Peti susret Hrvatskog društva za mehaniku Terme Jezerþica, Donja Stubica, 6.-7. lipnja 2013.

SUSTAV ZA ISPITIVANJE PAROGENERATORA NUKLEARNIH ELEKTRANA VVER TIPA

Bakiü, A.

Sažetak: Sa stanovišta sigurnosti, parogenerator je vrlo bitna komponenta u nuklearnoj elektrani. Samo tanka stjenka cijevi štiti radioaktivni materijal iz primarnog kruga od istjecanja. Zbog toga je važno inspekcijom otkriti ošteüenja u njihovoj ranoj fazi razvoja te primijeniti odgovarajuüe korektivne radnje. Primjena nerazornih ispitivanja, u ovom sluþaju metoda vrtložnih struja (ET) i metoda ultrazvuka (UT), koriste se za odreÿivanje mjesta ošteüenja, tipa ošteüenja te veliþinu i orijentaciju ošteüenja. Rezultati dobiveni ovakvim ispitivanjem ulazni su parametri za procjenu cjelovitosti konstrukcije. Sustav za ispitivanje sastoji se od daljinski upravljanog manipulatora za pozicioniranje sondi, mjernog instrumenta te softvera za prikupljanje i analizu podataka. Posljednji razvoj tehnologije, posebno u podruþju elektronike i upravljanja, omoguüio je da ovakvi sustavi postanu visokoautomatizirani, uþinkovitiji i pouzdaniji što utjeþe na smanjenje vremena i cijene inspekcije. Na svijetu postoji nekoliko tipova elektrana od kojih su ameriþki (PWR) i ruski (VVER) tlakovodni tip reaktora najzastupljeniji. U ovom radu opisana su ošteüenja koja se pojavljuju u VVER tipu parogeneratora te posljednja generacija sustava koji je INETEC razvio za njihovo ispitivanje. Kljuþne rijeþi: Nuklearna elektrana, parogenerator, NDE

1 UVOD

Parogeneratori su izmjenjivaþi topline koji toplinu nastalu u reaktorskoj posudi predaju sekundarnom krugu gdje se proizvodi para za pokretanje turbine generatora. U jednoj jedinici nuklearne elektrane obiþno ima 4-6 parogeneratora ovisno o snazi reaktora. Sastoje se od velikog broja cijevi, do 11 000, þiji krajevi završavaju na cijevnoj stijeni kolektora. Kod VVER tipa parogeneratora, cijevi su položene horizontalno i povezuju dva kolektora (Slika 1.). Standardno ispitivanje obuhvaüa ispitivanje cijevi metodom vrtložnih struja te ispitivanja zavara na kolektoru pomoüu ultrazvuka. Sustavi za ispitivanje su redovito opremljeni i modulom za þepljenje cijevi s neprihvatljivim ošteüenjima. Nedavno je Inetec razvio novu generaciju sustava za ispitivanje parogeneratora VVER tipa temeljen na najnovijim tehnologijama i iskustvima steþenim u prijašnjim inspekcijama. Sada su elektroniþke komponente distribuirane po manipulatoru vrlo blizu pogonskih mehanizama. Na taj naþin je poveüana brzina rada ureÿaja, pojednostavljeno ožiþenje i smanjen šum u mjernom signalu. S naprednim algoritmima ugraÿenim u upravljaþki softver manipulator je postao precizniji, pouzdaniji i lakši za upravljanje. Moguüe je korištenje tri modula: ET modul za ispitivanje cijevi parogeneratora, UT modul za ispitivanje zavara kolektora i modul za þepljenje cijevi.

11

Manipulatorom se upravlja pomoüu PC softvera koji je integralni dio Inetecovog EddyOne softverskog paketa.

Sl. 1. Parogenerator nuklearne elektrane VVER tipa¶

2 DEGRADACIJSKI MEHANIZMI PAROGENERATORA

Cijevi u parogeneratoru su podložene raznim ošteüenjima koji su uzrokovani korozivnim, mehaniþkim ili njihovim zajedniþkim djelovanjem (slika 2.). Tipovi ošteüenja mogu biti: ošteüenja nastala uslijed proizvodnog procesa, korozija vanjske površine, stress corrosion cracking (SCC), korozija na granicama kristalnog zrna (IGA), pitting i ošteüenja uslijed zamora materijala [1,2].

a) b)

Sl. 2. Ošteüenja na cijevima parogeneratora: a)ošteüenje uslijed korozije, b) mehaniþko ošteüenje

12

Slika 3. pokazuje ošteüenja na cijevima kako su se otkrivala tijekom povijesti [2].

