CC BY
61
== ЭКСПЛУАТАЦИЯ АЭС -
УДК621. 039:621.64:621.181
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ КОНТРОЛЯ ЗА ТЕПЛОВЫМИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯМИ ТРУБОПРОВОДОВ
© 2013 г. И.Н. Веселова, Я.А. Шевцова
Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл.
Поступила в редакцию 10.02.2013 г.
Проведен анализ данных контроля перемещений при пуско-наладочных работах на энергоблоке №4 КАЭС, в частности рассмотрены результаты, полученные при разогреве и расхолаживании.
Система контроля за тепловыми перемещениями трубопроводов (СКТП) осуществляет бесконтактный дистанционный контроль за тепловыми перемещениями и вибросостоянием паропроводов и трубопроводов планового и аварийного расхолаживания. Измерения проводятся в трехкоординатной системе по направлениям X,Y,Z. Процесс контроля измерений перемещений основан на принципе ультразвуковой локации.
Ключевые слова: паропровод, трубопровод, перемещение, вибрация, контроль, анализ.
Система контроля за тепловыми перемещениями трубопроводов (СКТП) предназначена для бесконтактного дистанционного контроля за тепловыми перемещениями и вибросостоянием паропроводов и трубопроводов планового и аварийного расхолаживания.
Контроль основан на принципе ультразвуковой локации. Измерения проводятся в трехкоординатной системе. Точки контроля выбираются по критерию наибольших величин перемещений и напряжений металла из расчетов, полученных при различных режимах работы.
Был выполнен анализ данных контроля перемещений при пуско-наладочных работах на энергоблоке №4 КАЭС, в частности рассмотрены результаты, полученные при разогреве и расхолаживании.
Ультразвуковые датчики, согласно проектной документации, установлены на главных паропроводах в гермообъеме (система ТХ) и САОЗ (ТQ). В статье рассмотрен анализ тепловых перемещений трубопроводов системы ТХ.
Схема расположения датчиков контроля перемещений приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Схема расстановки датчиков
©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2013
СКТП формирует как табличные (табл. 1), так и графические (рис. 2-7) данные. В таблице1 показаны в качестве примера расчетные и фактические значения перемещений некоторых точек контроля при пуске (разогреве) и плавном расхолаживании.
Таблица 1. Расчетные и фактические значения перемещений
Обозначение точки Расчетное X, мм. Факт. X шахшш, мм. Расчетное Y, мм. Факт. Y шахшт, мм. Расчетное 2, мм. Факт. 2 пахшщ мм. Расчетный вектор, мм. Факт.ве ктор шах, мм. Т1 темп.труб опр. Факт, С Т2 темп.ст роит. констр., С М
4ТХ50У01 46,00 9,96 -56,00 6,00 35,00 12,82 80,48 15,77 248,63 55,84 192,79
-10,55 -1,90 -6,73
4ТХ50У02 117,00 0,53 -39,00 18,92 17,00 5,24 124,49 26,03 274,02 42,46 231,56
-21,36 -0,78 -4,41
-23,62 -2,68 -14,10
4ТХ60У01 14,00 14,27 75,00 34,92 30,00 52,08 81,98 62,81 239,07 47,65 191,42
-6,86 0,00 0,00
4ТХ60У02 45,00 0,97 111,00 1,16 0,00 0,49 119,77 42,30 276,75 46,69 230,06
-33,21 -26,03 -16,42
4ТХ60У03 2,00 11,02 67,00 1,10 -2,00 4,54 67,06 16,83 277,03 52,97 224,06
-1,04 -13,34 -7,81
4ТХ60У04 72,00 25,52 -44,00 0,00 0,00 5,22 84,38 53,49 281,67 46,83 234,84
0,00 -48,37 -1,18
4ТХ60У05 43,00 16,38 -5,00 30,10 -12,00 10,79 44,92 33,30 262,96 45,60 217,36
-1,92 0,00 -6,84
Анализ результатов значений перемещений паропроводов проводится по трем критериям:
Критерий 1. Абсолютные перемещения, зафиксированные СКТП, не должны превышать расчетные.
Критерий 2. Оценка соответствия допустимых значений виброперемещений в контролируемых точках к критериям, приведенным в таблице 2, согласно[1].
