A Procedure for Determining the Safe Operation Time of Equipment and Pipelines Based on Nondestructive Testing Results
Abstract
The reliability of nuclear power plants (NPPs) has an influence on power generation safety and stability. The reliability of NPP equipment and pipelines (E&P), and the frequency of in-service inspections are directly linked with damage mechanisms and their development rates. Flow accelerated corrosion (FAC) is one of significant factors causing damages to E&P because these components experience the influence of high pressure, temperature, and high flow velocity of the inner medium. The majority of feed and steam path components made of pearlitic steels are prone to this kind of wear.
The tube elements used in the coils of high pressure heaters (HPH) operating in the secondary coolant circuit of nuclear power plants equipped with a VVER-1000 reactor plant were taken as the subject of the study. The time dependences of changes in the wall thickness in HPH tube elements are studied proceeding from an analysis of statistical data of in-service nondestructive tests.
A method for determining the initial state of the E&P metal wall thickness before the commencement of operation is proposed. The article presents a procedure for predicting the distribution of examined objects' wall thicknesses at different times of operation with determining the occurrence probability of damages caused by flow accelerated corrosion to calculate the time of safe operation until reaching a critical state. A function that determines the boundary of permissible values of the HPH wall thickness distributions is obtained, and it is shown that the intervals of in-service inspections can be increased from 6 years (the actual frequency of inspections) to 9 years, and the next in-service inspection is recommended to be carried out after 7.5 years of operation. A method for determining the existence of FAC-induced local thinning in the examined object has been developed.
The developed approaches and obtained study results can be adapted for any pipelines prone to wall thinning to determine the frequency of in-service inspections (including an express analysis based on the results of a single nondestructive in-service test), the safe operation time, and quantitative assessment of the critical value reaching probability.
References
2. Титов В.Ф. Международное совещание специалистов по эксплуатации парогенераторов энергоблоков АЭС с ВВЭР-440 и -1000 // Атомная энергия. 1991. № 3 (71). С. 270—271.
3. Балабан-Ирменин Ю.В., Федосеев Б.С., Марушкин В.М. Результаты обследования коррозионных повреждений ПВД энергоблоков сверхкритического давления // Электрические станции. 1991. № 8. C. 32—40.
4. Кравченко В.П. Влияние отключения подогревателей высокого давления на изменение уровня в парогенераторах АЭС // Труды Одесского политехн. ун-та. 2006. № 1 (25). С. 52—56.
5. Бараненко В.И. и др. Эксплуатационная надежность теплообменных труб парогенераторов энергоблоков АЭС с ВВЭР // Материалы семинара на Калининской АЭС. 1999. С. 133—158.
6. Томаров Г.В., Шипков А.А. Международная конференция «Эрозионно-коррозионный износ-2016» // Теплоэнергетика. 2017. № 5. С. 34—39.
7. Бараненко В.И., Кузьмин Д.А., Овчаров О.В., Кузьмичевский А.Ю., Гусаров А.Е. Использование программных средств для прогнозных расчетов длительности эксплуатации трубопроводов АЭС с различными реакторными установками // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. Подольск, 2019. С. 1—13.
8. Бараненко В.И. и др. Эрозионно-коррозионные повреждения трубных систем подогревателей высокого давления на АЭС с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 // Безопасность трубопроводов: Материалы Междунар. конф. М., 1999. Т. 2. С. 208—212.
9. Бараненко В.И., Гулина О.М., Сальников Н.Л. Расчет скорости коррозии и остаточного ресурса элементов трубопроводов АЭС по данным контроля // Известия высших учебных заведений. Серия «Ядерная энергетика». 2017. № 4. С. 83—93.
10. Томаров Г.В., Шипков А.А., Комиссарова Т.Н. Локальная эрозия-коррозия сварных соединений трубопроводов энергоблоков АЭС: особенности механизма и предупреждение повреждений // Теплоэнергетика. 2019. № 2. С. 76—86.
11. Кузьмин Д.А., Кузьмичевский А.Ю. Определение фактических толщин стенок оборудования и трубопроводов, подверженных эрозионно-коррозионному износу на примере конических переходов // Надежность и безопасность энергетики. 2019. № 12 (4). С. 274—280.
12. Vivekanand Kain. Flow Accelerated Corrosion: Forms, Mechanisms and Case Studies // Procedia Eng. 2014. V. 86. Pp. 576—588.
13. Адаменков А.К., Веселова И.Н., Шпицер В.Я. Оценка развития эрозионно-коррозионного износа с помощью метода измерения магнитной анизотропии // Глобальная ядерная безопасность. 2019. № 1 (30). С. 113—119.
14. Ожигов Л.С. и др. Особенности коррозионно-эрозионного износа трубных элементов на АЭС с ВВЭР-1000 // Сборник научных трудов СНУЯЕтаП. 2013. С. 52—60.
15. Кузьмин Д.А., Андреенкова А.В. Исследование закономерностей напряженно-деформированного состояния при локальном утонении в прямолинейных участках трубопроводов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2019. № 15 (5). С. 384—391.
16. ГОСТ 8732—78. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент (с изменениями № 1, 2).
17. Кузьмин Д.А., Бараненко В.И. Влияние отложений на характер коррозийных процессов и ультразвуковой контроль толщин стенок трубопроводов // Тяжелое машиностроение. 2020. № 4. С. 20—24.
18. Кузьмичевский А.Ю., Гетман А.Ф. Определение количественных показателей надежности по критериям разрушения, течи или выявления дефекта в эксплуатации // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2010. № 10 (76). C. 42–45.
---
Для цитирования: Кузьмин Д.А., Кузьмичевский А.Ю., Гусаров А.Е. Методика определения времени безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов на основе результатов неразрушающего контроля // Вестник МЭИ. 2020. № 6. С. 11—00. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-6-11-17.