Porast otkrivenih ošteüenja do sredine 90-tih godina prošlog stoljeüa više je uzrok razvoja sustava za inspekciju nego stvarni porast broja ošteüenja. Nakon toga dolazi do smanjenja broja ošteüenja jer su se u meÿuvremenu otkrili i uklonili neki od uzroka koji do njih dovode.

Sl. 3. Detekcija ošteüenja na cijevima parogenerator kroz povijest

2 SUSTAV ZA ISPITIVANJE

Današnja moderna tehnologija omoguüuje razvoj kompleksnih i potpuno automatiziranih robotskih sustava za koji su sposobni dopremiti sonde za ispitivanje i u najnedostupnije dijelove komponenti nuklearnih postrojenja. Njihova uloga je posebno važna jer se radi o zoni visoke radijacije i boravak ljudi u tom podruþju je strogo kontroliran i ograniþen. CASTOR je nova generacija Inetecovog sustava za ispitivanje ošteüenja na parogeneratorima VVER tipa (Slika 4). Manipulator je oblikovan da se može spustiti u jedan od dva kolektora i uþvrstiti za njegovu stjenku. Ima dvije pokretne osi, elevaciju i rotaciju pomoüu kojih se razliþiti moduli mogu dopremiti u bilo koju poziciju potrebnu za ispitivanje. Moguüe je koristiti tri razliþita modula: ET modul, UT modul i modul za þepljenje cijevi. Pomoüu ET modula. ET modul sastoji se od dvostrukog sustava za guranje sondi koji neovisno guraju dvije sonde i na taj naþin skraüuju vrijeme inspekcije. Guranje sondi u cijev vrši se pomoüu specijalnog guraþa sondi koji ima pogonske kotaþiüe i kolut na koji se namata sonda. Na putu od koluta za namatanje do ulaska u cijev parogeneratora sonda prolazi kroz nekoliko elemenata: linearni enkoder, dva para pogonskih kotaþa, mehaniþki detektor prisustva sonde te sensing coil – elementa koji detektira glavu sonde kada je pod naponom. Linearni enkoder služi za toþnu poziciju sonde u cijevi. Usporedbom njegovih podataka s podacima enkodera motora može se u realnom vremenu detektirati eventualno proklizavanje pogonskih kotaþa i u tom sluþaju sustav podiže njihov pritisak na sondu. Za vrijeme inspekcije, raþunalni vid se koristi kao sekundarni sustav za verifikaciju pozicije. U sluþaju pozicija manipulatora odreÿena pomoüu enkodera motora razlikuje od pozicije odreÿene raþunalnim vidom operater se upozorava na moguüu grešku.

13

Sl. 4. CASTOR – nova generacija sustava za ispitivanje parogeneratora VVER tipa

U sluþaju ispitivanja zavara kolektora pomoüu ultrazvuka, ET modul se zamjenjuje

s UT modulom. Elektronska kutija na voziþeku je pod tlakom što omoguüuje rad pod vodom. U sluþaju da kolektor nije ispunjen vodom potrebno je dodatno zalijevanje ultrazvuþne sonde kako ne bi bilo zraþnog prostora izmeÿu nje i površine kolektora. Sveukupno osam sondi istovremeno se koristi u inspekciji smještenih po þetiri na nasuprotnim stranama modula kako bi se uravnotežile sile i smanjilo vrijeme inspekcije.

U sluþaju da su ošteüenja otkrivena na cijevima prelaze zadane kriterije potrebno je izvršiti þepljenje cijevi i na taj naþin je iskljuþiti iz upotrebe. Parogeneratori su u pravilu predimenzionirani i moguüe je zaþepiti do 30% cijevi bez d se ugrozi funkcionalnost postrojenja.

Inetecovo rješenja za ovaj sluþaj je postavljanje mehaniþkog þepa. Za razliku od zavarivanja ovaj pristup vodi brzom þepljenju kao i moguünošüu skidanja þepa. U dosadašnjoj praksi nije potvrÿeno istjecanje vode iz primarnog kruga nakon þepljenja na ovakav naþin.

3 SOFTVERSKI PAKET

Standardni softverski paket koji se koristi prilikom inspekcije sastoji se od þetiri komponente: Inspection managament, Manipulator control, Data acquisition i Data

14

analysis. Inspection management se koristi za planiranje inspekcije, upravljanje podacima s inspekcije i generiranje završnog izvješüa. Ovaj softver prosljeÿuje listu cijevi koje je potrebno ispitati u Manipulator control softver koji sortira listu optimirajuüi vrijeme inspekcije. Inspection management softver radi s ogromnom koliþinom podataka koji ukljuþuju podatke nekoliko tisuüa cijevi po svakom parogeneratoru te takoÿer i podatke prethodnih inspekcija koji su potrebni za utvrÿivanje eventualne propagacije ošteüenja.

