08/ выдаче разрешения на постоянную эксплуатацию оборудования и трубопроводов АЭУ должны предшествовать проведение в полном объеме пусконаладочных работ, освоение проектной мощности и комплексного опробования АЭУ. Недостатки, выявленные в процессе пуско-наладочных работ, освоения мощности и комплексного опробования должны быть устранены. На этих этапах работ Нормы /ПНАЭ 02/ рекомендуют экспериментальные измерения напряженно-деформированного состояния и вибраций в реперных точках оборудования и трубопроводов главного контура охлаждения.

6.2.1.3. Основным документом, определяющим безопасную эксплуатацию АЭУ, является технологический регламент, разрабатываемый в соответствии с ОПБ /ПНАЭ II/. Ответственность за общее руководство и безопасную эксплуатацию оборудования и трубопроводов возлагается на дирекцию АЭУ, которая на основании действующих Правил, требований проектной и конструкторской документации и утвержденного технологического регламента должна обеспечить разработку инструкции по эксплуатации оборудования и трубопроводов конкретной АЭУ, которая должна содержать:

a) порядок подготовки к пуску, порядок пуска, остановки и обслуживания при НУЭ;

b) случаи, когда оборудование и трубопроводы должны быть отключены немедленно;

c) случаи, когда должны быть приняты меры к выводу из работы оборудования и трубопроводов в плановом порядке;

d) действия персонала при нарушениях и отказах оборудования и систем;

e) порядок вывода в ремонт оборудования и трубопроводов.

6.2.2. Требования к эксплуатационному контролю

Оборудование и трубопроводы систем групп А и В должны подвергаться периодическому обследованию персоналом АЭУ в объеме, установленном Правилами устройства и безопасной эксплуатации /ПНАЭ 08/ и технической документацией, регламентирующей порядок осуществления контроля на конкретной АЭУ (Принцип контролируемой эксплуатации. Табл. 2).

Общие требования к проведению эксплуатационного контроля оборудования и трубопроводов охватывают:

·       квалификацию и обучение персонала;

·       планирование контроля:

- инспекционные карты;

- типовые инспекционные программы;

- средства и методы контроля;

- рабочие программы;

·       контроль эксплуатационных параметров:

- температура, давление, циклы нагружения, параметры среды, химия воды;

·       программы контроля и обслуживания компонентов:

- вибрации, незакрепленные части, температурная стратификация, переходные режимы (подсчет);

- перемещения компонентов, аварийные контролируемые нагрузки, др.;

·       мониторинг течей:

- многочисленные, независимые, резервные, разнообразные и сейсмостойкие средства измерений;

- различные методы контроля течи (см. Табл. 4); мониторинг деградационных механизмов:

- квалификация деградационных механизмов: коррозия, эрозия, МКРПН, растрескивание под действием окружающей среды, утонение стенки, ползучесть, др.;

- состояние металла, старение, усталость;

- методы, средства и периодичность контроля;

- использование образцов-свидетелей, разрушающие испытания после каждых 100000 час эксплуатации;

- неразрушающий контроль за состоянием металла.

6.2.3. Требования к контролю за состоянием металла в процессе эксплуатации

6.2.3.1. Для реализации требований Правил /ПНАЭ 08/ по периодическому контролю за состоянием металла оборудования и трубопроводов групп А и В, целью которого является выявление и фиксация дефектов основного металла и сварных соединений, изменения физико-химических свойств структуры металла, оценка состояния металла в течение всего периода эксплуатации должна быть составлена таловая программа (инструкция, регламент), которая должна включать в себя:

- перечень контролируемых зон;

- виды контроля и их объем для каждой из контролируемых зон;

- выбор средств и методов контроля (визуальный, капиллярный или магнитопорошковый, ультразвуковой, радиографический и др.);

- методики контроля;

- периодичность каждого из видов контроля;

- перечень специальных средств контроля;

- требования к разрешающей способности и чувствительности аппаратуры контроля:

- перечень и места установки образцов-свидетелей с указанием характеристик, определяемых по этим образцам;

- нормы оценки результатов контроля (по всем видам контроля).

6.2.3.2. Методы контроля металла в эксплуатации должны обеспечивать:

- определение недопустимых дефектов с любой ориентацией;

- возможность контроля оборудования и трубопроводов на любом участке;

- возможность контроля дефектов, ориентированных перпендикулярно к направлению основных эксплуатационных напряжений различными методами;

- фиксацию характера, размера и координат дефекта в единой системе координат и сопоставимость результатов контроля.

6.2.3.3. Оценка результатов контроля для рассматриваемых компонентов должна выполняться по действующим нормам оценки допускаемых размеров дефектов.

6.2.3.4. Контроль механических свойств основного металла и сварочных соединений трубопроводов групп А и В проводится разрушающими и/или неразрушающими методами не реже, чем через каждые 100000 ч эксплуатации. При этом контроль разрушающими методами осуществляется путем вырезки образцов из трубопроводов.

6.2.3.5. С помощью образцов-свидетелей в соответствия с типовой программой контролируются: изменение физико-механических свойств, характеристик трещиностойкости, характеристик сплошной и местной коррозии (в том числе язвенной, коррозии под напряжением, межкристаллитной коррозии).

6.2.3.6. Требование реализации регламентированной системы контроля за состоянием металла в процессе эксплуатации является обязательным для подтверждения возможности применения концепции ТПР.

7. ТРЕБОВАНИЯ К ОЦЕНКЕ ОПЫТА ЭКСПЛУАТАЦИИ

При обосновании применимости концепции ТПР для вновь проектируемых и действующих АЭУ очень важной является оценка опыта эксплуатации аналогичного оборудования и трубопроводов с других АЭУ. Использование общей информации или перенос данных с других энергоблоков должно быть обосновано.

7.1. Детальной оценке подлежат:

·       Случаи нарушения целостности границ давления компонентов:

- разрушения, течи и основные причины;

- влияние человеческого фактора;

- место, количество и статистическая оценка;

- предпринятые компенсационные мероприятия и результаты дальнейшей эксплуатации.

·       Отличия конструкторской документации от фактически реализованной при монтаже или модифицированной при эксплуатации конструкции (геометрия, компоновка, опоры и т.п.).

·       Имевшие место отклонения параметров нагружения и режимов эксплуатации от проектных условий, влияющие на напряженно-деформированное состояние компонентов и систем, и запасы прочности:

- эксплуатационные параметры при НУЭ (давление, температура, увеличение и снижение температуры при пусках и остановках блока);

- статические нагрузки (внутреннее давление и температура, весовые нагрузки, термическое расширение системы, блокировка или отказ скользящих опор, повреждение пружин или подвесов, внутренние и внешние нагрузки, другие дополнительные статические нагрузки);

- динамические нагрузки (спектр нагружения и частоты, спектры ответа сейсмических нагрузок, уровни вибраций, увеличение вибраций вследствие отказа или разрушения опор, гидравлические удары, отказы регулирующих и запорных клапанов, др.);

- температурные нагрузки, обусловленные флуктуацией, впрыском холодной воды, стратификацией;

- воздействия или других события от косвенных причин (пожары, летящие осколки, разрушение оборудования, разрушением близко расположенных систем или компонентов, и др.).

·       Сопротивление старению и деградация свойств материалов, вызванных:

- термической и механической усталостью;

- длительным статическим нагружением и ползучестью;

- воздействием среды.

·       Сопротивление коррозии и эрозии, окружающей среде:

- отклонения водно-химического режима;

- общая и язвенная коррозия, эрозия, коррозионный износ;

- коррозионное растрескивание под напряжением (КРПН);

- межкристаллитное коррозионное растрескивание под напряжением (МКРПН);

- растрескивание под действием окружающей среды.

·       Недопустимые несплошности и дефекты:

- обнаруженные дефекты, протоколы, место расположение, количество и дата выявления;

- накопленная база данных;

- механизмы разрушения и их основные причины;

- предпринятые компенсационные мероприятия (ремонт, замена) и их оценка.

7.2. Если анализ полученных данных показывает, что имеют место существенные отличия (несовпадения) между реальными и проектными данными или превышение действующих нагрузок или температур для отдельных режимов эксплуатации, достижение или превышение фактического числа переходных режимов нагружения по сравнению с проектными значениями, то в этом случае следует провести дополнительный расчет напряжений, оценку прочности и анализ возможных последствий выявленных механизмов повреждений на остаточный ресурс АЭУ.

7.3. Оценка опыта эксплуатации должна быть использована при оценке проектной повреждаемости анализируемых компонентов.

7.3.1. Накопление усталостной повреждаемости в материале может приводить к возникновению и развитию трещин в ослабленных зонах и, таким образом, являться прямой причиной внезапного разрыва трубопровода или другого компонента. Потенциальными источниками циклических нагрузок могут быть:

- нагружение, возникающее в момент пуска и останова реактора или при изменении его мощности;

- вибрация, порожденная главными циркуляционными насосами или толчки, вызванные регулярным перемещениями частей механизмов высокой мощности;

- увеличение вибраций вследствие отказа или разрушения опор или подвесов, блокировки скользящих опор;

- гидравлические удары;

- температурные флуктуации и стратификация в период пусков, впрыски холодной воды при аварийных режимах.

7.3.2. Оценка потенциального гидравлического удара (ГУ) проводится, чтобы проанализировать возможность его появления в трубопроводных системах и влияния на работоспособность компонентов. Поскольку сам характер устройства АЭУ включает в себя возможное сосуществование пара, воды и пустот в различных системах установки, общее устранение ГУ не осуществимо. Цель состоит в определении, подвержена ли рассматриваемая система разрушению, вызванного ГУ. Для демонстрации того, что ГУ не может вызвать разрушения трубопровода, необходима оценка опыта эксплуатации специфических систем трубопроводов с акцентом на причины появления гидравлического удара, его интенсивность, периодичность, условия протекания и последствия его, воздействия на оборудование и трубопроводы. Для определения величины потенциального ГУ рекомендуется выполнить расчет динамики гидравлических сил в системе трубопроводов. Этот расчет позволяет также выявить дополнительные критические (с точки зрения ГУ) места в трубопроводе, которые могут не совпадать с традиционным анализом, выполненным без учета гидродинамических явлений таких, как паровой и водяной удары.

7.3.3. Эффекты стратификации, приводящие к превышению фактического количества термоциклических режимов над количеством режимов, регламентированным в проекте, следует учитывать при оценке усталостных повреждений. Несоответствие между количеством проектных и фактических режимов должно быть оценено в исходном расчетном анализе усталостного роста постулируемого начального дефекта и оценке остаточного ресурса компонента.

7.3.4. Косвенные механизмы разрушения и воздействия, которые могут привести к разрушению оборудования и трубопроводов, должны быть проанализированы. К этим механизмам относятся внешние воздействия, локальные динамические воздействия, реактивные силы, летящие осколки, возникающие в результате падения оборудования, разрушения конструкций и близко расположенных систем или компонентов. Косвенные разрушения могут быть вызваны пожарами или наводнениями, инцидентами, связанными с ошибками персонала, а также отказами демпфирующих устройств, разрушениями опор тяжелых компонентов и другими событиями. Оценка должна показать, что разрушение рассматриваемых систем и компонентов от косвенных воздействий маловероятна.

7.3.5. Оборудование и трубопроводы, для которых не исключена возможность их разрушения вследствие механической или термической усталости или вибрации, гидравлического удара, косвенных воздействий, не могут в дальнейшем рассматриваться для применения концепции ТПР.

7.4. В рамках концепции ТПР, свойства материала, используемые в анализе стабильности трещины, должны быть взяты с учетом деформационного и термического старения материалов в процессе эксплуатации, вызванного усталостью и охрупчиванием материала. Свойства и характеристики материалов, используемые при расчете критического размера трещины, должны быть оценены на конец жизни компонента. Проводимые через каждые 100 тысяч часов эксплуатации испытания должны продемонстрировать, что (а) отсутствуют непредвиденные изменения свойств материала, включая характеристики пластичности и трещиностойкости, (б) характеристики материала не ниже гарантированных в проекте значений, и (с) нет причин ожидать значительной деградации свойств материала при дальнейшей эксплуатации.