Таблица 2. Допускаемые значения амплитуд вибрации трубопроводов Sa, мкм
Уровень Частота, Гц
2 4 6 8 10 20 30 40 50 60
1 120 115 100 90 85 60 50 45 40 50
2 250 230 200 180 165 120 95 85 15 70
3 500 450 400 360 330 230 180 145 135 130
4 1250 1100 950 800 750 500 420 350 320 300
Критерий 3. Линейность зависимости перемещения паропроводов от температуры рабочей среды.
Изменение длины трубопровода определяется по формуле:
М = аь • I • ДТ (1)
где аь- коэффициент теплового расширения; Ь- длина трубопровода;
ДТ - разность температур трубопровода и строительных конструкций. ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, № 1(6) 2013
Согласно (1), изменение длины трубопровода, при отсутствии защемлений, должно иметь линейную зависимость от температуры.
При анализе перемещений трубопровода принято следующее:
1. Точки, результаты измерений которых удовлетворяют всем трем критериям, соответствуют проектным основам безопасности.
2. Точки, результаты измерений которых не удовлетворяют одному из трех критериев, требуют проведения дополнительного обследования.
3. Точки, результаты измерений которых не удовлетворяют ни одному из трех критериев, оцениваются как критические и требуют выполнения организационно-технических мероприятий, подтверждающих проектные основы безопасности.
В качестве примера приведем результаты измерений точки 4ТХ60У01, расположенной в районе гиба главного паропровода II контура в гермообъеме.
Согласно таблице 1 и графикам (рис. 2) фактические значения перемещений по оси У не превышают расчетных значений, по оси X превышают в пределах 5%, а по оси Ъ превышают больше, чем на 5%, но на результирующее значение вектора перемещений это не оказало влияния. Также сам участок паропровода перемещается в направлении, совпадающем по знаку с расчетным значением. Поэтому, согласно первому критерию, данная точка контроля имеет допустимые значения перемещений.
время
а) График перемещений трубопровода
б) График изменения температур
97jD4.1200.OOOC 00.04.1200.00.00 09.04.120000.00 1 9.94.12 00.0000 1104.12 00.00 00 12.04,12 00.00.00 13M.12WOO.DO 14.04.12 00 00.00 1S.04.12W.0000 1SM.12 00.00.00 17 01.12 00.00.00
время
в) График вектора перемещений трубопровода
Рис. 2. График перемещений (а), изменения температур (б) и вектора перемещений(в)
в точке контроля 4ТХ60У01
Из графика (рис. 3) видно, что частоте 2,6 Гц по оси Х соответствует максимум амплитуды вибрации паропровода 0,13 мм = 130 мкм, частоте 13 Гц соответствует амплитуда вибрации 0,098 мм = 98 мкм по результирующему вектору перемещений
(V).
Согласно [1] при частоте 2 Гц предельные значения амплитуд вибрации находятся в диапазоне 500 до 1250 мкм, а на частоте 13 Гц - в диапазоне 300 до 675 мкм. Значения амплитуды вибрации данной точки соответствуют уровню 1-2. Согласно второму критерию, данная точка контроля имеет допустимые значения перемещений.
Рис. 3. Спектр виброперемещений в точке контроля
На графике (рис 4) приведена зависимость вектора перемещений от температуры трубопровода.
ооооооооооооооооооооооо
ннннннннннммгмгмгммгмм Температура, 0С
Рис. 4. График зависимости вектора перемещений от температуры трубопровода
Согласно (1) с увеличением разности температур трубопровода и строительных конструкций, увеличивается изменение длины трубопровода (его перемещение). Если разбить вектор перемещения на небольшие участки (по времени) для каждого диапазона температур, то на этих участках зависимость будет линейная. Согласно третьему критерию, данная точка контроля имеет допустимые значения перемещений.
Таким образом, анализ данных для точки 4ТХ60У01 показывает, что перемещения в данной точке удовлетворяют всем трем критериям.
Приведем результаты измерений точки 4ТХ60Y05, расположенной в помещении А820 в районе ПАБ (моноблочный паровой арматурный блок).
Согласно таблице 1 и графикам (рис. 5) фактическое значение перемещения по оси Х не превышает расчетное, по оси У превышает расчетное и перемещение происходит в противоположном направлении. По оси Ъ фактическое значение перемещения не превышает расчетное, но перемещения происходят как в направлении, совпадающим по знаку с расчетным, так и в противоположном направлении, что говорит о колебаниях паропровода с повышением температуры.
