Atomerőmű, 1994 (17. évfolyam, 1-10. szám)

1994-01-01 / 1. szám

8 ATOMERŐMŰ 1994. JANUÁR Dóziscsökkenés - biztonság - pénzmegtakarítás Blokkjaink üzemidejének növeke­désével sajnos egyre több gondot okoznak majd a csővezetékek kü­lönböző eróziós-korróziós folya­matai. E folyamatok ellenőrizhető­sége és kézben tarthatóságaérdeké­­ben társaságunk megvette a SIE­MENS KWU által kifejlesztett „WATHEC” és „DASY” megneve­zésű szoftvereket. A szoftverek be­tanítására az elmúlt év végén került sor Emlangenben. A tanfolyam vé­geztével kérdezzzük dr. Bacskó Gá­bort i.z ott látottakról és hallottakról. Úgy vélem, hogy a betanulás nagyon jól sikerült, nagyon sok érdekeset lát­tunk és hallottunk. Előtte azonban rö­viden összefoglalnám az eróziós-kor­róziós folyamatokkal összefüggő eddi­gi elméleti és gyakorlati kutatásokkal, valamint a szoftverekkel kapcsolatos nézeteket. Miután a téma aktuális, nem árt, ha bizonyos alapvető dolgokkal mindenki tisztában van. Az összefoglaló W. Kästner, P. Hof­mann és H. Nopper urak, a tárgyi témá­val kapcsolatos „Erosion Corrosion in Power Plants - Decision Making Tool for Counteracting Material Degrada­tion” című cikke, a tanfolyamon bemu­tatott ábrák és előadások alapján készült. A különféle áramlások keltette eró­ziós-korróziós folyamatok vizsgálata az 1986-ban az USA SURRY 2 megneve­zésű atomerőművi blokkjában bekö­vetkezett, több halálos áldozatot is kö­vetelő csőtöréses baleset után került előtérbe. Az egyre sűrűsödő balesetek (TRO­JAN, GARONA, SURRY-1, LOVI1- SA-1) szerte a világon arra sarkallták az energiaiparban dolgozó szakembere­ket, hogy egy olyan effektiv szoftvert fejlesszenek ki, amellyél jól nyomon le­het követni az eróziós-korróziós folya­matokat. Ezért készült a' SIEMENS/ KWU a világon az első eróziós-korró­ziós folyamatokat kiértékelő PC-n fut­tatható WATHEC (Watt 77/ining due to Erosion Corrosion) nevű szoftverje. Ennek segítségével meghatározha­tók az erőművekben, illetve egyéb ipari létesítményekben a vizet vagy nedves gőzt szállító azon csővezetékek, ame­lyek fokozott eróziós-korróziós hatá­soknak vannak kitéve. Kiszámítható az egyes csővezetékek vagy csővezetéki elemek eróziós-kor­róziós folyamatok következtében beál­ló éves falvastagság csökkenési értéke. A szoftver konzervatív megközelítéseit használva meghatározhatjuk az egyes csövek vagy csővezetéki elemek „mara­dék élettartamát”. A szoftver segítségével jelentősen csökkenthető az évenkénti falvastag­ságmérési terjedelem, s ez nemcsak je­lentős pénzmegtakarítást, de akár dóziscsökkenést is eredményezhet. A szoftver kifejlesztése a már emlí­tett SURR Y-2 baleset után gyorsult fel, ez azonban nem jelenti azt, hogy a kér­déssel nem foglalkoztak korábban. A téma előkészítése már 1973-ban elkez­dődött különféle laboratóriumi tesz­tekkel, az elmélet kidolgozásával és egy empirikus matematikai formula kifej­lesztésével. Az elmélet kidolgozása során megál­lapítást nyert, hogy a széleskörűen el­terjedt eróziós-korróziós elnevezésű folyamatok alatt, tulajdonképpen az alábbi különböző fizikai, illetve kémiai folyamatokat kell érteni:- kavitációs erózió,- cseppütközéses erózió és,- eróziós-korrózió. Az első két folyamat fizikai (mecha­nikus) károsodási folyamat, amelyet kémiai, korróziós folyamat is kísérhet. A harmadik az ún. eróziós-korrózió alapjában egy kémiai folyamat. Ezt va­lamely áramlás gyorsítja fel. A kavitációs erózió folyadékot szállí­tó csővezetékekben léphet fel abban az esetben, ha valahol a csővezetékben kavitációs jelenség lép fel. A gőzbubo­rékok keletkezése, és összeroppanása során létrejövő nyomásfluktuáció je­lentősen károsítja a különböző belső felületeket. A cseppütközéses erózió telített-gőz­vezetékekben lép fel, ahol a gőzáram­ban haladó