Алгоритм прогнозування глушіння теплообмінних трубок парогенераторів атомних електростанцій

Abstract

Романів Р.Я., Юрасова О.Г. (керівник). Алгоритм прогнозування глушіння теплообмінних трубок парогенераторів АЕС. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2024. Зародження та інтенсивне зростання дефектів ТОТ в умовах нормальної експлуатації може призводити до течій з першого контуру до другого. Такі течі є одним із основних факторів викиду радіоактивності за межі захисної оболонки з можливістю реалізації граничної проектної аварії. Зазвичай, якщо критерії течій не задовольняються, блок зупиняють для глушіння зварюванням або механічною заглушкою дефектних ТОТ, що призводить як до значних фінансових втрат, так і до зниження ефективності експлуатації блоків зарахунок зменшення теплообмінної поверхні ПГ. Спочатку на вітчизняних АЕС як превентивні заходи для недопущення розривів ТОТ під час експлуатації використовувався різний періодичний експлуатаційний контроль: гідравлічні випробування, випробування методом флуоресцентної води, бульбашковий тест, випробування гелієм. Після масових випадків виявлення дефектів ТОТ у 90-ті роки стало зрозуміло, що традиційні методи контролю є недостатньо ефективними. Тому з 1998 року на українських АЕС почав впроваджуватися вихрострумовий контроль (ВТК) металу ТОТ ПГ, який широко застосовувався на західних атомних станціях. ВТК дозволяє виявляти дефекти ТОТ з урахуванням їх розмірів. Це набагато краще, ніж випробування на протікання, оскільки при ВТК ненаскрізні дефекти, які потенційно можуть призвести до течій, можуть бути виявлені та заглушені заздалегідь. Об’єкт дослідження – теплообмінні трубки парогенераторів АЕС. Предмет дослідження – алгоритм глушіння теплообмінних трубок парогенераторів АЕС. Мета і задачі досліджень. Метою роботи є розроблення методу прогнозування глушіння теплообмінних трубок парогенераторів АЕС. Для досягнення поставленої мети необхідно було виконати такі завдання: - провести аналіз методу прогнозування пошкоджень теплообмінних труб парогенератора; - провести аналіз системи теплотехнічного контролю ІІ-го контуру АЕС з ВВЕР-1000; - розробка методик прогнозування пошкоджень теплообмінних трубок парогенератора. В дaній мaгістерській квaліфікaційній роботі розглянуто метод прогнозування глушіння ТОТ на основі аналізу хімічного складу води, що надходить у парогенератор, розроблена програма розрахунку залишкового ресурсу парогенератора на основі даних з глушіння ТОТ. Розглянуто алгоритм прогнозування глушення теплообмінних трубок парогенераторів. Розроблено програму, призначену для прогнозування кількості заглушених ТОТ, та пошкоджень на глибину. Програма може бути рекомендована для впровадження робочих місць операторів АЕС. Як випливає з проведених розрахунків з прогнозування кількості пошкоджених (заглушених) ТОТ ПГ чим менше значення параметра b і чим більше значення параметра ?г, тим більш працездатні теплообмінні трубки. Таким чином, параметри Вейбулла b і ?г можна розглядати як непрямі критерії стану ТОТ ПГ. Орієнтовно для b< 1,5 та ?г> 200 очікується задовільні результати по прогнозованим значенням заглушених ТОТ ПГ. Як видно з даних для АЕС параметри b і ?г є незадовільними. Режим роботи не є оптимальним для парогенератора. При отриманих параметрах розподілу можна зробити розрахунок залишкового ресурсу для парогенераторів (кількість заглушених трубок дорівнює кількості ТОТ, відведених під технологічний захист). Для старих блоків АЕС цей термін становить 37 років, тобто 2008-го. Ширина довірчого коридору на прогноз передбачається від 19 до 55 штук для прогнозу по глушенню трубок, від 32 до 267 для прогнозу на глибину дефектів. Похибка розрахунку становить від 0,00 до 9,35%. Показано, що головним шляхом подальшого підвищення економічної ефективності АЕС є зниження річних витрат виробництва за рахунок поліпшення використання ядерного палива. Однак, завдяки специфіці АЕС, всі заходи, пов'язані зі зміною собівартості електроенергії, мало впливають на загальну економічність АЕС. Тому для найбільш ефективного впливу на ТЕП АЕС необхідно, в першу чергу, проводити заходи, спрямовані на зниження експлуатаційних витрат і складової собівартості. В ході виконання роботи була спроектована САУ процесу хімічної очистки води АЕС. Якість обробки води на АЕС тісно пов’язане з безаварійністю, надійністю і економічністю експлуатації обладнання, з безпекою ядерних енергетичних установок. САУ ефективно вирішує поставлені перед нею завдання, за рахунок чого досягається поставлена перед системою мета – підтримка на заданому рівні температури води, pH параметра і витрати води. Розроблено схему автоматичного управління хімічної очистки води, на основі якої були обрані технічні засоби для реалізації сформульованих функцій контролю і управління.Romaniv R.Y., Yurasova O.H. (supervisor). The algorithm for predicting jamming of heat exchange tubes of NPP steam generators. Master's thesis. - Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2024. The nucleation and intensive growth of heat exchange tubes (HET) defects under normal operating conditions can lead to currents