7.5. Оценка опыта эксплуатации анализируемых компонентов или их аналогов должна продемонстрировать, что коррозионные воздействия и коррозионный рост трещин не дают значительный вклад в общую повреждаемость. Для каждого компонента системы трубопроводов потенциал для коррозионного растрескивания под напряжением, в частности, межкристаллической коррозии под напряжением (МКРПН) должен быть проанализирован на индивидуальной основе через оценку использованной технологии сварки, склонности материалов коррозионному воздействию, химии воды и уровня растягивающих напряжений при эксплуатации. В случае, если оценка опыта эксплуатации показывает, что существует возможность коррозионно-механического разрушения рассматриваемых компонентов, должны быть предприняты долгосрочные меры, направленные на предотвращение или снижение отрицательного коррозионного воздействия, например, улучшение водно-химического режима, снижение уровня остаточных напряжений, ремонт или, как крайний случай, замена материала. Корректирующие мероприятия должны быть оценены по отношению к дальнейшему применению концепции ТПР.

7.6. Для оценки дефектов, выявленных при контроле металла в процессе эксплуатации, необходимо проанализировать сведения, относящиеся к количеству выявленных дефектов, используемым методам контроля, месту локализации дефектов (геометрия и материал) и времени их обнаружения, типу и фирме дефекта (ориентация, поверхностная, сквозная), его размерам, вероятным механизмам образования и роста. Особое внимание должно быть уделено случаям обнаружения дефектов недопустимых размеров, сквозным трещинам, течам, разрушениям и причинам их появления. Все имевшиеся случаи течей и разрушения должны быть идентифицированы, а принятые технические решения и компенсирующие мероприятия оценены с точки зрения их достаточности на долгосрочный период.

7.7. Общая оценка фактической повреждаемости компонентов и систем трубопроводов, рассматриваемых для применения концепции ТПР должна быть положительной по отношению к ограничениям для заслуживающих внимания механизмов повреждения. Анализ опыта эксплуатации должен показать, что помимо механизмов разрушения, учтенных в проекте никакой существенной повреждаемости не должно ожидаться или продемонстрировать, что корректирующие меры, предпринятые для удержания механизмов трещинообразования в приемлемых границах являются достаточными. Результаты этого анализа могут потребовать переоценки проектно-технической документации в части уточнения номенклатуры и количества эксплуатационных режимов, определения максимальной расчетной нагрузки, результатов обоснования прочности, работоспособности и ресурса оборудования и трубопроводов, полученных на стадии проектирования.

8. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ КОНТРОЛЯ ТЕЧИ

8.1. Общие положения

Обнаружение течи является важным для своевременной индикации таких событий, которые относятся к ухудшению или потере целостности границ давления систем трубопроводов. Своевременное обнаружение течи теплоносителя позволяет предотвратить возможное разрушение в системе трубопроводов и таким образом, повысить эксплуатационную безопасность АЭУ. Влияние на безопасность течей из контура охлаждения реактора зависит от местоположения течи (типа источника), потери теплоносителя и продолжительности истечения. Поэтому все течи из первичных контуров охлаждения должны обнаруживаться и контролироваться. Типовые программы мониторинга эксплуатационных условий и инструкции по эксплуатации должны обеспечить контроль течи и действия оператора в случае обнаружения течи теплоносителя. Средства и/или системы контроля должны разделять течи из идентифицированных и не идентифицированных источников и обеспечивать оперативный персонал своевременной и количественной информацией для принятия неотложных мер, вплоть до остановки реактора. Количество рабочего теплоносителя в системах трубопроводов должно быть проверено, в частности, в период эксплуатации АЭУ на полной мощности, когда трубопроводы, а также оборудование находятся под воздействием высокой температуры и давления теплоносителя.

Интегральная система контроля течи (СКТ) должна обеспечивать выдачу предупредительного и аварийного сигнала на пульт управления реактором в случае обнаружения течи выше установленного для данной АЭУ предела (например, с существующим общим пределом 5 м³ в час), после которого установка должна переводится в режим расхолаживания и останова. Инструкции по эксплуатации должны определять время между этой предельной течью и началом останова реактора. Никакой доступный в настоящее время единственный метод обнаружения течи не сочетает в себе оптимальную чувствительность обнаружения течи, способность определить место ее расположения и точность измерения объема течи. Для применения концепции ТПР, по крайней мере, три независимые, дополняющие и разнотипные системы контроля течи рекомендуются для обнаружения течи в системе трубопроводов, причем одна из них должна быть сейсмически квалифицированной. Системы обнаружения течи должны функционировать в режиме гидравлических (пневматических) испытаний. Системы контроля должны обеспечивать заданную точность и рабочие характеристики для диапазона окружающей температуры, влажности и радиационных уровней, которые ожидаются в местах расположения компонентов в режимах нормальной эксплуатации АЭУ. Функционирование системы обнаружения течи (для целей концепции ТПР) заканчивается при останове АЭУ.

8.2. Классификация течей

Классификация течей приведена в соответствии с международным стандартом ПЕС 1250-1994 «Ядерные реакторы - Инструментальные средства и системы контроля, важные для безопасности - Обнаружения течей в системах охлаждения» /IЕС 94/:

Допускаемая течь: объем течи, определенный регламентом по безопасной эксплуатации АЭУ, свыше которого эксплуатация установки должна быть изменена или приостановлена для принятия корректирующих действий по снижению течи до приемлемых значений.

Недопускаемая течь: течь из оборудования и/или систем трубопроводов, превышающая установленные проектом допускаемые объемы.

Идентифицируемые течи:

(a) течи в системы сбора (или организованные протечки), которые могут быть собраны и измерены:

- подвижные уплотнения (уплотнения вала насоса, штоки арматуры, сальники и др.);

- неподвижные уплотнения (разъемные соединения);

- системы сброса давления (предохранительные и сбросные клапаны);

(b) течи в защитные блоки или противоаварийную оболочку или в помещения контура охлаждения, отвечающие следующим условиям:

- течи имеют специфическое место расположения, а их величина может быть количественно определена;

- течи не являются трещинами или дефектами в границах давления контура охлаждения реактора и присоединенных системах.

Неидентифицируемая течь - течь в противоаварийную оболочку или в помещения контура охлаждения, которая не квалифицируется как идентифицируемая течь. В дальнейшем под термином «течь» подразумевается неидентифицируемая течь.

Межсистемная протечка - протечка теплоносителя в другие замкнутые системы РУ через пассивные барьеры, например трубные доски, трубки теплообмена. Такие протечки обычно не имеют выхода в атмосферу противоаварийной оболочки или область главного контура охлаждения и контролируются отдельно.

8.3. Требования к обнаружению течей теплоносителя

В настоящее время требования к контролю герметичности регламентируются следующими документами:

1) Общие правила безопасной эксплуатации АЭС /ПНАЭ Г-1-011-89/, п. 4.4.13: «должны быть предусмотрены средства и методы обнаружения течи теплоносителя первого контура, превышающей установленную проектом величину, и, по возможности, места ее нахождения».

2) Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций /ПНАЭ 24/, п. 2.5.13: «Техническим проектом РУ должны быть предусмотрены средства и способы обнаружения с обоснованной точностью местонахождения и расхода течи теплоносителя первого контура».

В соответствии с действующими Правилами /ПНАЭ 08/, п. 9.1.6, инструкции по эксплуатации оборудования и систем должны содержать:

а) случаи, когда оборудование и трубопроводы должны быть отключены немедленно, в частности, при обнаружении трещин или свищей в основном металле и сварных соединениях оборудования и трубопроводов;

b) случаи, когда должны быть приняты меры к выводу из работы оборудования и трубопроводов в плановом порядке, в частности, при обнаружении течей во фланцевых соединениях.

8.4. Методы обнаружения и контроля течей

Большинство методов обнаружения и контроля течей описаны и регламентированы в международном стандарте IЕС-1250 /IEC 94/. Каждый из описанных в ЕС методов в различном исполнении применяется для контроля герметичности на АЭС в развитых странах. Основные сравнительные характеристики методов контроля приведены в Таблице 4.

Применимость и характеристики методов в большой степени определяются конструктивными особенностями реакторных установок и особенностями эксплуатации контуров охлаждения. Разнообразие методов контроля течей и специфические требования к контролю герметичности должны быть индивидуально рассмотрены конструкторской организацией для определения применимости системы контроля течи для каждой конкретной АЭУ. Чувствительность, точность и время обнаружения течи, необходимые для каждой АЭУ следует определить с учетом результатов конкретного анализа ТПР.

Краткая характеристика применяемых методов контроля течей теплоносителя и их средняя чувствительность приведены в Приложении 1.

8.5. Требования по назначению систем контроля течи

Проектирование объединенной системы контроля течи из главного контура охлаждения должно осуществляться с выполнением системой следующих требований:

·       Отдельные СКТ должны быть технически независимые за счет конструирования, т.е. они не должны использовать схожие технические устройства (например, детекторы) и они должны быть независимы физически, т.е. они фиксируют различные физические параметры вытекающего теплоносителя. По крайней мере, три независимые, дополняющие и различные системы, основанные на разных методах должны быть использованы для обнаружения течи в главном контуре охлаждения. Контроль радиационной активности является обязательным.

·       Интегрированная система контроля течи должна обеспечить следующее функции:

- выявить течь на ранней стадии ее появления;

- охарактеризовать течь, т.е. установить какая течь появилась и определить ее количество;

- определить местоположение течи, т.е. установить ее приблизительное расположение.

·       Рекомендованная чувствительность, Q^o, интегральной системы контроля течей для главного контура охлаждения /NRC 83/ должна быть не хуже 3,8 л/мин, а для паровых коммуникаций - 19 л/мин, причем период отклика и временной интервал обнаружения течи теплоносителя не должно превышать одного часа, рекомендованная точность местоположения течи составляет ± 2 м.

·       При обнаружении течи теплоносителя, критичной с точки зрения методологии ТПР, система должна выдавать аварийный сигнал оперативному персоналу на БЩУ по каждое из трех контролируемых физических параметров.

8.6. Статус и концепция системы контроля течи

8.6.1. Требования к системе контроля течи, такие как:

- обнаружение течи на ранней стадии ее развития;

- определение местоположения течи;

- оценка величины расхода истекающего через течь теплоносителя;

- предопределяют статус системы контроля герметичности, как диагностической системы.

В то же время требования к:

- достоверности представляемых результатов анализа (минимизации вероятности ложного срабатывания);

- надежности обнаружения течи (минимизации вероятности пропуска события) необходимы для останова реактора при обнаружении течи критической величины и предопределяют использование результатов диагностического анализа в защитных целях.

8.6.2. Сочетание перечисленных выше требований предполагает организацию контроля герметичности в виде автоматизированной системы, не требующей вмешательства оператора в процесс контроля. Такая система должна информировать оперативный персонал об обнаружении течи, представлять данные о ее величине и местоположении на ранней стадии появления течи теплоносителя для проведения мероприятий по локализации утечки, а также информировать оператора управления блока о течах критического размера для введения в действие защитных мероприятий в соответствии с регламентом по эксплуатации и должностными инструкциями.

8.6.3. Каждая из локальных систем должна осуществлять все свои функции вне зависимости от функционирования других систем. Каждая из локальных систем должна осуществлять управление сбором данных, измерение контролируемой величины, сравнение полученных значений с допустимыми, формирование результатов анализа в виде диагностических сообщений, выдачу предупредительных и аварийных сообщений оператору, передачу диагностических сообщений на центральную ЭВМ системы и прием управляющих воздействий от нее. Центральная ЭВМ системы должна осуществлять прием результатов анализа от локальных систем мониторинга, управлять переадресацией диагностических и информационных сообщений между локальными системами, осуществлять интерфейс с оператором и ведение архива «аварийных» ситуаций. Каждая из локальных систем должна иметь свой управляющий вычислительный компьютер и интерфейс с оператором локальной системы. Все предупредительные и аварийные сообщения должны дублироваться на мониторах локальной системы и центральной ЭВМ комплекса. Такая концепция построения систем обеспечивает высокую надежность обнаружения течи и высокую достоверность результатов обработки.

