Расчетно-экспериментальные исследования причин образования сетки трещин в районе верхней трубной доски теплообменника реактора БН-600

04.04.2015 2015 - №01 Материалы и ядерная энергетика

О.Ю. Виленский А.Н. Крылов С.Л. Осипов Д.Л. Осетров С.А. Рогожкин Б.З. Марголин О.Ю. Прокошев М.Л. Поздняков А.Г. Гуленко

https://doi.org/10.26583/npe.2015.1.06

Для обследования состояния и обоснования продления срока эксплуатации до 45-ти лет промежуточных теплообменников (ПТО) «натрий-натрий» реакторной установки БН-600 энергоблока № 3 Белоярской АЭС (БАЭС) в апреле 2006 г. один из шести теплообменников был извлечен из реактора. Результаты исследований показали наличие трещин на наружной поверхности верхней трубной доски (ВТД) и примыкающей к ней обечайки с максимальной глубиной до 7 мм. Для прогнозирования долговечности металла, подверженного значительному старению, возникла необходимость в верификации существующей зависимости порогового размаха коэффициента интенсивности напряжений для стали 10Х18Н9. В связи с этим были выполнены соответствующие испытания образцов двух элементов конструкции ПТО: ВТД и блока защиты. Для выявления механизмов разрушения было проведено фрактографическое изучение поверхности трещин, обнаруженных в трубной доске и полученных на образцах. На базе проведенных исследований сделан вывод, что механизм разрушения для трещин, выявленных в трубной доске, идентичен механизму, полученному в испытанных образцах. В обоих случаях преобладает межзеренное разрушение, характерное при уровне нагружения материала, свидетельствующем о прекращении роста трещин. Данный результат позволяет говорить о зарождении и распространении трещин в трубной доске ПТО в области многоцикловой усталости при невысоком уровне размахов деформаций и коэффициента интенсивности напряжений. Анализ причин образования трещин показал, что они могли образоваться в результате воздействия пульсаций температур, вызванных смешением разнотемпературных потоков натрия, поступающего на вход ПТО и из системы охлаждения корпуса реактора. По результатам расчетного анализа для всех рассмотренных условий термопульсаций и сечений развития трещин выполняется условие герметичности ВТД и обечайки выходной камеры ПТО, разделяющих первый и второй контуры теплоносителя. Расчетно-экспериментальные исследования подтвердили, что наличие этих трещин не ограничивает возможность продления срока эксплуатации ПТО реакторной установки БН-600 до 45-ти лет.

Ссылки

1. Васильев Б.А., Тимофеев А.В., Любимов М.А., Гладков В.В., Кайдалов В.Б. Обеспечение работоспособности заменяемого оборудования реакторной установки при продлении срока эксплуатации энергоблока БН-600 до 45-ти лет // Ядерная энергетика. – 2011.– №1. С. 44-54.
2. Ohshima H., Muramatsu T., Kobayashi J., Yamaguchi A. Current status of studies on temperature fluctuation phenomena in LMFRS/ Specialists’ meeting on «Correlation between material properties and thermohydravlics condition in LMFRs» (Provence, France 22-24 november 1994).
3. Броек Д. Основы механики разрушения. – М.: Высшая школа, 1980. – 368 с.
4. Нотт Дж./ Основы механики разрушения. – М.: Металлургия, 1978. – 256 с.
5. РД ЭО 1.1.2.09.0714-2007. Методика расчета прочности основных элементов реакторных установок на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. Концерн «Росэнергоатом», 2007.
6. RCC-MR Design and construction rules for mechanical components of FBR Nuclear Islands. AFCEN, 2002.
7. Боришанский В.М., Кутателадзе С.С., Новиков И.И., Федынский О.С. Жидкометаллические теплоносители. – М.: Атомиздат, 1976. – 328c.
8. Sobolev V.A., Kuzavkov N.G. Identification of places with fluid temperature fluctuation in BN-600 reactor and reactor system / Specialists’ meeting on «Correlation between material properties and thermohydravlics condition in LMFRs» (Provence, France 22-24 november 1994).
9. Chellapandi P., Chetal S.C., Baldev Raj. Thermal Striping limits for components cooled fast spectrum reactors // Nuclear Engineering and Design. 2009. PP. 2754-2765.
10. Методические рекомендации МP 125-02-95. Правила составления расчетных схем и определение параметров нагруженности элементов конструкций с выявленными дефектами. – М.: НПО ЦНИИТМАШ, НИКИЭТ, 1995.

БН-600 промежуточный теплообменник расчетно-экспериментальные исследования пульсации температур напряженно-деформированное состояние коэффициент интенсивности напряжений многоцикловая усталость ползучесть трещины

Ссылка для цитирования статьи: Виленский О.Ю., Крылов А.Н., Осипов С.Л., Осетров Д.Л., Рогожкин С.А., Марголин Б.З., Прокошев О.Ю., Поздняков М.Л., Гуленко А.Г. Расчетно-экспериментальные исследования причин образования сетки трещин в районе верхней трубной доски теплообменника реактора БН-600. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2015. – № 1. – С. 56-65. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2015.1.06 .