close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Экспериментально-теоретическое моделирование развития трещин в конструкционных сплавах оборудования АЭС

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
НГУЕН ТХИ НГУЕТ ХА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
РАЗВИТИЯ ТРЕЩИН В КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВАХ
ОБОРУДОВАНИЯ АЭС
Специальность 05.14.03 - Ядерные энергетические установки, включая
проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2016
Работа выполнена на кафедре Атомных электрических станций ФГБОУ ВО
НИУ «МЭИ».
Научный руководитель:
Горбатых Валерий Павлович
доктор технических наук, профессор кафедры
Атомных электрических станций ФГБОУ ВО
«НИУ «МЭИ», г. Москва
Официальные оппоненты:
Бараненко Валерий Иванович
доктор технических наук, профессор, главный
научный сотрудник ОАО «Всероссийский научноисследовательский институт атомных
электростанций» (ОАО «ВНИИАЭС»), г. Москва
Шутько Кирилл Игоревич
кандидат технических наук, начальник
лаборатории АО «Научно-исследовательский и
конструкторский институт энерготехники имени
Н.А. Доллежаля» (АО «НИКИЭТ»), г. Москва
Ведущая организация:
ООО «Научно-сертификационный учебный центр
материаловедения и ресурса компонентов ядерной
техники «Центр материаловедения и ресурса»,
Московская обл., г. Люберцы
Защита диссертации состоится «22» июня 2016 г. в 16 часов 00 мин. на
заседании Диссертационного совета Д212.157.07 при ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Зал Ученого Совета
НИУ «МЭИ».
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».
Автореферат разослан «_____» ____________ 2016 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
Д212.157.07 к.т.н., доцент
Ильина И.П.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы.
В настоящее время важнейшими задачами технологии ядерной энергетики
являются повышение надежности и увеличение срока службы парогенераторов
(ПГ) – как одних из основных элементов атомной электростанции (АЭС) с водноводяным энергетическим реактором (ВВЭР).
В процессе эксплуатации ПГ АЭС с ВВЭР происходит повреждение
конструкционных сплавов (КС) вследствие протекания физико-химических
процессов как на границе раздела металл/среда, так и в его объеме. Характер
повреждения КС, из которых изготовлены различные элементы и узлы
энергетического оборудования, зависит от совокупности как внешних, так и
внутренних факторов, влияющих на коррозионные процессы. Можно выделить
ряд механизмов коррозионного повреждения: коррозионное растрескивание под
напряжением (КРПН), коррозионная усталость (КУ), водородное охрупчивание
(ВО) и другие виды локальной коррозии. Их анализ, с точки зрения
прогнозирования надежности и долговечности оборудования, представляется
актуальным и перспективным.
Повреждения коллекторов ПГ АЭС с ВВЭР обусловлены образованием
трещин различной протяженности. Исследования показали, что повреждение КС
коллекторов ПГ АЭС с ВВЭР было вызвано совокупным воздействием
напряжений на уровне предела текучести и коррозионно-агрессивной среды
(КАС) на КС коллектора – сталь марки 10ГН2МФА, проявляющую склонность к
коррозионному растрескиванию. Такое совокупное воздействие понижает
долговечность и предел выносливости материала вплоть до его исчезновения.
Поэтому расчет прочности и оценка долговечности коллекторов ПГ АЭС с ВВЭР,
их ресурса и надежности являются актуальной задачей. При оценке остаточного
ресурса оборудования АЭС на стадиях образования и развития трещины
необходимо учитывать влияние КАС на усталостную меру повреждения и
напряженно-деформированное
состояние
(НДС)
в
вершине
трещины,
характеризующееся единственным параметром – коэффициентом интенсивности
3
напряжений (КИН). Учет воздействия КАС, в этой работе производится через ВО,
которое оказывает влияние на служебные свойства КС, дает важную информацию
для
расчета
конструктивной
прочности
и
оценки
остаточного
ресурса
оборудования АЭС.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является
обоснование и
разработка параметрических
детерминистических
моделей
коррозионных процессов и усовершенствование методики для расчета КИН КС
применительно к условиям работы коллекторов ПГ АЭС с ВВЭР-1000 (сталь
марки 10ГН2МФА) с учетом динамики накопления водорода и изменения разных
факторов повреждения.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработка неаддитивной методики расчета накопления водорода в КС
применительно к коллекторам ПГ АЭС с ВВЭР-1000 (сталь марки
10ГН2МФА).