8.6.4. Данная концепция системы предопределяет выполнение следующих функций в автоматическом режиме:

- сбор, обработка и анализ сигналов датчиков по каждому измерительному каналу;

- сравнение измеренных и расчетных значений с заданными пределами;

- накопление и хранение в информационной базе данных текущих и предшествующих значений по каждому измерительному каналу;

- выявление тенденций изменения регистрируемых сигналов;

- обмен промежуточными данными между подсистемами;

- подача звуковой и световой сигнализации «предупредительного» и «аварийного» изменения контролируемых параметров;

- формирование архива «аварийных» ситуаций;

- оценка величины течи теплоносителя;

- определение местоположения течи;

- самодиагностика составных частей и элементов.

8.6.5. Система должна допускать возможность представления графической информации об изменении регистрируемых параметров в процессе опроса датчиков, результатах промежуточного и аварийного анализа на внутрисистемном мониторе без ущерба для выполнения перечисленных выше функций. Кроме этого система должна допускать возможность формирования и редактирования информационной базы «данных» и базы «знаний».

8.7. Требования к проектной документации на системы контроля течи

8.7.1. Следующая техническая документация должна быть разработана и представлена в обоснование внедрения системы контроля течей для конкретной АЭУ:

1. проектный базис, использованный при проектировании каждой СКТ главного контура охлаждения, например, температура теплоносителя, давление, радиоактивность, и т.д.:

2. аналитические модели и физические методы, использованные для определения чувствительности каждой СКТ. время реагирования и аварийных сигналов;

3. ограничения и приблизительная точность для каждого метода обнаружения, их измерительный диапазон в объеме теплоносителя на единицу времени;

4. сейсмическая квалификация каждой системы обнаружения течи:

5. описание испытательных и калибровочных процедур для каждой отдельной системы и интегрированной системы обнаружения течи;

6. идентификация и сейсмическая квалификация источников питания для каждой СКТ.

8.7.2. Сведения, характеризующие принятую схему контроля течей, точность и чувствительность каждой используемой СКТ, точность определения места локализации течи и период реагирования, обеспечивающие надежную регистрацию течи, приводятся в конструкторской (проектной) документации для каждой конкретной АЭУ. Ответственность за разработку соответствующей с гарантией качества документации для каждой системы контроля течи и инструкций по их эксплуатации несет конструкторская организация. Порядок действий оператора, следующий после обнаружения течи, отражается в инструкции по эксплуатации.

8.8. Требования к сейсмической квалификации

Система контроля уровня дренажа и по крайней мере одна из трех независимых систем контроля течи должна быть квалифицированна на выполнение проектных функций, соответствующих максимальному расчетному землетрясению для энергоблока. При обеспечении аварийного сигнала и способности индикации течи, записывающие устройства не обязательно должны функционировать в течение или после сейсмических событий.

8.9. Требования к источникам питания

Основные системы контроля течи главного контура охлаждения должна быть запитаны от независимых раздельных источников надежного питания с обеспечением их резервирования. Сейсмостойкая СКТ должна быть запитана от сейсмостойкого источника питания. Оборудование системы контроля течи должно допускать возможность прерывания в напряжении питания, например, при переходе от одного источника питания к другому. Кроме того, все системы контроля течи должны быть способными автоматически восстанавливать свою полную функциональность после мгновенного прерывания энергопитания, например, при переключении источника питания, перебоях питания и т.п. Системы контроля течи должны быть способны функционировать от источников переменного и постоянного тока с допуском на напряжение, соответствующим допускам, определяемыми действующим стандартом.

8.10. Требования к обслуживанию и калибровке

Система обнаружения течи должна обеспечивать периодическое тестирование, ремонт, калибровку, замену и демонтаж. Должна обеспечиваться возможность калибровки измерительных каналов в режиме эксплуатации, периодической настройки и установки аварийной и предупредительной сигнализации для компенсации изменения условий эксплуатации.

9. РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПО КРИТЕРИЯМ ТПР

После того, как рассматриваемые компоненты и трубопроводы были проверены на деградационные механизмы и найдены пригодными для потенциального применения концепции ТПР, они подвергаются строгой оценке с позиций механики разрушения. Цель этой оценки состоит в том, чтобы продемонстрировать стабильность постулируемой в критической зоне сквозной трещины при максимальной расчетной аварийной нагрузке (МРН), и выявляемость результирующей течи, даже в маловероятном случае, когда трещина будет развиваться. Для рассматриваемых компонентов и трубопроводов проводится анализ условий нагружения системы, напряженного состояния, данных неразрушающего контроля металла, свойств материала и возможностей установленной системы контроля течи (СКТ). Далее, в зависимости от выбранного подхода, используется расчетная процедура NUREG-1061 (США, рис. 1) или немецкая процедура (рис. 2), представленные в разделе 5.

Рассматриваемые компоненты и трубопроводы удовлетворяют расчетным критериям применимости концепции ТПР, если следующие условия могут быть показаны:

1) постулируемый условный дефект (начальный поверхностный дефект (а_o, 2с_o), расположенный в критической зоне) не вырастит значительно за счет циклического нагружения в течение всего проектного срока эксплуатации АЭУ, а результирующая поверхностная трещина (а_f, 2_сf) в конце срока службы установки является стабильной при МРН;

2) постулируемая сквозная трещина, 2с_LD, достаточного размера, чтобы гарантировать ее обнаружение установленной СКТ будет стабильной при МРН (NUREG-1061 подход) или результирующая сквозная трещина длиной 2с_f, определенная из анализа усталостного роста условного дефекта при неограниченном (запроектным) количестве собранных блоков циклического нагружения, будет выявляемой при нормальной эксплуатации и стабильной при МРН (подход Siemens). Минимальная длина начальной трещины течи после разрыва перемычки определяется как 2с_f’ = 2с_LS = 3t.

При использовании процедуры NUREG-1061, анализ докритического роста начального поверхностного дефекта не проводится в том случае, если проектная документация содержит таблицы допускаемых дефектов и предусмотрен контроль за состоянием металла в процессе эксплуатации, так как считается, что использование расчетной методики определения допускаемых размеров дефектов в эксплуатации /М-02-91/ предопределяет этот расчет.

Для гарантии получения консервативных результатов, расчеты сварных соединений следует выполнять с использованием свойства материала, как основного металла, так и металла шва. Только верифицированные методы механики разрушения и компьютерные программы, аттестованные в ГАН РФ, должны быть использованы здесь. В случае если компьютерные программы не прошли аттестацию, следует представить их подробное описание и данные по верификации. Применяемые верифицированные методы механики разрушения и критерии оценки для каждой фазы расчета приведены на Рис. 3.

9.1. Исходные данные для расчета

9.1.1. В состав исходных данных для рассматриваемой АЭУ входят:

- Геометрия компонентов и трассировка систем трубопроводов, компоновка и конфигурация трубопроводов, детальные чертежи, изометрические характеристики и размеры, включая допуски;

- Условия опирания и особенности (места расположения, типы и характеристики опор);

- Особенности присоединения трубопроводов к патрубкам корпуса реактора, оборудованию, клапанам, главным циркуляционным насосам, коллекторам и др.);

- Карты и спецификация сварных швов с указанием их индентификационных номеров и типов, детальные чертежи всех типов сварных соединений;

- Список используемых материалов (основных, сварочных, наплавки), свойства основного металла и сварочных материалов в диапазоне рабочих температур;

- Категоризация сварных швов (как специфицированы, например, из стандарта, сертификата, литературы, испытаний или фактические и т.п.);

- Примененные технологии производства, изготовления, сварки, монтажа и контроля (для оценки остаточных напряжений и условного дефекта);

- Сведения по условиям эксплуатации, весь спектр нагрузок и таблица нагрузок для всех проектных и эксплуатационных условий, включая переходные режимы и их частоту, проектные сейсмические события (МРЗ);

- Специфические нагрузки, внутренние и внешние воздействия (гидравлический удар, термическая стратификация, вибрации и т.п.);

- Граничные нагрузки, максимальная аварийная нагрузка;

- Результаты расчета напряженного состояния для всех проектных и эксплуатационных условий;

- Данные по докритическому росту трещины (усталостному, коррозионно-усталостному, стабильному);

- Начальный размер постулируемых дефектов;

- Чувствительность системы контроля течи, Q_LD точность и время необходимое для обнаружения течи теплоносителя.

9.1.2. Должны быть проанализированы возможные отличия исходных данных от заложенных в проекте.

9.2. База данных по материалам

База данных по материалам используемая в процедуре ТПР включают в себя свойства основного металла и сварных соединений при соответствующих эксплуатационных температурах, с учетом возможной анизотропии свойств материалов и их изменения в процессе изготовления и эксплуатации:

- химический состав;

- физические свойства (модуль упругости, Е, коэффициент Пуассона, температурный коэффициент линейного расширения, α);

- механические свойства (расчетная диаграмма деформирования, σ^-ε временное сопротивление, R_m, предел текучести, R_p0,2, относительное удлинение, А, и сужение, Z);

- характеристики трещиностойкости J - R кривые, вязкость разрушения, J_0,2, критическая температура хрупкости, Т_ко, или температура вязко-хрупкого перехода, RT_NDT, ударная вязкость по Шарпи, КС\/);

- кинетические диаграммы роста дефектов по усталостному и коррозионно-усталостному механизмам для заданных параметров нагружения и среды (dl/dN и dl/dτ - зависимости, предельные и пороговые значения, если уместны);

- данные, подтверждающие отсутствие склонности материалов ко всем видам коррозии (из анализа опыта эксплуатации), или данные по коррозионному росту трещин, верхние значения, влияние среды (если таковые имеют место);

- данные, подтверждающие, что характеристики материалов стабильны во времени или не выходят за пределы гарантированных сертификатных значений вследствие деформационного и термического старения (если они могут иметь место).

9.2.1. Вышеупомянутые свойства материалов и полосы разброса должны быть определены и представлены в объеме аттестационного отчета. Некоторые характеристики материала (например, истинная диаграмма деформирования и J - R кривые) могут быть не определены, если инженерные методов механики разрушения (предельная пластическая нагрузка и концепция напряжения течения) используются для анализа стабильности трещины.

9.2.1.1. Экспериментальная программа испытаний должна обеспечить получение реальных свойств используемых материалов путем испытания, по крайней мере, трех образцов для каждого типа испытания в соответствии с действующими стандартами. При этом направления вырезки образцов должны включать продольную и окружную ориентацию. Ориентация трещин в испытываемых образцах должна быть подобна той, которая ожидается в данных компонентах. Образцы для определения J - R кривых должны иметь размеры, предусмотренные действующими стандартами.

9.2.1.2. Технология изготовления сварных швов в заготовках, из которых будут вырезаны образцы для дальнейших испытаний, должна соответствовать технологии изготовления и термической обработки аналогичных швов рассматриваемого элемента.

9.2.1.3. Для того чтобы продемонстрировать требуемую пластичность и вязкость разрушения, контрольные испытания на растяжение и разрушение должны быть выполнены при температурах, соответствующих условиям эксплуатации рассматриваемых компонентов.

9.2.1.4. Испытания на ударную вязкость, статическую и циклическую трещиностойкость, коррозионное воздействие (если имеется) должны проводиться для основного металла и металла шва при нормальной и эксплуатационной температурах. Указанные испытания должны проводиться на образцах, вырезанных из производственных сварных соединений, из припусков к ним или из контрольных сварных соединений (специально свариваемых соединений или наплавленных поверхностей и кромок пластин или труб, однотипных с производственными контролируемыми соединениями).

9.2.1.5. По результатам испытаний каждой группы образцов определяют минимальные значения (нижние огибающие), средние значения и максимальные значения (верхние огибающие) определяемых характеристик материала. В результате статистической обработки определяют среднее и стандартные отклонения с вероятностью ошибки 2,5 %. Диаграммы деформирования представляют в виде аппроксимации Рамберга-Оствуда, a J - R кривые аппроксимируют степенной зависимостью. Должно быть показано, что минимально измеренные значения свойств материала не хуже сертификатных данных и минимально гарантированных значений.

9.2.1.6. Применительно к рассматриваемым материалам и сварным соединениям допускается использовать имеющиеся экспериментальные данные, представленные в аттестационных и технических отчетах, стандартах, ТУ или Нормах /ПНАЭ 02/.