vízcseppek nagy tehetetlen­ségük okán a könyökök külső falát „bombázva”, igen nagy eróziónak te­szik ki azt. Az eróziós-korróziós kémiai folyamat olyan anyagok esetében lép fel, melyek elvesztik a korrózióval szembeni ellen­állóképességüket és feloldódnak az áramló közegben, mivel a cső belső fe­lületén megsérült oxidréteg nem tud újraképződni. A fenti két alapvető (fizikai, illetve kémiai) folyamat különbözőségét az is alátámasztja, hogy a belső csőfelületek mikroszkopikus képe más és más. Míg az alapvetően fizikai folyamatok esetén jelentős érdesség figyelhető meg, addig az alapvetően kémiai eróziós-korróziós folyamatok esetében az érdesség mér­téke nem túl nagy, viszont a felület egy „tigrisbőrhöz” hasonlítható. A már említett laboratóriumi vizsgá­latok során a KWU csoport megvizsgál­ta, hogy miképpen hatnak a különféle változók az eróziós-korróziós folyama­tokra víz és nedves gőz áramlása esetén. (2) Az áramlási sebesség hatása A 2. ábra azt mutatja, hogy az adott laboratóriumi körülmények között ho­gyan hat a közeg áramlási sebessége a falelvékonyodásra. (A falelvékonyodás értékeit mindenhol mm/év mértékegy­ségben adták meg.) Az ábrán jól látha­tó, hogy az elvékonyodás egyenesen arányos a közegsebességgel és ezért is célszerű odafigyelni a tervezés során a megfelelő sebesség megválasztására. A 3. ábrán ugyanolyan körülmények kö­zött, de egy meghatározott sebességnél azt vizsgálták, hogyan hat az üzemi hő-Falvastagság csökkenés ív mm/év } _ 9 0,1" 0.01-40 ba T = 180 *C w = 39 m/< O2 1 5 p p n • 1 1 t = 200-400 h Sík felület 0,3% Mo tart. acé 1 ______1 U.UUI ~| 7 9 1 Pt 11 (4) A közeg pH-értékének hatása mérséklet a fal elvékonyodására. Meg­állapítható, hogy 150 °C felett ellenté­tes folyamat indul meg, mivel növek­szik a cső belső felületén ae oxidréteg kialakulási sebessége, s ez csökkenti az eróziós-koróziós folyamatot. A 4. ábra a közeg pH-értékétől való függést mutatja. Látható, hogy ameny­­nyiben a rendszer egyéb elemei enge­dik, érdemes magasabb pH-értéket al­kalmazni. Az 5. ábra az O2 koncentrá­ciótól való függést szemlélteti. Maga­sabb O2 koncentráció esetén megnő a cső belső felületén képződő, az ellenál­ló-képességet növelő oxidréteg kiala­kulásának a sebessége, és ezért rendkí­vüli mértékben csökkenhet a falelvéko­nyodás értéke. (6) Különböző anyagok eróziós-korróziós érzékenysége A 6. ábra azt szemlélteti, hogy azo­nos körülmények között milyen a falel­vékonyodás éves értéke különböző anyagok esetén. Megállapíthatjuk, hogy- a rozsdamentes acélok nem hajla­mosak az erózióra-korrózióra,- a különböző szénacélok ellenálló­képessége nő a Cr, Cu és Mo koncent­rációval,- a csövek belső felületének plattíro­­zása is nagyon előnyös lehet, különö­sen helyi javítások esetén. A laboratóriumi kísérletek bebizo­nyították, hogy nemcsak hidraulikai, de az eróziós-korróziós folyamatok szempontjából is nagyon nagy a csőve­zetéki geometriának a jelentősége. Az egyes csővezetéki elemek eróziós-kor­róziós szempontból való jellemzésére az ún. „Keller”-féle Kc-geometriai fak­tort használják. Ennek a geometriai faktornak a szerepe némileg hasonlít a hidraulikai ellenállási tényező szerepé­hez, azzal a lényeges különbséggel, hogy a IQ értéke 0-1 között változik csak. Egy egyenes, ideális, különleges helyi turbulencia nélküli csővezetékre Kc=0,04, míg a lehető legkedvezőtle­nebb áramlási hely esetén Kc=l. Mivel a csővezetékek geometriája igencsak különböző, és az egyes ele­mek az általuk megzavart áramlási kép miatt kihatnak az áramlási irány szerint utánuk található elemekre, ezért az egyes elemek a Kc értékének a megha­tározásakor figyelembe kell venni a megelőző elemek turbulenciája követ­keztében fellépő károsító hatást is. Ha a 7. sz. ábra szerint például egy