2. Разработка методики обработки результатов ускоренных испытаний по
наводороживанию образцов из стали марки 10ГН2МФА с использованием
низкотемпературного отжига (НТО – первого и повторных) коллекторов для
оценки кратности приращения ресурса ПГ АЭС с ВВЭР-1000 с взрывной
технологией запрессовки теплообменных труб (ТОТ) в коллектор.
3. Исследование влияния состава КАС и других факторов на построение
методики вычисления КИН.
4. Расчет КИН для стали 10ГН2МФА с учетом влияния КАС и других
факторов.
Методы исследований. В настоящей работе использованы экспериментальнотеоретические
методы
расчета.
Результаты
вычислений
получены
с
использованием разработанной автором программы на языке Mathcad.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Выполнении проверки разработанной неаддитивной методики расчета
накопления водорода в стали марки 10ГН2МФА на сходимость результатов
4
вычислений при перестановке интервалов времени с условно-постоянными
числовыми значениями водородного показателя рН.
2. Разработке методики обработки экспериментальных данных по наводороживанию стали марки 10ГН2МФА при НТО-1 и повторных НТО
коллекторов ПГ АЭС с ВВЭР-1000.
3. Построении
усовершенствованной
методики
расчета КИН
для
КС
применительно к коллекторам ПГ АЭС с ВВЭР-1000 (сталь марки
10ГН2МФА), в отличие от расчетов его в других справочниках, в которую
включены дополнительные члены (концентрация водорода CH2 , плотность
дислокаций
ρ ,
давление
растворенного
в
стали
водорода
pH2 ),
усиливающие вклады разных процессов повреждений.
Практическая значимость работы.
Основные выводы диссертации рекомендуются автором для использования
при оценке состояния и управлении ресурсом коллекторов ПГ АЭС с ВВЭР-1000
с использованием КИН с увеличенным числом аргументов.
Методика расчета накопления водорода в КС рекомендуется для исследования
процессов наводороживания, оценки степени водородного охрупчивания и
растрескивания КС оборудования АЭС.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту
1. Методики и результаты расчета накопления водорода в стали 10ГН2МФА с
учетом КАС второго контура АЭС с ВВЭР.
2. Методики оценки кратности приращения ресурса стали марки 10ГН2МФА в
условиях наводороживания и НТО.
3. Усовершенствованная методика для расчета КИН для стали марки
10ГН2МФА.
4. Результаты расчета КИН по усовершенствованной методике для стали
марки 10ГН2МФА.
Апробация работы.
Основные положения диссертации обсуждены на
двадцатой, двадцать первой и двадцать второй международных научно5
технических
конференциях
студентов
и
аспирантов
«Радиоэлектроника,
электротехника и энергетика» (МЭИ, 2014, 2015, 2016 гг.); на международной
научно-технической конференции «Полувековое обеспечение безопасности АЭС
с ВВЭР в России и за рубежом» (Нововоронежкая АЭС, 2014 г.); на
международной конференции «Инновационные подходы к решению техникоэкономических проблем» (МИЭТ,2014г.).
Доложены на выпускающей кафедре АЭС НИУ «МЭИ».
Публикации.
По теме исследования опубликовано 9 работ, отражающих
основные положения исследования, среди которых – 2 публикации в журналах,
включенных в перечень ВАК.
Структура и объем работы диссертации. Диссертационная работа состоит
из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 73
наименований. Работа содержит 123 страницы, 16 таблиц, 40 рисунков.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы
цель и задачи исследования, изложены научная новизна, практическая значимость
и основные положения и результаты, выносимые на защиту.
В первой главе проведен аналитический обзор литературы по теме
диссертации. Показана важность учета влияния КАС и других факторов на
вычисление КИН, который является характеристикой трещиностойкости КС.
Во второй главе даны методы решения поставленных задач диссертации.
Рассмотрена дислокационно-водородная модель КРПН (рис. 1). Этот рисунок
дает иллюстрацию качественного определения срока службы КС при ВО.
Локальное накопление водорода в металле CH приводит к локальному снижению
2
предела длительной прочности
σ пр .
Наработка, при которой происходит
достижение пределом прочности величины рабочего напряжения и составляет
предельный срок службы τ сс .
6
Рис. 1 - Диаграмма дислокационно–водородной модели КРПН
σпри - приложенное рабочее напряжение, τ - экспозиция, σпр - предел прочности, τ сс - срок
службы до отказа, CH0 - начальная концентрация водорода, CHlim - предельная концентрация
2
2
водорода в конструкционных сплавах перед зарождением трещины
Во втором контуре ПГ АЭС с ВВЭР-1000 коррозия КС идет с водородной
деполяризацией, выделяющийся водород адсорбируется на поверхности (рис. 2,
реакции 2  3). Большая часть адсорбированного водорода объединяется в
молекулы газа водорода и покидает реакционный объем, а меньшая часть (κ) –
поглощается КС (абсорбция).