9.2.2. Составляется база данных всех используемых материалов. Для каждого сварного шва эти данные должны быть ранжированы на категории:

КАТ-1 = данные, полученные из экспериментальной программы испытания архивных материалов;

КАТ-2 = сертификатные данные завода-изготовителя с данной станции;

КАТ-3 = опубликованные экспериментальные данные, полученные на аналогичных материалах в других организациях;

КАТ-4 = минимально-гарантированные свойства, имеющиеся в стандартах, ТУ, методических материалах или «Нормах расчета на прочность...».

9.3. Анализ напряженного состояния

Анализ напряженного состояния является частью расчета на прочности, представленного в разделе 6.1.4. В рамках концепции ТПР, анализ напряженного состояния целых систем трубопроводов выполняется с целью определить наиболее напряженные зоны компонентов и трубопроводов относительно первичных и вторичных напряжений и усталости материала. Подробный анализ напряжений базируется на полностью смоделированных систем трубопроводов и консервативных предположениях относительно проектных и возможных специальных случаев нагружения, которые оцениваются из опыта эксплуатации (см. раздел 7) и состоит из трех основных частей:

1) Определение статических и динамических нагрузок (сил и моментов), включая некоторые специфические нагрузки, и источников их происхождения.

2) Определение граничных условий для расчета напряжений и анализа усталости. Выбор метода комбинирования нагрузок (алгебраический или абсолютный) для определения максимальной расчетной аварийной нагрузки (МРН).

3) Определение и оценка напряженного состояния, идентификация наиболее напряженных зон.

9.3.1. Нагрузки определяют (с учетом имеющихся экспериментальных данных) для всех проектных режимов при нормальных условиях эксплуатации (НУЭ), нарушении нормальных условий эксплуатации (ННУЭ), переходных режимов, аварийной ситуации (АС) и максимальном расчетном землетрясении (МРЗ). Дополнительно оценивают специфические и динамические нагрузки (ДН) (см. разделы 6 и 7). Внутреннее давление, весовые нагрузки, температурное расширение и другие уместные нагрузки должны учитываться в статическом расчете. Сейсмические нагрузки и внешние ударные воздействия рассматриваются в динамическом расчете. История нагружения, происходящая от НУЭ, ННУЭ и переходных режимов используется в расчете усталостной повреждаемости и анализе роста трещины объединенных с линейным правилом суммирования. Различные условия нагружения должны накладываться соответствующим образом.

9.3.2. Для всех расчетных и переходных режимов должны быть оценены реакции (силы и моменты) от опор, подвесов и ограничителей, перепады температур, частоты нагружения, диапазон нагружения, вибрации, число и формы циклов нагружения. Специфические нагрузки от стратификации и температурной флуктуации, гидравлического удара и других косвенных воздействий должны быть также рассмотрены, если они имеют место.

9.3.3. Для уместных сечений системы трубопроводов результирующие статические силы и моменты от каждого типа нагружения должны быть скомбинированы в растягивающие, изгибные и крутящие компоненты. Результирующие статические силы и моменты суммируются алгебраически с учетом направления их действия, результирующие динамические силы и моменты суммируются абсолютно без учета направления их действия. К результирующим статическим силам и моментам добавляют абсолютные значения результирующих динамических сил и моментов. Путем перебора различных комбинаций по максимальному значению суммарной статической и динамической нагрузки для анализируемых компонентов определяют наиболее нагруженные сечения и наиболее опасный случай нагружения, т.е. максимальную расчетную нагрузку (МРН).

9.3.4. Мембранные и изгибные компоненты первичных и вторичных напряжений должны быть рассчитаны для уместных сечений трубопроводных систем для каждого случая нагружения, а также для МРН. Следует также проанализировать наиболее нагруженные гибы (если в них имеются продольные сварные швы), патрубковые зоны и композитные сварные соединения. Остаточные напряжения, которые могут возникнуть при изготовлении, сварке и монтаже должны быть оценена. Критические зоны в трубопроводных системах определяются путем нахождения комбинации максимальных напряжений (мембранные плюс изгибные) и минимальных свойств материала.

9.3.5. При определении напряженного состояния в системах трубопроводов особое внимание должно уделяться выбору консервативной расчетной схемы, моделирующей сложную трассировку и компоновку трубопроводов и фактические граничные условия опирания. Для того, чтобы гарантировать консервативные результаты, расчет напряженного состояния следует выполнять без счета антикоррозийной наплавки с использованием компьютерных программ (предпочтительно двух) аттестованных ГАН РФ (ASTRA, CANPIPE и др.). Допускается также использовать общепризнанные зарубежные программы с представлением верификационных данных.

9.4. Характеризация начальных дефектов и постулирование сквозной трещины

9.4.1. В соответствии с расчетной процедурой ТПР (см. разделы 5.1 и 5.3) в тех зонах, где напряжения максимальных напряжения сочетаются с минимальными свойствами материала (см. п. 9.3.4), постулируются начальный поверхностный трещинообразный дефект предполагаемого размера (условный дефект) и сквозная трещина, размер которой достаточно большой, чтобы гарантировать обнаружение результирующей течи установленной системой контроля течи (СКТ). Условные дефекты используются в анализе усталостного роста трещины, чтобы продемонстрировать его незначительный подрост в течение одного срока службы АЭУ и показать, что его дальнейшее развитие приведет к течи, а не разрушению. Постулирование сквозной трещины требуется для последующего анализа стабильности сквозной трещины с обнаруживаемым расходом теплоносителя.

9.4.2. Эти критические зоны должны быть определены путем использования результатов анализа напряженного состояния (п. 9.3.4) и базы данных по свойствам материалов для основного металла и сварных соединений (раздел 9.2). При постулировании трещин для расчетного анализа потенциально высоконапряженные зоны такие, как осевые швы в трубах и коленах или кольцевые швы приварки труб к большим компонентам должны быть рассмотрены. Наиболее вероятно, что эти трещины будут расположены в плоскостях, ориентированных перпендикулярно действию максимальных растягивающих напряжений (осевым плюс изгибным), возникающих от нагрузок в режиме НУЭ в комбинации с наиболее опасной нагрузкой для данного компонента, т.е. от максимальной расчетной нагрузки (МРН). Во всех этих случаях, особое внимание следует уделить ориентациям трещин, изменяющимся от осевого до кольцевого направлений, в частности, при их расположении в основном металле и зоне термического влияния сварного шва.

9.4.3. Условные дефекты определяются как одиночные кольцевые или осевые трещины, имеющие полуэллиптическую форму, глубиной, а_о и общей длиной вдоль внутренней поверхности, 2с_о. Следуя правилами схематизации согласно методическим рекомендациям МР 125-02-95 /МР 95/, размер «охватываемого условного дефекта» определяется либо по критериям методики М-02-91, либо по границам выявляемости неразрушающих методов предэксплуатационного и эксплуатационного контроля металла с учетом данных накопленного опыта эксплуатации. В расчетах усталостного роста дефекта допускается использовать «приемлемый условный дефект» общей протяженностью по поверхности, 2с₀ = 1,0 t, и глубиной, а_о = 0,2 t (где t - толщина стенки), но размером не менее 4 × 20 мм и не более 10 × 50 мм.

9.4.4. В соответствии с методикой М-ТПР-01-93 (или NUREG-1061 рис. 1), в критической зоне постулируется сквозная трещина, течь из которой в 10 раз больше, чем чувствительность установленной системы контроля течи. Если минимальная чувствительность. Q_о, составляет 3,8 л/мин в течение 1 часа, тогда постулируется трещина длиной 2с_LD, течь из которой составит 38 л/мин (Q_LD) в режиме нормальной эксплуатации. Это, так называемая, «трещина с обнаруживаемой течью».

9.4.5. В соответствии с процедурой М-ТПР-РУММ-01-97 (аналогичный метод Siemens, Рис. 2) постулируемая сквозная трещина должна быть достаточного размера для ее надежного обнаружения с помощью установленной системы контроля течи. Коэффициент запаса 5 на способность СКТ обнаружить течь, Q_о, рекомендуется для использования при определении размера «трещины с фиксируемой течью». Таким образом, сквозная трещина длиной 2с_LD, течь через которую в 5 раз больше, чем чувствительность СКТ (т.е. Q_LD = 5 × Q_o), постулируется в критической зоне. Последующий анализ чувствительности должен подтвердить, что этот коэффициент запаса является достаточным.

9.5. Порядок проведения расчета

9.5.1. Ответственность за выбор процедуры расчета несет организация, выполняющая расчетное обоснование в рамках концепции ТПР. Для того, чтобы выполнять расчетное обоснование и достигнуть консервативных результатов необходимо располагать исходными данными по отношению геометрическими особенностям, свойствам материалов при соответствующих температурах, условиям нагружения и их комбинации, предельным нагрузкам, максимальным аварийным нагрузкам, уровню остаточных напряжений, размеру и расположению начальных условных дефектов, фактическим блоком нагружения для расчета усталостного роста трещины. Необходимо также оценить опыт эксплуатации, который должен свидетельствовать, что нет особой склонности к разрушению от эффектов эрозии-коррозии, гидравлического удара, мало- и высокоцикловой усталости и других специфических воздействий (см. раздел 7).

9.5.2. При проведении расчета следует руководствоваться следующими рекомендациями:

- Наиболее точные оценки напряженного состояния, верифицированные методы и программы расчета должны быть использованы при расчетном обосновании концепции ТПР.

- При анализе стабильности трещин, напряжения компенсации следует консервативно рассматривать как первичные. Другими вторичными напряжениями (местными, остаточными и др.) можно пренебречь при оценке стабильности поверхностных дефектов и сквозных трещин. Эти напряжения следует учитывать только в расчетах усталостного роста трещины.

- При расчетах докритического роста трещины и определения критической длины трещины наличие антикоррозионной наплавки не учитывается. При определении площади раскрытая трещины и расхода теплоносителя толщина стенки расчетного компонента определяется с учетом толщины слоя наплавки.

- На всех стадиях расчета рекомендуется использовать фактические свойства материалов, соответствующих категории КАТ-1 и КАТ-2. При соблюдении консерватизма допускается также использование свойств материала по категории КАТ-3.

- В анализах стабильности трещин должны быть использованы нижние огибающие реальных свойств материалов и наиболее точные оценки напряженного состояния. Верхние огибающие свойств материалов должны быть использованы при расчетах докритического роста дефектов и площади раскрытия трещины.

- Для всей системы трубопроводов, расчетное обоснование концепции ТПР должно охватывать не только зоны с наибольшими напряжениями, но также и зоны с высокими напряжениями для каждой отдельной петли трубопровода или компонента.

9.5.3. Процедура NUREG-1061 /методика М-ТПР-01-93 (рис. 1)

Следующая последовательность расчетного обоснования концепции ТПР (см. п. 5.1.1) используется:

1. Идентифицировать материалы и соответствующие свойства материалов, включая данные механических испытаний и вязкость разрушения (см. раздел 9.2). Обосновать что свойства, используемые в расчетном обосновании соответствуют свойствам эксплуатационных материалов. Оценить влияние на стабильность свойств длительных воздействий как, например, термическое старение, где необходимо.

2. Рассчитать приложенные нагрузки для всей системы трубопроводов и определить максимальные аварийные расчетные нагрузки (МРН), как комбинацию нагрузок при НУЭ, включая переходные режимы и аварийные нагрузки (например, МРЗ). Для каждой ветки трубопровода и анализируемого компонента определить наиболее напряженные зоны (см. раздел 9.3).

3. В каждой из этих зон охарактеризовать и постулировать начальные трещиноподобные поверхностные (условные) дефекты (см. раздел 9.4). Выполнив анализ усталостного роста трещины, показать, что условные дефекты не вырастут значительно в течение срока службы и не превратятся в сквозную трещину.

4. В критических зонах постулировать выявляемую сквозную трещины (см. п. 5.1.1 и п. 9.4.4). Коэффициент запаса 10 должен быть продемонстрирован между рассчитанным расходом теплоносителя через эту трещину и чувствительностью системы контроля течи.

5. Используя максимальные расчетные нагрузки, продемонстрировать, что имеется по крайней мере запас 2 между постулированной трещиной с выявляемой течью и критическим размером трещины.

6. Продемонстрировать запас по отношению к приложенной нагрузке. Должно быть показано, трещина с выявляемой течью является стабильной при нагрузке в 1,4 раза больше МРН. Этот коэффициент запаса может быть снижен до значения 1,0, если все компоненты аварийных нагрузок (сейсмические, динамические и др.) комбинируются по индивидуальным абсолютным значениям.