D-átmé­­rőjű csővezetékben egymástól Z távol­ságra lévő elemek Kc-értékei külön-kü­­lön KtA, illetve K,B lenne, egymás után beépített helyzetükben már viszont ez a két érték Kca, illetve (KcB)totii= Kcb+AKca, figyelembe véve termé­szetesen, hogy az előbb említettek sze­rint (KcBltoutí 1.0 kell, hogy legyen. A 8. sz. ábra jól szemlélteti a könyök hatását az azt követő csővezetékre. Jól látható, hogy a fenti állítás kb. egy 10 Z/D hosszú csővezetékhosszon áll fenn, azaz a könyök által létrehozott turbulencia csaknem ekkora távolsá­gon hat ki a csővezeték falelvékonyo­­dási értékére. (Ennél nagyobb távolság­ra a könyök már nem érezteti a hatását.) Ott, ahol lehet, eróziós-korróziós szempontból is célszerűbb kedvezőbb hidraulikai kialakítású rendszert alkal­mazni, mert hajó a hidraulikai kialakí­tás, akkor az az eróziós-korróziós folya­matokra is kedvezően érezteti a ha­tását. Az üzemidőnek szintén nagy a befo­lyása az eróziós-korróziós folyamatok­ra. A 9. sz. ábrán jól látható, hogy kb. 200 óra üzemidő után a falvastagság csökkenési sebessége lelassul és gya­korlatilag beáll egy majdnem konstans értékre. A fenti megállapítások elsősorban egyfázisú folyadékáramlások esetén igazak. Kis módosításokkal alkalmaz­hatók ezek az összefüggések a telített gőzt szállító csővezetékekre is. Ebben az esetben viszont figyelembe kell ven­ni azt, hogy a nedves gőz szállítása ese­tén mindig van egy vékony vízréteg a cső belső falán. A 10. sz. ábra jól érzékelteti, hogy milyen a sebességeloszlás egy egyfázi­sú, csak vizet szállító cső és egy kétfázi­sú nedvesgőzt szállító cső esetében. Míg a vizet szállító csőnél az eróziós­­korróziós folyamatok számításakor a folyadék átlagsebességével számolnak, a nedvesgőznél csak a fal felületén mozgó kondenzátum sebességével kell számolni, mely sebesség a csőben áramló közeg tömegáramától, a közeg telítési ponton mért sűrűségétől és a gőz nedvességtartalmától függ. (Ned­vesgőz vonatkozásában számottevő az áramló kondenz vízréteg pH- és oxi­génkoncentrációja is.) A fenti össze­függések meghatározása után született meg a szoftver legfontosabb matemati­kai összefüggése, mely az éves falvas­tagság-csökkenést határozza meg. As= Kc ■ fi (W,T, h)f2(pH). f3(02) ■ f4 (t) Az összefüggésből jól látható tehát, hogy a falelvékonyodás (zls) függ:- a geometriai faktortól, Kc,- az áramlási sebességtől, W,- az áramló közeg hőmérsékletétől, T,- az anyagminőségtől (Cr-, Cu-és Mo-tartalom), h,- a 25 °C-on mért pH értéktől, pH,- az oxigénkoncentrációtól, 02- és az üzemidőtől, t. Megjegyzendő, hogy a „WATHEC” nem alkalmazható minden csővezeték esetében. A szoftver alkalmazásának kprlátai a következők: nyomás > 220 bar hőmérséklet < 20 °C A szoftver alkalmazása előtt célsze­rű egy durva analízist elvégezni, s ki­gyűjteni azokat az erőművi csővezeté­keket, amelyek esetén az alábbi feltéte­lek együttesen állnak fenn: anyag: szénacél sebesség > 3 m/s (egyfázisú áramlás esetén) hőmérséklet: 80-220 °C vízkémia: pH<9,4, oxigén<40 ppm üzemidő: több év A fenti feltételeknek megfelelő cső­vezetékeknél el kell végezni egy finom analízist. Meg kell határozni a csőveze­téki geometriát, és az áramlási viszo­nyokat. A számítások input adatai akövetke­­zők: Tervezési adatok: geometriai adatok; anyagminősé­gek; tervezési nyomás; tervezési hő­mérséklet; térfogatáramok; gőzned­vesség. Üzemviteli adatok: az üzemkezdet időpontja; kihaszná­lási tényező; üzemi nyomás; üzemi hő­mérséklet. Vízkémiai adatok: különféle adalékok és azok koncent­rációja; pH; oxigénkoncentráció. A szoftver fejlesztése során nagy gondot fordítottak az elméleti számítá­sok gyakorlati mérési eredményekkel történő összehasonlítására. Az igen konzervatív, azaz a fokozott biztonság irányába ható megközelítéseknek