Рис. 2 - Физико-химические процессы в трещине
На аноде:
Me  Men   ne
(1)
На катоде:
H3O  H 2O  H  ; H3O  2H   OH  ; H 3O  3H   O2 (2)
nH   ne   nH адс
nH адс  κH абс  1-κ  H 2 
7
(3)
Иллюстрация состояния водорода в металле приведена на рис. 3.
Рис. 3 - Состояние водорода в металле
МеНn – гидрид металла, + - протон, Н2 – молекулярный водород, Надс – адсорбированный
водород
Концентрация водорода CH вычисляется по экспериментально-теоретической
2
формуле 4, полученной на кафедре АЭС, МЭИ. С помощью этой формулы
проведен расчет (в главе 3), целью которого является проверка разработанной
методики расчета накопления водорода в стали марки 10ГН2МФА (применительно к условиям работы «холодных» коллекторов ПГ АЭС с ВВЭР-1000) на
сходимость результатов вычислений при перестановке интервалов времени с
условно-постоянными числовыми значениями pH i (неаддитивный вариант):
CH  τi   k  τ hi  τi  exp  q  pHi  ,
0,5
2
(4)
где k, q - константы, определяемые при обработке данных целевых экспериментов; τ i - интервал времени наблюдений между двумя последовательными
измерениями, в пределах которого все значения фактор-аргументов неизменны,
τ hi   CH
  k  exp  qpH   –
2
2
i 1
i
вспомогательный параметр, имеет размерность и
физический смысл экспозиции, необходимой для накопления такого же
количества водорода  CH i 1 , как за весь предшествующий период эксплуатации,
но при
значении pHi; рНi – водородный показатель КАС в i-том интервале
наблюдений.
8
В
отличие
от
других
работ
в
настоящей
работе
используется
усовершенствованная автором методика расчета КИН для стали марки
10ГН2МФА (применительно к «холодным» коллекторам ПГ АЭС с ВВЭР-1000).
В ней рассматриваются динамика накопления водорода и рост параметров:
приложенного напряжения σ, плотности дислокаций ρ  и давления водорода pH 2 ,
при этом параметры ρ  и pH 2 ранее вообще не учитывались:
KI  
 H 2  pH 2  E 
CH2 (t )4 DE  σ

,

α
Gb
ρ



 r2   2
2

V
ст


ηη2 Ei  

 4 Dt 
(5)
где E – модуль Юнга, МПа; KI – коэффициент интенсивности напряжений,
МПа.м1/2; η2 = 0.21 – некоторый коэффициент; η – постоянная пары металл среда; D – коэффициент диффузии водорода в металлах, м2/с; Ei(-r2/4Dt) –
интегральная показательная функция; CH (t ) - концентрация водорода, мл Н2 при
2
нормальных условиях на 100 г металлов; r – радиус охрупченного ядра, м; σ –
приложенное напряжение, МПа; α  0,22 ; G – модуль сдвига, МПа; b – вектор
Бюргерса, м; ρ  – плотность дислокаций, м-2; Vст – объем стали, м3;  H –
2
коэффициент, зависящий от температуры; pH2 – давление растворенного в стали
водорода, МПа, t – экспозиция, час.
Давление pH2 здесь уже растущая величина, а не константа.
Плотность
дислокаций
ρ
-
это
характеристика
технологической
наследственности и её числовое значение растет по мере наработки до отказа.
В третьей главе описана количественная оценка накопления водорода (по
формуле 4) двумя методиками (аддитивной и неаддитивной) с исходными
данными: начальная концентрация водорода: CH0 2  0,8 мл H 2 при н.у. на 100 г
металла (сталь марки 10ГН2МФА открытой выплавки); константы: k  1/ 4,27 и
q  0,3137 получены при обработке результатов опытов с образцами из стали
марки 10ГН2МФА в состоянии имитации вальцовки взрывом; значения рНi и
9
соответствующие интервалы времени наблюдений ∆τi: рН1 = 6, ∆τ1= 300 часов;
рН2 = 8, ∆τ2= 4000 часов; рН3 = 9, ∆τ3= 6500 часов.
Ниже приведены результаты расчета накопления водорода CHi 2 , мл/100 г Ме в
стали марки 10ГН2МФА аддитивной методикой (табл. 1).