9.5.3.1. В соответствии с процедурой критический размер сквозной трещины, 2с_с, для каждой критической зоны определяют дважды:

(1) размер 2с_С1 при МРН и (2) размер 2с_С2 при 1,4 × МРН.

9.5.3.2. Результаты расчета удовлетворяют критерию стабильности трещин, если одновременно выполняются следующие условия:

2с_LD < 2с_С1/2 при МРН и 2с_LD < 2с_С2 для режима 1,4 × MPH*).

*) Только при использовании алгебраического правила суммирования компонентов аварийных нагрузок.

9.5.3.3. При определении постулируемого размера трещины, 2с_LD, следует учитывать, что ее длина должна быть более двух толщин стенки, 2t. Если 2с < 2t, консервативно принимается 2с_LD = 3t.

9.5.3.4. Проблема определения размера постулируемой трещины, 2с_LD, при заданных параметрах истекающей среды, характеристиках материала и нагрузках в режимах НУЭ включает в себя три задачи:

- определение объемного расхода теплоносителя, Q [л/мин] или массового расхода теплоносителя, (G [кг/мин], через сквозную трещину;

- определение площади раскрытая трещины, А;

- определение размера постулируемой трещины, 2с_LD, как обратной функции расхода теплоносителя (скорости течи) и площади истечения.

Для определения этих характеристик могут быть рекомендованы графические решения нелинейных уравнений.

9.5.4. Процедура Siemens / методика М-ТПР-РУММ-01-97 (рис. 2)

В соответствии немецкой процедурой (см. п. 5.1.2 и раздел 5.3) поведение по типу «течь перед разрушением» демонстрируется для систем трубопроводов на основании того факта, что рост условного дефекта через толщину стенку даже при многократных сроках службы АЭУ приведет к образованию течи, которая может быть обнаружена и результирующая длина трещины течи имеет вполне достаточный коэффициент запаса по отношению к критической длине сквозной трещины.

9.5.4.1. Для постулируемого по п. 9.4.3 начального поверхностного дефекта (a_о, 2с_о) в критических зонах сначала следует продемонстрировать, что усталостный или коррозионно-усталостный рост начального дефекта незначителен для всего проектного срока эксплуатации, а затем показать, что образовавшаяся из постулируемого поверхностного дефекта в результате своего дальнейшего роста при неограниченном количестве специфицированных блоков нагружения сквозная трещина будет стабильна при МРН и выявлена штатной СКТ при нормальной эксплуатации задолго до того, когда сквозная трещина может достигнуть критического размера.

9.5.4.2. Расчетная процедура включает следующие этапы:

·       Расчеты критических длин сквозных трещин, расположенных в критических зонах;

·       Расчеты усталостного роста трещин:

- Характеризация начального условного дефекта;

- Развитие формы трещины при усталостном росте;

- Усталостный рост трещины до прорыва стенки;

- Анализ поверхностной трещины на конец срока службы.

·       Расчеты площади раскрытия трещин и расходов теплоносителя;

·       Оценка коэффициентов безопасности с точки зрения неопределенностей входных параметров;

Основной моделью усталостного распространения трещины служит уравнение Пэриса.

9.5.4.2. Поведения по типу «течь перед разрушением» демонстрируется введением коэффициентов запаса на способность обнаружить течь, а также коэффициентов запаса на размер усталостной трещины в конце срока службы установки (a_f, 2с_f), на длину начальной сквозной трещины реальной формы, 2с_f  определяющей начальную течь, Q_LS, при прорыве стенки и последующую длину трещины, 2с_LS, развитую в прямоугольную форму после разрушения перемычки, на длину трещины с обнаруживаемой течью, 2с_LD, по отношению критической длине трещины, 2с_с, определенной при МРН.

Для рассматриваемых трубопроводов и компонентов рекомендуются следующие коэффициенты запаса:

- Коэффициент запаса не менее 5 на чувствительность системы контроля течи: Q_LD ≥ 5×Q_O;

- Коэффициент запаса на усталостный рост начального поверхностного дефекта до конца срока службы установки: а_f  < 0,3t, 2c_f  < 0,5 × 2с_с;

- Коэффициент запаса на запроектный усталостный рост трещины: 2с_f' < 0,5 × 2с_с;

- Коэффициент запаса на трещину с начальной течью: 2c_LS < 0,5 × 2с_с, обычно, 2с_f' = 2с_LS = 3t;

- Коэффициент запаса на трещину с выявляемой течью, Q_LD : 2с_LD < 0,5 × 2с_с.

Достаточность этих запасов должна быть подтверждена дальнейшим анализом неопределенностей.

9.5.4.3. Специфические этапы расчетного обоснования по данной процедуре представлены ниже:

(1) Определить критические зоны и охарактеризовать начальный дефект (а_o, 2с_о).

(2) Оценить чувствительность штатной системы контроля течи, Q_o ввести запас 5 для определения надежно выявляемой течи, Q_LD, и рассчитать размер постулируемой трещины течи, 2с_LD.

(3) В критической зоне рассчитать критическую длину сквозной трещины, 2с_с, при МРН. Проверить, является ли трещина с обнаруживаемой течью стабильной:

(4) Выполнить расчет усталостного роста начального дефекта (а_o, 2с_о). Показать, что постулируемый в критической зоне начальный дефект не увеличится значительно в своих размерах в течение проектного срока эксплуатации: а_of  = а_o + ∆а, 2с_f = 2с_о + 2∆с, а_f  < 0,3t, 2c_f < 0,5 × 2c_c.

(5) Рассчитать рост начального поверхностного дефекта для неограниченного числа блоков нагружения до его проникновения через толщину стенки или пока он достигает величины чуть меньше, чем толщина стенки t (например, до а = 0,8t) определить длину трещины при потере герметичности, 2с_f'.

(6) Оценить длину начальной трещины течи прямоугольной формы, 2с_LS. Если 2с_f' < 3t тогда консервативно принимают, 2с_LS = 3t.

(7) Убедиться, что начальная трещина течи является стабильной:

(8) Оценить, можно ли зафиксировать начальную трещину течи с достаточным запасом:

(9) Выполнить расчет докритического роста сквозной трещины, 2с_LD, определить число циклов, требуемое для ее подрастания до длины выявляемой трещины течи, 2с_LD, и затем до критической длины, 2с_с. Показать, что время роста трещины с обнаруживаемой течью, 2с_LD, до критической длины значительно превышает проектный ресурс эксплуатации АЭУ.

(10) Выполнить анализ чувствительности и оценить полученные результаты:

(*) Коэффициенты запасов достаточны?

9.5.4.4. При проведении расчетов по данной процедуре следует учитывать некоторые характерные особенности, связанные с возможным образованием сложной формы трещины в момент локальной разгерметизации, когда длина трещины на наружной поверхности стенки меньше длины трещины на внутренней поверхности стенки, а также с влиянием остаточных напряжений на докритический рост начального дефекта и площадь раскрытия трещины течи.

9.6. Расчет критических размеров трещин

Расчет критической длины трещины является частью анализа стабильности трещины. Для расчета критической длины трещины используется максимальная расчетная нагрузка (МРН), т.е. наиболее опасная комбинация нагрузок при НУЭ, включая переходные режимы и максимальных аварийных нагрузок, например, МРЗ для кольцевых трещин или максимальное внутреннее давление для продольных трещин, в сочетании с более нижними огибающими фактических свойств материалов.

9.6.1. Для рассматриваемых компонентов, выполненных из вязких существуют различные методы анализа стабильности трещин, использующие упругопластическую механику разрушения:

1. Расчетные методы, основанные на оценках упругопластического j-интеграла с использованием JR-кривых:

- GE/EPRI, LBB.NRC, LBB.ENG и др. /KIS 94/;

- Двухпараметрическая процедура R6/3 /MIL 86/;

- 3-х мерный анализ методом конечных элементов /STUK 95/.

2. Инженерные методы анализа потери несущей способности (коллапс нетто-сечения), использующие механические свойства материала:

- Методы расчета по теории предельной пластической нагрузки (ППН) /BAR 97/;

- Методы расчета по концепции напряжения течения (КНТ) /BAR 97/;

- Анализ по параметрам пластической зоны /NRC 95/.

9.6.2. Первая группа наиболее точных и трудоемких расчетных методов может быть применена к сложным геометриям компонентов, если доступны фактические экспериментальных данных по свойствам материалов для рассматриваемой АЭУ, включая J-R кривые и истинные диаграммы деформирования, аппроксимированные функционалом Рамберга-Осгуда.

9.6.3. Вторая группа верифицированных инженерных методов может быть применена только для простых геометрий (тонкостенные цилиндрические обечайки, трубы и гибы с продольными или кольцевыми трещинами). Для расчета по этим методам не требуется получения экспериментальных JR-кривых для всех типов используемых в конструкции материалов. При наличии реальных данных по временному сопротивлению, пределу текучести и ударной вязкости по Шарпи, обязательным условием применения этих методов является использование вязкого материала (KCV > 60 Дж/см² при расчетной температуре).

9.6.4. Для инженерных методов, которые используют первичные напряжения (мембранные и изгибные) и игнорируют все вторичные напряжения, компоненты растягивающих напряжений, нормальных по отношению к поперечному сечению трубы с трещиной, определяются из комбинации всех категорий напряжений. Напряжения от термического расширения консервативно включаются в компоненты глобальных изгибных напряжений. Напряжение течение (разрушающее напряжение), σ_F определяется как величина между пределом текучести R_p0,2, и пределом прочности, R_m, в зависимости от типа основного материала (перлитный или аустенитный), типа трещины (кольцевая или продольная) и выбранного метода расчета.

9.6.5. Выбор метода расчета (см. рис. 3) зависит от особенностей конструкции, условий эксплуатации и нагружения, типа, расположения и ориентации трещин, доступности архивных свойств материала.

9.6.6. При выборе консервативных расчетных методов второй группы рекомендуется применение следующих верифицированных инженерных методов, основанных на теориях ППН и КНТ /FRAC 98/:

·       Для тонкостенных цилиндрических компонентов с продольными трещинами:

- Метод BMI (ППН), - Метод МРА (ППН), - Метод RUIZ (КТН):

·       Для тонкостенных цилиндрических компонентов с кольцевыми трещинами:

- Метод ASME (ППН), - Метод МР-125 (ППН),

- Метод МРА (ППН), - Метод Моментов (КНТ).

·       Для гибов трубопроводов с продольными трещинами:

- Метод BMI (ППН), - Метод STUK (ППН).

9.6.7. Для обеих групп расчетных методов должны использоваться только верифицированные программы расчета, например FRACTURE 1.0 /FRAC 98/, включающая в себя все методы 2-ой группы.

9.7. Расчет расхода теплоносителя

Цель этих расчетов состоит в оценке расхода теплоносителя через стабильную сквозную трещину, которая должна быть обнаружена штатной системой контроля течи при нормальных условиях эксплуатации. Этот расчет включает в себя:

(1) Определение формы трещин после превращения поверхностной трещины в сквозную;

(2) Определение площади раскрытия сквозной трещины;

(3) Определение расхода теплоносителя через сквозную трещину;

(4) Определение длины трещины для расчетного расхода теплоносителя.

При использовании процедуры NUREG-1061 форма трещины по первому анализу не определяется, а сразу постулируется сквозная трещина прямоугольной формы.

9.7.1. Определение формы трещины.

При оценке формы трещины следует учитывать некоторые особенности:

- разрушение перемычки происходит локально;

- сложную форму трещины при разрыве перемычки, когда длина трещины на наружной поверхности элемента первоначально меньше, чем длина трещины на внутренней поверхности;

- последующий усталостный рост трещины;

- зависимость от остаточных напряжений.

Определение формы усталостной трещины в момент разгерметизации рекомендуется проводить с использованием численных процедур в следующей последовательности:

1) Для данной псевдополуэллиптического начального дефекта (а_o, 2с_о), постулируемого по п. 9.4.3 и расположенного на внутренней поверхности компонента выполняют расчетный анализ коррозионно-усталостного роста трещины до максимально возможной глубины, обычно до значения 0,8t из-за геометрического ограничения при расчете коэффициента интенсивности напряжений, К_L. В расчетах учитывают распределение остаточных напряжений сварки.