Sl. 5. Softverski paket potreban prilikom ispitivanja parogeneratora¶

Manipulator control softver ima vrlo intuitivno suþelje i operateru ne treba puno vremena kako bi ga poþeo koristiti. Nove znaþajke kao što su 3D vizualizacija, simulacija inspekcije ili generiranje log dokumenta olakšavaju upravljanje manipulatorom. Raþunalni vid je ugraÿen u ovaj softver kao sekundarna verifikacija položaja manipulatora na cijevnoj stijeni. Softver za prikupljanje podataka je povezan direktno s ET instrumentom i softverom za upravljanje manipulatorom. Zbog praktiþnih razloga komande za upravljanje guraþom sondi su dodane u ovaj softver što znaþi da operater veüinu vremena koristi upravo Data acquisition softver. U sluþaju automatskog moda operater samo kontrolira inspekciju dok Data acquisition i Manipulator control softveri samostalno pokreüu sve radnje na manipulatoru prema planu inspekcije. Softver za analizu podataka snimljene podatke pretvara i prikazuje u obliku pogodnom kako bi anlizatori mogli prepoznati ošteüenje. Tim analizatora obuhvaüa pet þlanova koji rade na istim podacima, a organizirani su po strogo definiranim procedurama. Prvo dva analizatora neovisno analiziraju iste podatke i prijavljuju ošteüenja. Poslije toga treüi analizator tzv. rezolucija, usporeÿuje njihove rezultate i donosi odluku u sluþaju razliþitih prijava ošteüenja. ýetvrti analizator detaljno analizira prijavljena ošteüenja i donosi odluku o daljnjim radnjama. Konaþno peti analizator, koji je odgovoran upravi elektrane, provjerava rezultate i radi izvještaje [4]. Ovakav, naizgled složen postupak je nužan kako se ne bi previdjela ošteüenja ili nepotrebno provodile skupe korektivne radnje. Tim analizatora obiþno se ne nalazi na terenu nego je smješten u firmi koja provodi inspekciju, a podatke dobiva pomoüu internetskih veza.

15

U posljednje vrijeme razvijeni su algoritmi za automatsku analizu podataka i ovim algoritmima se može zamijeniti jedan od primarnih analizatora.

5 ZAKLJUýAK

U svrhu poveüanja produktivnosti nuklearne elektrane veliki napori se ulažu kako bi se skratilo vrijeme remonta i njihova uþestalost. Time se podižu zahtjevi sustavima za ispitivanje koji moraju biti brži, brže se instalirati i davati još više podataka o stanju parogeneratora koji se koriste za procjenu strukturnog integriteta. U posljednje vrijeme mnoge elektrane daju zahtjeve za produženje životnog vijeka. U takvim uvjetima mogu se pojaviti novi degradacijski mehanizmi na što sustavi za ispitivanje trebaju moüi odgovoriti. Stroga pravila regulatornih tijela, proširenje podruþja inspekcije kao i zahtjevi za smanjenje izloženosti osoblja radioaktivnom zraþenju dodatni su izazovi u razvoju sustava za ispitivanje komponenti nuklearnih elektrana. Nova generacija Inetecovog sustava za ispitivanje parogeneratora VVER tipa koji je opisan u ovom radu zadovoljava sve navedene zahtjeve. Cijeli proces inspekcije od planiranje, ispitivanje, analize podataka i završnog izvješüa je danas visoko automatizirani proces koji þini inspekciju puno jednostavnijom i pouzdanijom.

Literatura:

[1] Obrutsky, L., Renaud, J., Lakhan, R., “Steam Generator Inspections: Faster, Cheaper And Better, Are We There Yet? ”, IV Pan American Conference for Nondestructive Testing, Buenos Aires, Argentina, 2007. [2] ýorak, D., ýorak, Z., Gracin, R., Vavrouš, M., “Overview of VVER Steam Generator Tube Inspection”, The 8th International Seminar on Horizontal Steam Generators, 21–24 May, Podolsk 2010. [3] Silley, S., Annual EPRI Steam Generator Workshop, Chicago, USA, 2004. [4] IAEA, “Strategy for Assessment of VVER Steam Generator tube integrity”, IAEA-TECDOC-1577, Vienna, Austria, December 2007.

Autori: Ante Bakiü, Inetec, Institut za nuklearnu tehnologiju, Dolenica 28, 1000 Zagreb, e-mail: ante.bakic@inetec.hr, web stranica: www.inetec.hr

16