Таблица 1
Накопление водорода в стали марки 10ГН2МФА при условно-постоянных рН
Водородный
Интервал времени
Концентрация
показатель,
наблюдений,
водорода,
рНi
∆τi, час
CHi 2 , мл/100 г Ме
6
300
0,62
8
4000
1,20
9
6500
1,11
В итоге конечное накопление водорода при использовании аддитивной
методики за 10800 часов составляет 3,73 мл Н2 при н.у. на 100 г металла.
В рассматриваемой математической модели накопления водорода в стали
(формула 4) присутствует экспонента и степень при экспозиции, не равная
единице. Поэтому уравнение (4) учитывает неаддитивность процесса накопления
водорода и методика названа автором неаддитивной.
Проверка разработанной методики на сходимость результатов вычислений
при перестановке интервалов времени с условно-постоянными числовыми
значениями
pH i
показала
полное
совпадение
по
критерию
конечной
концентрации CH (табл. 2, рис. 4). Конечные величины накопления водорода во
2
всех вариантах последовательностей за 10800 часов с учетом CH0  0,8 мл H 2 при
2
н.у. на 100 г металла сходились в одну точку и равны 1,93 мл H2 при н.у. на 100 г
металла.
Сравнение результатов вычислений показало, что аддитивная методика
расчета накопления водорода в стали марки 10ГН2МФА – очень консервативный
вариант в сопоставлении с неаддитивной методикой расчета, учитывающей
нелинейность вхождения доминирующего фактор-аргумента – pH.
10
Таблица 2
Накопление водорода в стали марки 10ГН2МФА при стохастически меняющих
значениях pH
Водород-
Интервал
Вспомога-
ный
времени
тельный
показатель,
наблюдений
параметр
pH i
∆τi, час
τ hi , час
Последовательность
0-1-2-3
6
300
503
Время, за
которое
накопление
водорода
i
равно CH 2 ,
час
803
8
4000
2819
9
6500
Последовательность
0-2-3-1
8
Общее
время
наблюдений
с учетом
CH0 2 , час
Концентрация
водорода
CHi 2 ,
мл/100 г
300
1,01
6819
4300
1,57
12770
19270
10800
1,93
4000
1765
5765
4000
1,45
9
6500
10800
17300
10500
1,83
6
300
2634
2934
10800
1,93
Последовательность
0-3-1-2
9
6500
3306
9806
6500
1,38
6
300
1494
1794
6800
1,51
8
4000
6290
10290
10800
1,93
Последовательность
0-2-1-3
8
4000
1765
5765
4000
1,45
6
300
1645
1945
4300
1,57
9
6500
12770
19270
10800
1,93
Последовательность
0-1-3-2
6
300
503
803
300
1,01
9
6500
5280
11780
6800
1,51
8
4000
6290
10290
10800
1,93
Последовательность
интервалов
времени
Рис. 4 - Накопление водорода в стали марки 10ГН2МФА при стохастически
меняющих значениях pH (проверка методики)
11
Результаты вычислений показали, что если в аддитивной методике результат
не зависит от переменных слагаемых, то в неаддитивной методике итоговый
результат не зависит от перемены мест интервалов времени наблюдений с
условно-постоянными числовыми значениями рН!
В главе также разработана методика обработки результатов ускоренных
испытаний по наводороживанию стали марки 10ГН2МФА, полученных в
лаборатории НИУ «МЭИ». Накопление водорода в металле после НТО
описывается по формуле:
CH(i) = k((hi)НТО + i)0.5 exp(–qpHi),
(6)
где k = k/KНТО0.5; (hi)НТО = [(CH(i–1) – CHп)/(kexp(–qpHi))]2 – вспомогательный
параметр; k и q – константы в формуле 4; CHп – величина, на которую
уменьшилась концентрация водорода в металле из-за НТО. Коэффициент KНТО
учитывает снижение скорости генерации и накопления электролитического
водорода вследствие уменьшения скорости коррозии под напряжением и его
можно определить только экспериментальным путем с полным соблюдений
критериев идентичности условий эксперимента и параметров эксплуатации.
Результаты испытаний, имитирующие НТО «холодных» коллекторов ПГВ1000, сведены в табл. 3. Проводился НТО-1 через 60, НТО-2 через 120 и НТО-3
через 180 часов после испытаний.