2) Фиксируют отношение размеров трещины в конце ее предельного роста a_L/с_L и a_L/t.

3) Используя расчетные значения a_L/с_L и a_L/t, определяют размер предполагаемой трещины на внутренней, 2с_in, и наружной, 2с_out, поверхностях после разрыва перемычки: 2c_in = 1,25с_L × (с_L/a_L) и 2с_out = 0,3 × 2с_in, соответственно. Величина 2с_in есть длина сквозной трещины при прорыве перемычки реальной формы, 2с_f'.

Дальнейшее последующее развитие этой трещины приведет к образованию начальной трещины течи прямоугольной формы длиной 2с_LS, которую затем используют в анализе стабильности и усталостного роста трещины. Если 2с_f' < 3t, тогда консервативно принимают 2с_LS = 3t.

9.7.2. Определение площади раскрытия трещины

В зависимости от степени сложности компонента и формы трещины изучаемой трещины, площадь раскрытия трещины может быть оценена либо из 3-х мерного расчета МКЭ, либо с использованием аналитических решений механики разрушения.

9.7.2.1. Наиболее точное решение при определении площади раскрытия трещины получают с использованием численных процедур МКЭ. Здесь площадь течи, А, определяют как минимальную величину из площади раскрытия трещины на внутренней, А_in, или наружной поверхностях, А_out, компонента.

9.7.2.2. Допускается применять верифицированные программы расчета, например аттестованную программу FRACTURE 1.0 /FRAS 98/, использующую верифицированные аналитические решения, полученные методами механики разрушения:

·       Для осевой трещины в цилиндрической оболочке:

- Метод В-К, - Метод Миллера (R6/Rev.3), - Метод GRS, - Метод Hahn.

·       Для кольцевой трещины в цилиндрической оболочке:

- Метод В-К, - Метод Пэрис-Тада, - Метод GRS, - Метод МР-125.

·       Для осевой трещины вгибах:

- Метод STUK. - Метод Siemens.

9.7.2.3. При выборе метода расчета, использующего инженерные решения, предпочтение следует отдавать методу, который для рассматриваемой геометрии и условий нагружения дает наиболее консервативный результат. Ответственность за выбор расчетного метода несет организация, выполняющая анализ ТПР.

9.7.2.4. Для обеспечения консервативного решения, оценка площади, раскрытия трещины выполняется при нормальных эксплуатационных нагрузках в режиме полной мощности, без учета каких-либо аварийных нагрузок с использованием верхних показателей механических характеристик соответствующих материалов. Остаточные напряжения следует рассмотреть т.к. они могут уменьшить площадь раскрытия трещины в результате закрытия берегов трещины.

9.7.3. Определение расхода теплоносителя

Применение методологии ТПР требует расчета вычисление расхода теплоносителя через трещины. Оценка расхода используется при определении размера трещины с обнаруживаемым расходом.

9.7.3.1. Рекомендации по оценке расхода теплоносителя даны в документах R6/Rev.3/MIL 86/ и IAEA-TecDoc-774/IAEA 94/. Для расчетов расхода пароводяного теплоносителя рекомендуются некоторые протестированные и верифицированные компьютерные программы как, например SQUIRT (Battelle), PICER (EPRI), FLORA (Siemens), ASTEQ (Framatome), CRAFLO (VTT). В этих программах используются схожие термогидравлические неравновесные модели для двухфазного потока. Программы допускают использование эллиптической формы трещины и площадь ее раскрытия с линейной вариацией по толщине стенки. Учитываются фрикционные потери, обусловленные шероховатостью поверхности, а дополнительные потери за счет извилистости пути могут быть учтены косвенно.

9.7.3.2. Полномасштабные эксперименты по определению расходов теплоносителя показали, что истечение и парообразование в атмосферное давление вызывает значительное охлаждение потока на выходе. Это может охладить наружную поверхность трещины, и тем самым вызвать термическую усадку и возможное изменение площади течи. Более низкая температура может также понизить вязкость материала. Эти аспекты инициировали разработку программы CRAFLO в VTT Energy /STUK 96/.

9.7.3.3. Ряд других параметров таких, как условия нагружения, давление на входе и выходе трещины, шероховатость поверхности, число поворотов в пути течи, коэффициенты потери на выходе и другие влияют на расход теплоносителя через трещину. Неопределенности и другие факторы, которые влияют на оценку коэффициентов безопасности, должны быть приняты во внимание при расчетах расхода теплоносителя с помощью компьютерных программ. Калибровочные испытания системы обнаружения течи для скоростей потока через реальные трещины и верификационные процедуры требуются в качестве приоритета.

9.8. Анализ неопределенностей

9.8.1. Цель этого анализа состоит в том, чтобы оценить, будет ли существовать достаточный запас для обнаружения гипотетической сквозной трещины до того, как она достигнет критического размера.

Полученные при расчетном обосновании концепции ТПР коэффициенты запаса не являются и не могут быть абсолютными, так как всегда остаются некоторые неопределенности, определяемые:

- знанием материалов, начальных дефектов и морфологическими переменными трещин;

- знанием реальных геометрий и условий опирания компонент, оборудования и трубопроводов;

- знанием условий нагружения систем при различных эксплуатационных условиях;

- расчетной схемой моделирующей всю систему трубопроводов для выполнения расчета напряженного состояния;

- аналитическими методами и компьютерными программами, использованных на различных стадиях расчетного обоснования.

Поэтому необходимо рассмотреть все эти неопределенности во входных параметрах и оценить их влияние на полученные коэффициенты запаса. Флуктуация нагрузок, вариация морфологических параметров трещины и свойств материала, неопределенности в аналитических моделях, все они дают вклад в вероятность того, что коэффициенты безопасности в методологии ТПР могут быть переменными. Чувствительность результатов расчетного анализа в диапазоне неопределенностей во входных данных должна быть исследована с помощью соответствующих дополнительных анализов.

9.8.2. Наиболее общий подход к количественной оценке неопределенностей результатов расчетов дает классическая теория вероятностей. Он основан на анализе взаимодействия решений исходных и промежуточных частных задач, обеспечивающих получение конечного результата. Этот результат рассматривается как реализация случайного события, которое имеет место при объединении случайных событий реализации решений исходных частных задач. Исходные параметры в данном случае рассматриваются как случайные величины. Это связано с наличием разброса данных по измерениям физических величин (например, свойств материалов) и наличия потенциальной возможности выполнения расчетов по различным методикам (программам), в которых могут использоваться различные алгоритмы, а значит и могут быть получены отличающиеся друг от друга результаты.

9.8.3. Выполнение анализа неопределенностей по общей зависимости для функции вероятности требует большего объема расчетов, который многократно превышает объем вычислений необходимый при выполнении детерминистического анализа ТПР. Поэтому, может быть использован упрощенный подход для приближенной консервативной оценки неопределенностей ТПР, обусловленных входными параметрами. Частичные коэффициенты безопасности по главным входным переменным (напряжения, размер трещины, свойства материала, морфологические параметры трещины и др.) могут быть получены относительно их оцененной достоверности. Допуская определенные коэффициенты изменения входных параметров, этот детерминистский подход позволяет оценить влияние отдельные понижающих коэффициентов на общий коэффициент запаса, зависящего от каждой индивидуальной переменной.

9.8.4. Детерминистские методы для достижения консерватизма в методологии ТПР базируются на нескольких коэффициентах безопасности. Так, например, для расчетного обоснование концепции ТПР вводят коэффициент запаса 10 на способность обнаружения течи и коэффициент запаса 2 на длину трещины по отношению к критической длине трещины. Коэффициент запаса 10 на расход теплоносителя через трещину обычно используется при определении постулированного размера сквозной трещины, чтобы учесть различные неопределенности, включающие неточности в расчетах площади раскрытия трещины и оценках морфологических параметров трещины. Численные значения понижающих коэффициентов и приемлемых резервных коэффициентов зависят от каждой индивидуальной ситуации и условий, для которых рассматриваемый элемент подлежит оценке. Резервный (остаточный) коэффициент определяется как отношение используемого коэффициента запаса к соответствующим понижающим коэффициентам. В целом, резервный коэффициент должен быть по крайней мере достаточным, чтобы скомпенсировать реальные изменения входных параметров, включая методы анализа, будь то одиночные или скомбинированные. Во всех случаях, резервный коэффициент на любые одиночные или скомбинированные изменения входных параметров должен быть больше единицы 2, в частности, должен быть представлен относительно всех значимых входных параметров. Понижающие индивидуальные коэффициенты должны быть сгруппированы в общий понижающий коэффициент, который должен быть меньше, чем интегральный коэффициент запаса, использованный в соответствие с принятой процедурой расчетного обоснования концепции ТПР.

9.8.5. Значения понижающих коэффициентов должны рассчитываться с использованием плотностей распределений начальных и промежуточных решений задач, как экстремальные вероятностные значения с вероятностью ошибки обычно равной 2,5 %. Резервный коэффициент запаса определяется просто отношением использованного при расчетном обосновании коэффициента запаса к полученному из анализа неопределенности суммарному понижающему коэффициенту (большего единицы). Например, если суммарный понижающий коэффициент на длину критической трещины, рассчитанный при самой неблагоприятной комбинации входных параметров (ухудшение свойств материала т дополнительные неучтенные ранее нагрузки) составляет 1,5, то резервный коэффициент запаса (по отношению к разрушению) на постулируемую длину трещины будет равен 2/1,5 = 1,3 > 1, т.е. трещина будет оставаться стабильной даже в этом экстра случае.

9.8.6. Оценку влияния различных входных параметров, включающую подсчет понижающих и резервных коэффициентов следует проводить, по крайней мере, для двух расчетных случаев: геометрий с кольцевой и продольной трещиной (если имеются продольные швы), для которых из расчетного обоснования концепции ТПР были получены наименьшие коэффициенты запаса. Хотя при оценках изменения ряда входных параметров уместные инженерные предпосылки и дополнительные оценки могут быть предприняты, в большинстве случаев требуется определение математического ожидания и стандарта каждого распределения, как выборочное среднее и стандарт по данным выборки.

9.8.7. Оцененные или полученные в результате статистической обработки уместные повышающие или понижающие коэффициенты (на нагрузку или свойства материалов) вводятся в отдельности и в совокупности на соответствующие входные переменные в диапазоне неопределенностей каждого из параметров для выполнения новых расчетов критической длины трещины и длины трещины, соответствующей заданному расходу теплоносителя или чувствительности системы контроля течи. Из сравнения вновь полученных значений искомых величин с базовыми решениями, полученными для проектных входных параметров в детерминистском анализе, определяются соответствующие понижающие и повышающие индивидуальные и суммарные коэффициенты и рассчитываются остаточные коэффициенты безопасности.

9.8.8. Оценка критического размера трещины к диапазону неопределенностей входных параметров проводится с использованием принятых консервативных методов механики разрушения в сочетании с верхними границами, определенными для напряжений в наиболее тяжелом режиме и нижними границами, определенными для толщины стенки и свойств материала. Из сравнения результатов расчета определяют понижающий коэффициент на критический размер трещины к вариации как отдельных, так и совокупных переменных к диапазону неопределенностей каждого входного параметра. Оценивают чувствительность критического размера трещины к каждому индивидуальному параметру и определяют суммарный резервный запас, остающийся для учета других неопределенностей в оценке несущей способности элемента с трещиной. Этот остаточный запас должен быть больше.

9.8.9. Оценка размера трещины по заданному расходу теплоносителя через сквозную трещину к диапазону неопределенностей входных параметров проводится с использованием принятой термогидравлической модели в сочетании с нижними границами, определенными для напряжений и площади раскрытия трещины в режиме НУЭ и верхними границами, определенными для толщины стенки и свойств материала с учетом наихудших морфологических переменных трещины. Из сравнения результатов расчета определяют повышающий коэффициент на размер трещины 2с_LD, определенной по заданному расходу к вариации, как отдельных, так и совокупных переменных к диапазону неопределенностей каждого входного параметра. Оценивают чувствительность размера трещины к каждому индивидуальному параметру и определяют суммарный резервный запас, остающийся для учета других неопределенностей в оценке способности обнаружения течи и других факторов, воздействующих на расход теплоносителя. Этот остаточный запас должен быть больше единицы.