#
1. Pokutnyy N.S. i dr. Informatsionnaya Sistema po Kachestvu i Nadezhnosti Oborudovaniya AES. Atomnaya Energiya. 1989;5 (67):359—360. (in Russian).
2. Titov V.F. Mezhdunarodnoe Soveshchanie Spetsialistov po Ekspluatatsii Parogeneratorov Energoblokov AES s VVER-440 i -1000. Atomnaya Energiya. 1991;3 (71):270—271. (in Russian).
3. Balaban-Irmenin Yu.V., Fedoseev B.S., Marushkin V.M. Rezul'taty Obsledovaniya Korrozionnykh Povrezhdeniy PVD Energoblokov Sverkhkriticheskogo Davleniya. Elektricheskie Stantsii. 1991;8:32—40. (in Russian).
4. Kravchenko V.P. Vliyanie Otklyucheniya Podogrevateley Vysokogo Davleniya na Izmenenie Urovnya v Parogeneratorakh AES. Trudy Odesskogo Politekhn. Un-ta. 2006;1 (25):52—56. (in Russian).
5. Baranenko V.I. i dr. Ekspluatatsionnaya Nadezhnost' Teploobmennykh Trub Parogeneratorov Energoblokov AES s VVER. Materialy Seminara na Kalininskoy AES. 1999:133—158. (in Russian).
6. Tomarov G.V., Shipkov A.A. Mezhdunarodnaya Konferentsiya «Erozionno-korrozionnyy Iznos-2016». Teploenergetika. 2017;5:34—39. (in Russian).
7. Baranenko V.I., Kuz'min D.A., Ovcharov O.V., Kuz'michevskiy A.Yu., Gusarov A.E. Ispol'zovanie Programmnykh Sredstv dlya Prognoznykh Raschetov Dlitel'nosti Ekspluatatsii Truboprovodov AES s Razlichnymi Reaktornymi Ustanovkami. Obespechenie Bezopasnosti AES s VVER: Materialy Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Podol'sk, 2019:1—13. (in Russian).
8. Baranenko V.I. i dr. Erozionno-korrozionnye Povrezhdeniya Trubnykh Sistem Podogrevateley Vysokogo Davleniya na AES s VVER-440 i VVER-1000. Bezopasnost' Truboprovodov: Materialy Mezhdunar. Konf. M. 1999;2:208—212. (in Russian).
9. Baranenko V.I., Gulina O.M., Sal'nikov N.L. Raschet Skorosti Korrozii i Ostatochnogo Resursa Elementov Truboprovodov AES po Dannym Kontrolya. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Seriya «Yadernaya Energetika». 2017;4:83—93. (in Russian).
10. Tomarov G.V., Shipkov A.A., Komissarova T.N. Lokal'naya Eroziya-korroziya Svarnykh Soedineniy Truboprovodov Energoblokov AES: Osobennosti Mekhanizma i Preduprezhdenie Povrezhdeniy. Teploenergetika. 2019;2:76—86. (in Russian).
11. Kuz'min D.A., Kuz'michevskiy A.Yu. Opredelenie Fakticheskikh Tolshchin Stenok Oborudovaniya i Truboprovodov, Podverzhennykh Erozionno-korrozionnomu Iznosu na Primere Konicheskikh Perekhodov. Nadezhnost' i Bezopasnost' Energetiki. 2019;12 (4):274—280. (in Russian).
12. Vivekanand Kain. Flow Accelerated Corrosion: Forms, Mechanisms and Case Studies.Procedia Eng. 2014;86:576—588.
13. Adamenkov A.K., Veselova I.N., Shpitser V.Ya. Otsenka Razvitiya Erozionno-Korrozionnogo Iznosa s Pomoshch'yu Metoda Izmereniya Magnitnoy Anizotropii. Global'naya Yadernaya Bezopasnost'. 2019;1 (30):113—119. (in Russian).
14. Ozhigov L.S. i dr. Osobennosti Korrozionno-erozionnogo Iznosa Trubnykh Elementov na AES s VVER-1000. Sbornik Nauchnykh Trudov SNUYAEtaP. 2013:52—60. (in Russian).
15. Kuz'min D.A., Andreenkova A.V. Issledovanie Zakonomernostey Napryazhenno-deformirovannogo Sostoyaniya pri Lokal'nom Utonenii v Pryamolineynykh Uchastkakh Truboprovodov. Stroitel'naya Mekhanika Inzhenernykh Konstruktsiy i Sooruzheniy. 2019;15 (5):384—391. (in Russian).
16. GOST 8732—78. Truby Stal'nye Besshovnye Goryachedeformirovannye. Sortament (s Izmeneniyami № 1, 2). (in Russian).
17. Kuz'min D.A., Baranenko V.I. Vliyanie Otlozheniy na Kharakter Korroziynykh Protsessov i Ul'trazvukovoy Kontrol' Tolshchin Stenok Truboprovodov. Tyazheloe Mashinostroenie. 2020;4:20—24. (in Russian).
18. Kuz'michevskiy A.Yu., Getman A.F. Opredelenie Kolichestvennykh Pokazateley Nadezhnosti po Kriteriyam Razrusheniya, Techi ili Vyyavleniya Defekta v Ekspluatatsii. Zavodskaya Laboratoriya. Diagnostika Materialov. 2010;10 (76):42–45.
---
For citation: Kuz'min D.A., Kuz'michevskiy A.Yu., Gusarov A.E. A Procedure for Determining the Safe Operation Time of Equipment and Pipelines Based on Nondestructive Testing Results. Bulletin of MPEI. 2020;6:11—00. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-6-11-17.
