Methodological Features of a Finite-element Analysis Aimed at Studying the Strength of LWR Pipelines Taking into Account Local Thinning Caused by Flow Accelerated Corrosion
Abstract
The methodological features pertinent to strength analysis of the pipelines used in the secondary coolant circuit of nuclear power plants (NPPs) with taking into account local thinning caused by flow accelerated corrosion processes are addressed.
The geometric features of pipelines are essential not only for assessing the flow accelerated corrosion intensity in metal, but also for the final strength assessment, in particular, in analyzing the strength of pipelines with walls containing local thinning spots. The pipeline structure lifetime prediction accuracy depends directly on the strength analysis of pipeline elements in which local thinning spots have occurred, especially if these elements themselves have a complex shape. Elbows, sockets, adapters (transitions), and shell rings can be referred to such elements. All of them are thin-walled structures having a complex shape. Software systems like ERCO and PELBOW are best suited for numerically studying them. These computer programs are based on the shell finite element method, using which the thickness at each finite element node can be specified either in the form of certain dependencies or (in some cases) manually. In accordance with the 3D finite element theory of thick-walled shells, a pipeline section can be approximated by a mesh of finite isoparametric 3D elements of a thick shell. The flow accelerated corrosion wear (FACW) depends essentially on the chemical composition of steels. Domestically produced Grade 10Kh9MFB steel is compared with foreign Grade P91 steel (that is close to the former in chemical composition and in performance characteristics), which has positively proven itself and widely applied for making NPP pipelines, with a view to recommend Grade 10Kh9MFB steel for use.
References
2. Бараненко В.И., Гулина О.М., Сальников Н.Л., Мурзина О.Э. Обоснование расчетов скорости ЭКИ и остаточного ресурса трубопроводов АЭС по данным эксплуатационного контроля // Известия вузов. Серия «Ядерная энергетика». 2016. № 2. С. 55—65.
3. ПН АЭ Г-7-002—86. Нормы расчёта на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
4. РД ЭО 1.1.2.11.0571—2015. Нормы допускаемых толщин элементов трубопроводов из углеродистых сталей при эрозионно-коррозионном износе.
5. Бараненко В.И., Гулина О.М., Нафталь М.М. Арефьев А.А., Юрманов В.А. Использование программных средств для расчета эрозионно-коррозионного износа // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Материалы VIII Междунар. науч.-техн. конф. Подольск: Гидропресс, 2013. С. 1—10.
6. Крицкий В.Г. и др. Моделирование водно-химического режима II контура АЭС с ВВЭР // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. Подольск: Гидропресс, 2017. С. 1—11.
7. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.
8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010614678 «ERCO» / Л.В. Сергеева // Заявка № 2010612928 от 27.05.10 г.
9. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615610 «PELBOW» / Л.В. Сергеева // Заявка № 2012613175 от 24 апреля 2012 г.
10. Подлатов М.А. Обеспечение безопасной эксплуатации трубопроводов и оборудования блока АС, потенциально подверженных ЭКИ // Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики: Материалы IX Междунар. науч.-техн. конф. М.: Атомтехэнерго, 2014. С. 1—38.
11. Новичкова О.В. и др. Снижение эрозионно-коррозионного износа трубопроводов второго контура АЭС с ВВЭР // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. Подольск: Гидропресс, 2011. С. 1—2.
12. Озеров В.Б., Сергеева Л.В. Анализ характеристик и оптимизация выбора конструкционных материалов для трубопроводов АЭС с учётом изменения их прочности на всех этапах жизненного цикла // Вестник машиностроения. 2015. № 11. С. 62—69.
---
Для цитирования: Гусаров A.E., Озеров В.Б., Сергеева Л.В. Методические особенности конечно-элементного исследования прочности трубопроводов водо-водяных энергетических реакторов с учётом локальных утонений от воздействия эрозионно-коррозионных процессов // Вестник МЭИ. 2020. № 2. С. 26—33. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-2-26-33.
#
1. Gulina O.M., Sal'nikov N.L., Baranenko V.I. Razrabotka Normativnoy Dokumentacii dlya Upravleniya Resursom Oborudovaniya AES v Usloviyakh Erozionno-korrozionnogo Iznosa. Yadernaya Fizika i Inzhiniring. 2013;3:273—278. (in Russian).
2. Baranenko V.I., Gulina O.M., Sal'nikov N.L., Murzina O.E. Obosnovanie Raschetov Skorosti EKI i ostatochnogo resursa truboprovodov AES po Dannym Ekspluatacionnogo Kontrolya. Izvestiya Vuzov. Seriya «Yadernaya Energetika». 2016;2:55—65. (in Russian).
3. PN AE G-7-002—86. Normy Rascheta na Prochnost' Oborudovaniya i Truboprovodov Atomnykh Energeticheskikh Ustanovok. (in Russian).
4. RD EO 1.1.2.11.0571—2015. Normy Dopuskaemykh Tolshchin Elementov Truboprovodov iz Uglerodistykh Staley pri Erozionno-korrozionnom Iznose. (in Russian).
5. Baranenko V.I., Gulina O.M., Naftal' M.M. Aref'ev A.A., Yurmanov V.A. Ispol'zovanie Programmnykh Sredstv dlya Rascheta Erozionno-korrozionnogo Iznosa. Obespechenie Bezopasnosti AES s VVER: Materialy VIII Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Podol'sk: Gidropress, 2013:1—10. (in Russian).
6. Krickiy V.G. i dr. Modelirovanie Vodno-khimicheskogo Rezhima II Kontura AES s VVER. Obespechenie Bezopasnosti AES s VVER: Materialy Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Podol'sk: Gidropress, 2017:1—11. (in Russian).
7. Zenkevich O. Metod Konechnykh Elementov v Tekhnike. M.: Mir, 1975. (in Russian).
8. Svidetel'stvo o Gosudarstvennoy Registracii Programmy dlya EVM № 2010614678 «ERCO» / L.V. Sergeeva. Zayavka № 2010612928 ot 27.05.10 g. (in Russian).
9. Svidetel'stvo o Gosudarstvennoy Registracii Programmy dlya EVM № 2012615610 «PELBOW» / L.V. Sergeeva. Zayavka № 2012613175 ot 24 aprelya 2012 g. (in Russian).
10. Podlatov M.A. Obespechenie Bezopasnoy Ekspluatacii Truboprovodov i Oborudovaniya Bloka AS, Potencial'no Podverzhennykh EKI. Bezopasnost', Effektivnost' i Ekonomika Atomnoy Energetiki: Materialy IX Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. M.: Atomtekhenergo, 2014: 1—38. (in Russian).
11. Novichkova O.V. i dr. Snizhenie Erozionno-korrozionnogo Iznosa Truboprovodov Vtorogo Kontura AES s VVER. Obespechenie Bezopasnosti AES s VVER: Materialy Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Podol'sk: Gidropress, 2011: 1—2. (in Russian).
12. Ozerov V.B., Sergeeva L.V. Analiz Kharakteristik i Optimizaciya Vybora Konstrukcionnykh Materialov dlya Truboprovodov AES s Uchetom Izmeneniya ikh Prochnosti na Vsekh Etapakh Zhiznennogo Cikla. Vestnik Mashinostroeniya. 2015;11: 62—69. (in Russian).
---
For citation: Gusarov A.E., Ozerov V.B., Sergeeva L.V. Methodological Features of a Finite-element Analysis Aimed at Studying the Strength of LWR Pipelines Taking into Account Local Thinning Caused by Flow Accelerated Corrosio. Bulletin of MPEI. 2020;2: 26—33. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-2-26-33.