Следовательно, согласно первому критерию, данная точка контроля имеет недопустимые значения перемещений.
время
а) График перемещений трубопровода
б) График температур
07.04.1200.00.00 00.04.1200.00.00 09.04.1200.00.00 10.04.12 00.00.00 11.04.12 00.00.00 12.04.1200.00.00 10.04.1200.00.М 14.04.1200.00.00 15.04.12 00.00.00 16.04.12 DO.OO.OD 17.04.12 00.00.00
время
в) График вектора перемещений трубопровода
Рис. 5. График перемещений (а), изменения температур (б) и вектора перемещений (в)
в точке контроля 4ТХ60У05
Из графика (рис.6) видно, что максимальная амплитуда находится на частоте 11 Гц по результирующему вектору, что соответствует амплитуде вибрации 0,505 мм = 505 мкм. Согласно [1] при частоте 11 Гц предельные значения амплитуд вибрации находятся в диапазоне 330-750 мкм. Значения амплитуды вибрации данной точки соответствуют уровню 3-4, который регламентирует необходимость повышенного контроля, т.к. возможны отказы, необходимы изменения проектных решений. Согласно второму критерию, данная точка контроля имеет недопустимые значения перемещений.
На графике (рис.7) приведена зависимость вектора перемещений от температуры трубопровода.
Из графика видно, что на начальном участке при повышении температуры перемещения снижались, но при температуре 800С произошло резкое увеличение перемещения, что может быть вызвано резким изменением температуры (например заброс холодной воды в ПГ). Согласно третьему критерию, данная точка контроля имеет недопустимые значения перемещений.
4ТХ60У05
О.ООО 2.637 5.273 7.91 О Ю.547 13.18-4 1 5.820 18.4-57
1.318 3.955 6.592 9.229 11.865 14.502 17.139
Частота, Гч-
Рис. 6. Спектр виброперемещений в точке контроля ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, № 1(6) 2013
оооооооооооооооооооооооо
m^LniDr-vooaiO'H.iNm^Lnijpr-vooaiO'HfNm^LniD Температура,нннгммгмгмммгм
Рис. 7. График зависимости вектора перемещений от температуры трубопровода
Таким образом, анализ данных для точки 4ТХ60Y05 показывает, что перемещения в данной точке не удовлетворяют ни одному из трех критериев. Точка принимается критической.
Проанализировав результаты измерений всех точек контроля системы ТХ, можно отметить, что вблизи ПГ и в районе ПАБ происходят наибольшие перемещения трубопроводов.
В общем случае для точек, признанных критическими, требуется разработка мероприятий по устранению нарушений (так, например, минимизировать виброперемещения трубопровода можно с учетом установки дополнительных опор), затем необходимо обратиться в проектную организацию, которая делает повторный расчет по определению допускаемых перемещений [2]. При последующей эксплуатации СКТП, оценивается эффективность проведенных мероприятий.
ВЫВОД
Анализ результатов измерений показал, что система контроля за тепловыми перемещениями трубопроводов позволяет оценивать проектные основы эксплуатации паропроводов с точки зрения контроля величин тепловых перемещений и вибронагруженности. Данные мониторинга, полученные в течение жизненного цикла энергоблока, возможно, использовать при оценке ресурса трубопроводов и оборудования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СА 03-003-07. Расчеты на прочность и вибрацию стальных технологических трубопроводов [Текст].
2. СТО 1.1.1.01.0678-2007. Основные правила обеспечения эксплуатации атомных станций [Текст].
Analysis of results of piping thermal deformations monitoring I.N. Veselova, Ya.A. Shevtsova
Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI», 73/94 Lenin St., Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360, e-mail: VITIkafTEO@mephi.ru
Abstract - The article presents the data analysis of deformations monitoring at the KNPP (Kalinin Nuclear Power Plant) unit №4 in the process of starting-up and adjustment works. The results of monitoring in the process of heating and cooldown are also presented.
Control system of piping thermal deformations is aimed at non-contact remote control under thermal deformations and vibrocondition of steam pipes and pipelines for systematic and emergency cooldown.
The measurements are done in the three-coordinate system with vectors X, Y, Z. The monitoring process is based on the principle of ecography.
Keywords: steam pipes, pipelines, deformation, vibration, control (monitoring), analysis.