9.8.10. Если в результате анализа неопределенностей показано, что остаточный коэффициент запаса на критический размер трещины и размер трещины, определенный по заданному расходу теплоносителя, больше единицы, (2с_с / 2с_LD > 1), то все используемые в процедуре при расчетном обосновании ТПР коэффициенты безопасности на размер выявляемой трещины (против разрушения) и общий запас на расход теплоносителя через сквозную трещину и способность обнаружения течи являются достаточными, а рассматриваемые наиболее критический элемент и система трубопроводов в целом удовлетворяют всем расчетным критериям для применения концепции ТПР.

10. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ

10.1. Основная цель верификационных процедур заключается в обеспечении экспериментального обоснования поведения по типу «течь перед разрушением» для ответственных с точки зрения компонентов давления. Экспериментальные программы в рамках концепции ТПР обеспечивают:

·       Экспериментальное определение поведения по типу «течь перед разрушением» при квазистатическом и циклическом нагружениях;

·       Экспериментальное определение поведения по типу «течь перед разрушением» при динамической нагрузке;

·       Экспериментальное определение несущей способности для компонентов с существенными поверхностными и сквозными трещинами;

·       Экспериментальное определение эффекта вязкости разрушения материала на конструкционную прочность и поведение подроста трещины;

·       Установление правомочности переноса данных, полученных на небольших образцах, на большие компоненты;

·       Экспериментальная верификация аналитических и численных расчетных методов механики разрушения, применяемых в расчетных процедурах по обоснованию концепции ТПР;

·       Экспериментальная верификация методов и компьютерных программ, разработанных для расчетов расходов теплоносителя через трещины;

·       Экспериментальная демонстрация способностей методов контроля течи.

10.2. Конструкционные испытания крупномасштабных моделей, полноразмерные секций труб, гибов труб, толстостенных пластин при реалистичных условиях нагружения обеспечивают экспериментальное доказательство события «течи перед разрушением» для систем трубопроводов с высокой запасенной энергией и актуальных компонентов давления, изготовленных из сталей аустенитного и перлитного классов. Эти испытания на разрушение и циклическое нагружение выполняются, чтобы определить механизм разрушения поверхностных и сквозных трещин в трубах и сварных швах компонентов.

10.3. Испытания по определению расходов теплоносителя, включая диагностические при реалистичных условиях нагружения обеспечивают дополнительную экспериментальную верификацию методов обнаружения течи. Вклад калибровочных испытаний для каждого типа АЭУ обеспечивает дальнейшую работоспособность и надежность коммерческих систем контроля течи. Обнаружение течи продолжает оставаться областью, заслуживающей дальнейшего изучения.

10.4. Результаты этих исследований демонстрируют, что в большинстве случаев конструкционные испытания показали поведение по типу «течь перед разрушением» с достаточными коэффициентами запаса по отношению к усталостному росту трещины, началу движения трещины, стабильному подросту трещины, пластической нестабильности и несущей способности реальных компонентов трубопроводов главных контуров, изготовленных из вязких сталей аустенитного и перлитного класса. Методы механики разрушения и компьютерные программы, используемые для расчета условий предельного состояния, усталостного роста трещины и расходов теплоносителя верифицированы большим числом экспериментов, хотя консервативные результаты не в каждом случае совпадают. Выявляемость малых течей для реальных станционных условий продолжает оставаться областью, заслуживающей дальнейшего изучения.

11. ФОРМАТ ДОКУМЕНТАЦИИ

Формат документации, обеспечивающий обоснование применимости концепции ТПР для рассматриваемого оборудования и трубопроводов, данной АЭУ должен быть достаточным для представления необходимой информации, сведений, расчетных результатов и выводов.

Техническая документация должна содержать следующие данные:

·       Основные проектные данные, условия нагружения и эксплуатации, геометрические особенности рассматриваемых компонентов.

·       Данные об отклонениях от требований нормативно-технической документации, допущенных по техническим решениям при изготовлении и монтаже (для действующих АЭУ).

·       Сведения о применяемых основных и сварочных материалах, включая их характеристики прочности и вязкости разрушения, сопротивления эрозии, коррозии, чувствительности к деградационным механизмам (усталость, термическое и деформационное старение и др.).

·       Исходные данные для разработки расчетной модели определения напряженно-деформированного состояния рассматриваемых элементов для всех расчетных режимов эксплуатации, включая условия опирания оборудования и трубопроводов, условия нагружения и граничные условия.

·       Результаты статического и динамического анализа напряженно-деформированного состояния, включая анализ гидравлического удара, стабильности опор тяжелых компонентов, стратификации (если имеют место) и др.

·       Сведения об используемых методах контроля состояния металла в процессе изготовления и монтажа и результатах контроля.

·       Сведения об используемых методах контроля состояния металла в процессе эксплуатации, его периодичности и данные о результатах неразрушающего контроля (для данного компонента или на основе опыта эксплуатации аналогичных компонентов).

·       Данные о возможностях использованных систем контроля течи, включая методы, описание, чувствительность и точность, калибровочные процедуры.

·       Сведения по обнаруженным течам с анализом причин их образования (для данного компонента или на основе опыта эксплуатации аналогичных компонентов).

·       Сведения о проектных или используемых для действующих АЭУ методах мониторинга условий эксплуатации.

·       Общую оценку опыта эксплуатации данного действующего компонента или аналогов проектируемого компонента с целью выявления всех деградационных механизмов.

·       Принятая расчетная процедура ТПР, использованные расчетные программы и результаты технических анализов.

·       Сведения о проведенных верификационных, процедурах, включая испытания на разрушение.

·       Заключительный отчет по оценке применимости концепции ТПР с оценкой коэффициентов безопасности, общими выводами и рекомендациями для дальнейшего внедрения.

12. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЙ РУКОВОДСТВА

Методология концепции ТПР принимается в качестве технически оправданного подхода, исключающего необходимость рассмотрения динамических воздействий от постулируемого в проектном базисе двухстороннего гильотинного разрушения в системах трубопроводов с высокой запасенной энергией. Во всех случаях, системная оценка в рамках концепции ТПР является дополнительным аргументом для безопасности рассматриваемой АЭУ. Применение концепции ТПР охватывает нормативный и проектный базис, аспекты изготовления и монтажа, опыт эксплуатации, оценку средств контроля металла, расчеты на прочность, анализы механики разрушения, оценку систем контроля течи, верификационные и проверочные процедуры.

12.1. Концепция ТПР может быть использована как для вновь проектируемых, так действующих АЭУ, если выполнены основные требования положений данного руководства:

·       Анализируемые компоненты и трубопроводы определены потенциально пригодными для применения концепции ТПР с точки зрения проектного базиса, удовлетворения требований основных технических принципов и оценки накопленного опыта эксплуатации.

·       Разработаны и прошли калибровочные испытания системы контроля течи. и обеспечиваются последующие усовершенствования систем контроля течей для станций ранних поколений.

·       Продемонстрированы достаточные коэффициенты запаса, полученные с использованием расчетной процедуры по обоснованию концепции ТПР.

·       Проведенные конструкционные испытания актуальных крупномасштабных моделей или натурных отрезков труб показали вязкий характер их разрушения.

12.2. Успешное применение концепции ТПР, обеспечивающей техническое обоснование невозможности внезапного гильотинного разрушения (или его продольного эквивалента) в системах трубопроводов групп А и В, позволяет:

1) Исключить специфическое рассмотрение статических и динамических воздействий, связанных с последствиями подобных крупномасштабных разрушений и больших течей:

·       воздействий на близко расположенные системы, оборудование и трубопроводы, например, таких как реактивные усилия, силы реакций, биения и соударения труб, летящие осколки;

·       воздействия на опоры компонентов и окружающие строительные конструкции, например, перепады давления на стеновые блоки АЭУ;

·       волны давления внутри оборудования и трубопроводов.

2) Устранить необходимость разработки и установки дополнительных опор, раскреплений, подвесов, ограничителей биений труб, защитных экранов и других массивных и дорогостоящих устройств, требуемых для компенсации последствий гильотинного разрушения, и тем самым, избежать нежелательных проблем, связанных с проведением эксплуатационного контроля и обслуживанием систем трубопроводов.

12.3. В то же время, применение концепции ТПР не отменяет действующих требований к системам безопасности и не означает, что можно отказаться от таких средств защиты, как защитные оболочки, системы аварийного охлаждения активной зоны реактора, системы локализации аварий и др.

12.4 Внедрение концепции ТПР позволяет эксплуатирующей организации по согласованию с конструкторской организацией и с одобрением ГАН РФ пересмотреть программы эксплуатационного контроля для квалифицированных с позиций ТПР оборудования и трубопроводов АЭУ в сторону снижения объема и периодичности контроля состояния металла.

Список документов

Нормативные и технические документы:

/ПНАЭ 02/ Нормы Расчета на Прочность Оборудования и Трубопроводов Атомных Энергетических Установок. ПНАЭ Г-7-002-86. Москва, Энергоатомиздат, 1989.

/ПНАЭ 06/ Нормы Проектирования Сейсмостойких Атомных Станций. ПНАЭ Г-5-006-87. Москва, 1989.

/ПНАЭ 08/ Правила Устройства и Безопасной Эксплуатации Оборудования и Трубопроводов Атомных Энергетических Установок. ПНАЭ Г-7-008-89. Москва, 1990.

/ПНАЭ 09/ Оборудование и Трубопроводы Атомных Энергетических Установок. Сварка и Наплавка. Основные Положения. ПНАЭ Г-7-009-89. Москва, 1991.

/ПНАЭ 10/ Оборудование и Трубопроводы Атомных Энергетических Установок. Сварные Соединения и Наплавки. Правила Контроля. ПНАЭ Г-7-010-89. Москва, 1991.

/ПНАЭ 11/ Общие Положения Обеспечения Безопасности Атомных Станций (ОПБ-88/97). ПНАЭ Г-1-011-97, Москва, 1997.

/ПНАЭ 24/ Правила Ядерной Безопасности Реакторных Установок Атомных Станций. ПНАЭ Г-1-024-90. Москва, Энергоатомиздат, 1990.

/М-02-91/ Методика Определения Допускаемых Дефектов в Металле Оборудования и Трубопроводов во Время Эксплуатации. М-02-91. ВНИИАЭС - НИКИЭТ. Москва, 1991.

/МР 95/ Методические Рекомендации. Правила Составления Расчетных Схем и Определение Параметров Нагруженности Элементов Конструкций с Выявленными Дефектами. МР 125-02-95. НПО ЦНИИТМАШ - НИКИЭТ, Москва, 1995.

/М-ТПР 93/ Методика Расчета Трубопроводов АЭУ в Рамках Концепции «Течь перед Разрушением». М-ТПР-01-93. ИЦП, Москва, 1993.

/М-ТПР 97/ Методика Расчета Трубопроводов РУ Малой Мощности в Рамках Концепции «Течь перед Разрушением». М-ТПР-РУММ-01-97, ИЦП, Москва, 1997.

/ОП-ТПР 91/ Общие Положения по Применению Концепции ТПР к Главному Циркуляционному Трубопроводу Реактора ВВЭР 1000. ИЦП МАЭ НИКИЭТ-ОКБ ГП. Москва 1991.

/ТЕХ 95/ Технические Требования по Внедрению Концепции ТПР на Трубопроводы Действующих АЭС (для реакторов ВВЭР-440). ВНИИАЭС - Росэнергоатом, Москва, 1995.

/ASME 92/ ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section XI, Article IWB-3640, IBW-3650, (1992).

/IAEA 93/ International Atomic Energy Agency. Applicability of the Leak Before Break Concept, IAEA-TECDOC-710, Vienna (1993).

/IАЕА 94/, International Atomic Energy Agency. Guidance for the Leak Break Concept, IAEA-TECDOC-774, Vienna (1994).

/IАЕА 97/ 1997. International Atomic Energy Agency. Leak Before Break Concept Application to the RBMK Nuclear Power Plants, IAEA Report, September 1997.

/IАЕА 98/ (1998). International Atomic Energy Agency. Workshop to Review Guidance for LBB Concept Application to ignalina NPP. TC Project RER /9/052, RBMK-SC-057/ IAEA Report, (1998).