a pontosítása érdekében, egy helyszíni mérési eredményeket tartalmazó, több mint 2000 elem mérési eredményeit tartalmazó adatbázist hoztak létre. A szoftver igen nagy előnye, hogy a minimális falvastagságok amerikai, né­met, sőt orosz szabványok alapján is ki­számíthatók. A használt mértékegység­rendszer lehet metrikus vagy angol­szász. A szoftver használata során lehető­ség van többek között: az összes input adat kinyomtatására; a 11. sz. ábra szemléletesen ábrázolja az egyes csővezetékek különböző ele­meinek az éves falvastagság-csökkenési értékét. Az ábrán jól látható, hogy mely elemek vannak kitéve a legnagyobb, il­letve a legkisebb eróziós-korróziós ve­szélynek;- a 11. sz. ábrán túl a 12. sz. ábra sze­rint lehetőség van az egyes csővezetéki elemek, külön-külön egyesével történő megjelenítésére is. Ezen az ábrán már látható, hogy hogyan csökken a falvas­­tagság az üzemidő függvényében, és milyenek a különböző falvastagságér­tékek, melyek a különböző szabványok szerint számolhatók. A szoftver konzervatív megközelíté­sei miatt (mivel sok esetben nem vagy nem pontosan ismeretesek a különbö­ző adatok, mint például a geometria, eredeti falvastagság, eredeti anyagösz­­szetétel, a kémiai vízüzem változása és a pontos üzemidő) lehetőség van ultra­hangos falvastagságmérésekkel ponto­sítani a falelvékonyodási értékeket. Egy ilyen eset látható a 12. sz. ábrán. Itt fel­tüntették a szoftver által becsült, és a mérések által pontosított falvastagság­csökkenési értéket az idő függvényé­ben. Minden egyes csővezetéki elem esetében az üzemidő alatt öt kiegészítő mérésre van lehetőség és a mérési ered­mények segítségével elérhető, hogy előbb-utóbb a két görbe iránytangense megegyezzék. A betanulás alatt lehető­ségünk volt egy sor gyakorlati számítást is elvégezni. Megtudtuk, hogy a szoft­ver hogyan használható fel a különbö­ző csővezetékek tervezése, tervmódo­sítása során. Megismertük a különböző belső szubrutinokat is, melyek segítségével kavitációs analízis is elvégezhető. Gyakorlati példán elemeztük, hogy milyen módszerekkel enyhíthető pél­dául egy szabályozószelep okozta eró­ziós-korróziós folyamat. És végül, ha nem is közvetlen forrásból, hanem át­tételesen, de információkat kaptunk ar­ról, hogy mi okozta a közelmúltban a loviisai atomerőműben a tápvízveze­­ték-törést. Eddig még nem esett szó a „DASY” nevű szoftverről. Nos a „DASY” szoro­san illeszkedik a „WATHEC”-hez, szintén PC-n futtatható, menüvezérelt szoftver, melynek a feladata: az ultrahangos falvastagságmérések során kapott adatok tárolása, előfeldol­­gozása; a mért adatok grafikus megjele­nítése; a mérési eredmények doku­mentálása. A „DASY” a mérési eredményekből automatikusan generálja és egy interfa­ce segítségével továbbítja a „WAT­HEC” részére az aktuális falvastagság­értékeket, amelyek felhasználásával - mint már említettem - pontosítani le­het a konzervatív számítási modellből kapott falelvékonyodási értékeket. Fém veszteség A*I»M ng/cm2h (9) Az üzemidő hatása LSU IVUtSU lUt Cső falvastagság Cső belső fal A veszélyhelyzet növekedése ♦ 6 Falv. melynél a fesz. el$ri a szak. szilárds.-ot I 5 Falv. melynél a fesz. eléri a folyáshótárt , I 4 Minimális falvastagsag (megengedett feszültség) 3 , , 7 Tprvp7ptt ___——— A program áltál becsült érték j |____■— —~~í í—Mert értékkel számolva 0 Gyártott Ó 20000 40000 60000 80000 100000 b Üzemidő (12) Az ultrahangos falvastagságmérések szerepe Cseppütközéses erózió (5) A közeg oxigénkoncentrációjának hatása (7) A vezetékben egymás után elhelyezett elemek K,-értékei (8) Egy könyök által okozott turbulencia hatása (10) Referenciasebességek (II) A rendszer különböző elemeinek falvastagság-csökkenése

Next

/
  • Elrendezés
  • Igazítás
  • Forgatás
Oldalképek
Tartalom