from the first circuit to the second. Such leaks are one of the main factors of the release of radioactivity beyond the protective shell with the possibility of realizing a marginal design accident. Usually, if the flow criteria are not met, the unit is stopped for welding or mechanical plugging of defective HETs, which leads to both significant financial losses and a decrease in the efficiency of operation of the units due to the reduction of the heat exchange surface of the NG. Initially, at domestic nuclear power plants, various periodic operational controls were used as preventive measures to prevent HET ruptures during operation: hydraulic tests, fluorescent water tests, bubble tests, helium tests. After mass cases of detection of HET defects in the 90s, it became clear that traditional control methods are not effective enough. Therefore, since 1998, eddy current control (ECC) of HET SG metal, which was widely used in Western nuclear power plants, began to be implemented at Ukrainian nuclear power plants. ECC allows detecting HET defects taking into account their sizes. This is much better than leak testing, because with ECC, non-through defects that could potentially lead to leaks can be detected and blocked in advance. The object of the study is the heat exchange tubes of the steam generators of the nuclear power plant. The subject of the study is the algorithm for jamming the heat exchange tubes of the steam generators of the nuclear power plant. Purpose and tasks of research. The purpose of the work is to develop a method for predicting the jamming of heat exchange tubes of steam generators of nuclear power plants To achieve the goal, it was necessary to complete the following tasks: - conduct an analysis of the method of predicting damage to the heat exchange pipes of the steam generator (SG); - conduct an analysis of the thermal control system of the II circuit of the NPP with VVER-1000; - development of methods for predicting damage to the heat exchange tubes of the steam generator. In this master's qualification work, the method of predicting HET suppression based on the analysis of the chemical composition of the water entering the steam generator is considered, and the program for calculating the remaining resource of the steam generator based on the HET suppression data is developed. The algorithm for predicting jamming of heat exchange tubes of steam generators is considered. A program designed to predict the number of silenced HETs and damage to depth has been developed. The program can be recommended for the implementation of NPP operator workplaces. As it follows from the performed calculations for predicting the number of damaged (silenced) TOT PG, the smaller the value of the parameter b and the larger the value of the parameter ?г, the more efficient the heat exchange tubes are. Thus, the Weibull parameters b and ?г can be considered as indirect criteria of the state of the HET SG. Approximately, for b< 1.5 and ?г > 200, satisfactory results are expected in terms of the predicted value of the silenced HET SG. As can be seen from the data for the NPP, parameters b and ?г are unsatisfactory. The operating mode is not optimal for the steam generator. Given the obtained distribution parameters, it is possible to calculate the remaining resource for steam generators (the number of blocked tubes is equal to the number of HETs assigned to technological protection). For old NPP units, this term is 37 years, i.e. 2008. The width of the confidence corridor for the forecast is assumed to be from 19 to 55 pieces for the forecast for jamming tubes, from 32 to 267 for the forecast for the depth of defects. The calculation error is from 0.00 to 9.35%. It is shown that the main way to further increase the economic efficiency of nuclear power plants is to reduce the annual production costs due to the improvement of the use of nuclear fuel. However, due to the specifics of the NPP, all measures related to the change in the cost of electricity have little effect on the overall profitability of the NPP. Therefore, in order to have the most effective impact on the TPP of the NPP, it is necessary, first of all, to carry out measures aimed at reducing operating costs and component cost. In the course of the work, the ACS of the chemical water purification process of the NPP was designed. The quality of water treatment at nuclear power plants is closely related to the safety, reliability and cost-effectiveness of equipment operation, and the safety of nuclear power plants. The ACS effectively solves the tasks set before it, due to which the goal set before the system is achieved - maintaining the water temperature, pH parameter and water consumption at the specified level. A scheme of automatic control of chemical water treatment was developed, on the basis of which technical means were selected for the implementation of the formulated control and management functions. Key words: water-cooled reactors, forecasting algorithm, jamming of heat exchange tubes, damage to depth, steam generators of nuclear power plants.