/IЕС 94/ International ЕС Standard 1250. First edition 1994-01 Important for Safety. Detection of Leakage in Coolant Systems. Nuclear Reactors-Instrumentation and Control Systems.

/NRS 83/ Nuclear Regulatory Commission. Reactor Coolant Pressure Boundary Leakage Detection Systems, Guide 1.45, US NRC, Washington, DC, 1983.

/NRS 84/ Nuclear Regulatory Commission. The Pipe Break Task Group. Evaluation of Potential for Pipe Breaks. Report of the US NRS. NUREG-1061 Vol. 3, 1984.

/NRS 86/, Nuclear Regulatory Commission. US NRS Standard Review Plan 3.6.3, Leak Before Break Evaluation Procedures. US NRS Concept, 1986.

/VAT 98/ Guidance for Application of the Leak Before Break Concept at ignalina NPP RBMK-1500 Reactors. Draft 2, VATESI / Kaunas University of Technologi / SIP, 1998.

Публикации по применению концепции ТПР

/КИС 93/ Киселев В.А., Ривкин Е.Ю. Применение Концепции Течь перед Разрушением к Анализу Безопасности АЭУ. Атомная Энергия, т.75. вып. 6 issue 6 1993.

/BAR 95/ Bartholome G., et al. Application of LBB in German NPP. Specialist Meeting LBB 95 in Lyorl France, 9 - 11 Oct. 1995.

/BAR 97/ Bartholome G., German Leak-Before-Break Concept (Description of German LBB Procedures. Practices and Applications. Int. J. Pres. Ves. & Piping, v. 71, 1997, рр. 139 - 146.

/BEA 89/ Beandoin B.F., Hardin T. & Quinones D. Leak-Before-Break Applications in Light-Water-Reactor Plant Piping. v. 3, № 2, 1989, рр. 189 - 200.

/BIN 98/ Bieniussa K., Hofler A. Break Preclusion and Low Probability of Failure; Example: German Procedure, Practice and Requirements, Survey on European Procedures and Requirements for the Assessment of LWR Components with Respect to Leak-Before-Break, Master Report, GRS Cologne, May 1998.

/FRAC 98/ Добров М.В., Киселев В.А. Применение Программы «FRACTURE» Для Расчета Предельных Состояний и Параметров Трещины в Трубопроводах и Сосудах Давления с Использованием Инженерных Методов Механики Разрушения. Верификационный Отчет ИЦП № 23.6091, Москва, 1998 г.

/GRS 95/ Literature Review and Evaluation of Leak-Before-Break-SKI Renort 95:33, (1995).

/KES 98/ Kiselyov V.A., Technical Substantiation of the Leak-Before-Break Concept. NRWG Task Force on Leak Before Break. STUK Document, 1998.

/KIS 94/ Kiselyov V.A., Rivkin E.Yu., Smimov Yul., Sokov L.M., Sudakov A.V. Application of Leak-Before-Break. Concept to Integrity and Safety of PWR Primary Piping with WWER 1000, Nucl. Eng. & Design 151, 1994, рр.409 - 424.

/KIS 94/ Kiselyov V.A., Arjaev A.I., Strelkov B.P. Basic Methodoloical Approaches and Stages of Justification of LBB Safety Concept Applicability to Main Coolant Circuit Piping and Headers of RBMK Keactor Moscow, RDIPE, ET-94/SAPMI-17, 1994.

/KUS 84/ Kussmaul. K. German Basic Safety Concept Rules Out Possibility of Catastrophic Failure. Nucl. Eng. Int., 1984.

/KWU 96/ Bartholome G. Leak-Before-Break-Assessment of Pressurized Components, Part I: Description of German LBB-procedures, Practices and Applications including Leakage Detection System Capabilities, KWU NT 13/96/E046 Report, June 1996.

/MIL 86/ Milne I., Ainsworth R.A., Dowling A.R., and Stewart A.T. Assessment of the Integrity of Structures Contatining Defects, CEGB Rep. R/H/R6, Rev.3, May 1986.

/NRS 95/ Rahman S., Ghadiali N., Paul D.d. & G. Wilkowski G. Probabilistic Pipe Fracture Evaluations for Leak-Rate-Detection Applications. NUREG/CR-6004, BMI-2174, Washington, D.C, Jan. 1995.

/OLS 95/ Olson R., et al. Advanced LBB Methodology and Considerations, Specialist Meeting LBB 95 in Lyon, France, 9-11 Oct. 1995.

/PAR 83/ Paris P.C., Tada H. The Applications of Fracture Proof Design Methods Using Tearms Instability Theory to Nuclear Piping Postulating Circumferential Through Wall Cracks, NUREG/CR-3464, (1983).

/ROS 89/ Ross E., et al. Assessment of Large Scale Pipe Tests by Fracture Mechanics Approximation Procedures with Regard to Leak Before Break, Nucl. En2. Des. 112 (1989)183 - 185.

/STU 90/ Stunn D., Stoppler W. Strength Behaviour of Flawed Pipes under Internal Pressure and External Bending Moment: Comparison between Experiment and Calculation, Int. J. Pros. Ves. & Piping 43 (1990) 351 - 366.

/STUK 96/ Ikonen K., Raiko H., Keskinen R. Lear Before Break Evaluation Procedures for Piping Components, STUK-YTO-TR 83, (1996).

/SWA 95/ Swamy S.A., Bhowmick D.C. Application of LBB to High Energy Piping Systems in Operating PWR. Specialist Meeting LBR 95 in Lyon, France, 9 - 11 October 1995.

/ZDA 95/ Zdarek J., Pecinka L. Application of the LBB Concept to Nuclear Power Plants with WWER 440 and WWER 1000 Reactors, Specialist Meeting LBB 95 in Lyon, France, 9 - 11 Oct. 1995.

 

Рис. 3. Методы и критерии расчетного обоснования условия ТПР

Таблица 1. Принцип качества, достигаемый при проектировании и изготовлении

Таблица 2. Принцип контролируемой эксплуатации

Таблица 3. Принцип Граничных Условий Нагружения

Таблица 4. Резюме по возможностям методов обнаружения течей (Стандарт IEC 1250 )

Примечания:

1 Ранжирование методов, представленных в Табл. 1 основано на опыте эксплуатации с оснащением аппаратурой и только обеспечивает руководство для выбора инструментария для обнаружения течи. Некоторые проекты инструментария или конфигурации станций могут оправдывать ранжирование, отличное от представленного в Табл. 1.

А = в целом может быть применен, если правильно разработан и применяется.

В = может быть приемлемым в зависимости от условий применения, числа и местоположения измерительных точек.

С = рекомендуется только для контроля специфических мест контура охлаждения.

2. Использование некоторых из этих методов требует персонала с соответствующим обучением или автоматизированных информационных систем обработки.

Приложение 1

информационное

Краткая характеристика методов контроля течей теплоносителя

1. Контроль дренажа

Эффективность контроля уровня дренажа и скорости натекания для обнаружения и контроля течей теплоносителя в значительной степени зависит от проекта размещения, конструктивных особенностей и условий эксплуатации контура охлаждения реактора. Метод позволяет количественно оценить величину течи, когда количество течи в дренаже измеряется, но не позволяет определить местоположение течи. Для применения этого метода проектная конфигурация системы сбора дренажа должна разделять идентифицируемые и неидентифицируемые течи.

Чувствительность и время реагирования должны быть рассчитаны и подтверждены испытаниями.

2. Контроль натечки конденсата

Контроль натечки конденсата обычно осуществляется в системах вентиляции из помещений или против аварийных оболочек, в которых размещается контур охлаждения. Метод может быть применен для обнаружения течи, но оценка величины течи затруднена, вследствие зависимости результатов измерений от количества течи паровой фазы и возможной конденсацией пара в вентиляционных системах после объединения воздушных потоков из разных помещений. Кроме того, чувствительность метода зависит от мощности и стабильности работы теплообменников в системах вентиляции.

3. Контроль аэрозольной активности воздуха

Контроль аэрозольной активности воздуха наиболее часто применяется на АЭС для обнаружения и оценки величины течи теплоносителя.

К достоинствам данного метода следует отнести:

- высокая чувствительность обнаружения течей, достоверность результатов и надежность обнаружения;

- возможность оценки расхода теплоносителя.

При использовании метода должны быть учтены следующие его недостатки:

- зависимость чувствительности от характеристик объема утечки с объемом окружающей среды (атмосферой) в контролируемых помещениях;

- зависимость результатов от изменений концентрации изотопов, содержащихся в теплоносителе;

- зависимость результатов контроля от времени доставки среды к месту измерения и периода полураспада изотопов;

- неспособность определить местоположение течи;

- неспособность отличить множественные малые течи (в том числе идентифицированные) в различных местах одного помещения от одной большего размера (не идентифицированной).

4. Контроль газовой активности воздуха

Этот метод имеет такие же достоинства и недостатки, как метод контроля аэрозольной активности воздуха, но может быть использован только для контроля той части контура охлаждения, которая содержит паровую фазу или газы. В значительной степени чувствительность метода зависит от концентрации радиоактивных газов в теплоносителе и степени герметичности тепловыделяющих элементов.

5. Баланс теплоносителя

Применение этого метода для обнаружения течей требует точного учета изменений теплоносителя в главном контуре охлаждения. Плановые добавления (подпитки) и снижения теплоносителя измеряются, регистрируются и корректируются для достижения надлежащего баланса. Эта информация используется при оценке герметичности главного контура охлаждения. Параметры плотности теплоносителя, полученные по результатам измерения температуры и давления, его уровень в компенсаторах объема, парогенераторах или барабан-сепараторах и других связанных точках, длительность периода мониторинга должны быть учтены системой контроля мониторинга.

6. Контроль влажности

Контроль влажности воздуха может быть применен для обнаружения течей теплоносителя, но имеет следующие недостатки:

- сильная зависимость чувствительности от характеристик перемешивания объема утечки с объемом окружающей среды (атмосферой) в контролируемых помещениях и изменений влажности в течение эксплуатации;

- зависимость результатов от температуры окружающей среды в помещении и соответственно неизвестной пропорции жидкость / пар при истечении теплоносителя для некоторых помещений;

- неспособность определить местоположение течи;

- неспособность отличить множественные малые течи в различных местах одного помещения от одной большего размера.

7. Акустический контроль

Течь через границы давления главного контура охлаждения генерирует акустические волны в металле и акустические сигналы в воздухе, которые могут быть обнаружены системой акустических датчиков, установленных в различных местах помещения или контаймента.

К достоинствам метода относятся:

- быстрое обнаружение течи, определение ее местоположения и размера;

- способность отличить множественные малые течи в различных местах главного контура охлаждения от одной большего размера.

К недостаткам метода следует отнести:

- сильную зависимость чувствительности к обнаружению течи от амплитуды слонового шума для каждого местоположения акустического датчика и количества датчиков.

8. Температурный контроль

Этот метод имеет хорошие перспективы для исследования применимости, в варианте дистанционного измерения температуры (тепловизоры).

9. Контроль давления

Этот метод не может иметь достаточной эффективности для обнаружения малых течей в компонентах главного контура охлаждения вследствие длительного периода времени до начала реагирования и низкой чувствительности для проектных решений РУ с большими объемами контролируемого пространства.

10. Ленточные датчики влаги

Эта система контроля состоит из элементов ленточных датчиков влаги, которые размещаются под изоляцией оборудования и трубопроводов. Эти элементы производят и передают электрические сигналы, когда приводятся в действие за счет влажности, и могут быть использованы для подачи аварийного сигнала. Применение этого метода обнаружения течей для главного контура охлаждения перспективно.

К достоинствам метода следует отнести:

- возможность быстрого обнаружения течи и ее местоположения;

- высокая чувствительность обнаружения для малых течей.

Однако метод имеет следующие недостатки:

- затруднение проведения ремонтных работ при плановых ремонтах;

- невозможность оценить расход теплоносителя.

11. Визуальный контроль

Эффективность применения этого метода зависит от условий эксплуатации, размещения главного контура охлаждения в помещениях контура и частоты инспекций. Такие устройства как телевизор или инфракрасные камеры существенно помогают выявлять течь. Может применяться для специфических областей главного контура охлаждения в качестве дополнительного к другим основным методам.