Таблица 3
Наработка до отказа и эффективность НТО
Проведение НТО
Наработка
до отказа
τотк, час
КНТО
Без НТО перед испытаниями
270
-
НТО перед испытаниями
720
2,7
НТО-1
480
1,8
НТО-1 + НТО-2
900
НТО-1 + НТО-2 + НТО-3
1464
12
К(НТО-1+НТО-2)
КНТО-2
3,3
1,9
К(НТО-1+НТО-2+НТО-3)
КНТО-3
5,4
1,6
Из табл. 3 видно, что краткость приращения ресурса лежит в пределах от 1,7
до 5,4 и зависит от наработки до НТО и числа НТО.
Анализ образцов стали на содержание водорода проводился в соответствии с
ГОСТ 17745-90 «Стали и сплавы. Методы определения газов» на установке RH402 фирмы «Леко» (США). В табл. 4 представлены результаты измерения
концентрации водорода в образцах стали 10ГН2МФА.
Таблица 4
Содержание водорода в образцах
№
Общая продолжительность
наводороживания, час
Продолжительность наводороживания
перед каждым
НТО, час
Образец
1
Образец
2
Образец
3
1
0
0
14,78
12,21
11,05
2
0
0
12,77
11,65
11,31
13,78
11,93
11,18
среднее
Содержание водорода,
мл Н2/100г Ме
3
0
0
8,62
8,34
6,66
4
0
0
7,39
6,03
5,84
8,01
7,19
6,25
среднее
Примечание
Без НТО перед
наводороживанием
Без НТО перед
наводороживанием
НТО перед
наводороживанием
НТО перед
наводороживанием
- Без НТО перед
наводороживанием
- Трещина
5
270
0
25,42
24,64
-
6
480
60
22,85
14,56
14,00
Трещина, 1 НТО
7
520
60, 60
14,56
11,31
10,77
Нет трещины,
2 НТО
8
512
60, 60
14,45
12,66
10,86
Нет трещины,
2 НТО
9
512
60, 60, 60
10,08
9,63
9,30
Нет трещины,
3 НТО
10
520
60, 60, 60
10,24
9,57
9,21
Нет трещины,
3 НТО
6,16
- НТО перед
наводороживанием
- Нет трещины,
2 НТО
11
920
0, 120, 60
9,60
13
9,37
В табл. 5 внесены результаты вычислений накопления водорода в стали марки
10ГН2МФА после реализации НТО.
Таблица 5
Результаты вычислений накопления водорода
в стали марки 10ГН2МФА после НТО
Общая продолжительность
наводороживания, час
Продолжительность
наводороживания перед каждым
НТО, час
расчет.
образец 1
измер.
Содержание
водорода,
мл Н2/100г Ме
480
520
512
60
60, 60
60, 60
60, 60, 60, 60,
60
60
0, 60,
60
22,96
16,25
16,13
10,86
10,98
12,42
22,85
14,56
14,45
10,08
10,24
9,60
расчет.
22,94
16,74
16,62
11,64
11,75
12,82
измер.
14,56
11,31
12,66
9,63
9,57
9,37
расчет.
19,03
13,41
13,30
8,95
9,04
10,35
измер.
14,00
10,77
10,86
9,30
9,21
6,16
образец 1
0,51
11,63
11,63
7,78
7,25
29,43
образец 2
57,58
48,00
31,30
20,87
22,85
36,75
образец 3
35,95
24,42
22,40
-3,77
-1,77
70
образец 2
образец 3
Расхождение,
%
512
520
920
Сопоставление результатов расчетов и измерений концентрации водорода CН
показало, что среднее квадратичное отклонение всех результатов по образцу 1
составляет 8,9 %, по образцу 2 составляет 13,1 %, что лежит в пределах
погрешности ±20 % - погрешность методики счета. Среднее квадратичное
отклонение всех результатов по образцу 3 составляет 24,8 %. Превышение на 4,8
% погрешности ±20 % для многофакторных процессов вполне допустимо.
В четвертой главе приводятся результаты вычислений КИН применительно к
КС «холодных» коллекторов ПГ АЭС с ВВЭР-1000 (сталь марки 10ГН2МФА) по
усовершенствованной формуле 5.
Значение КИН КI увеличивается с ростом концентрации водорода в стали
марки 10ГН2МФА (рис. 5).
14
Коэффициент интенсивности напряжений,
КI, МПа∙м1/2
Концентрация водорода СН2, мл Н2 при н.у./100г Ме
Рис. 5 - Диаграмма зависимости коэффициента интенсивности напряжений от
концентрации водорода при рН = 4 (кривая 1), 6(кривая 2) и 8 (кривая 3)
Проводится расчет порогового КИН
КISCC, при котором начинается
коррозионное повреждение. Для наклепанной взрывом стали марки 10ГН2МФА
открытой выплавки критерий предельного состояния о частном процессе
повреждения по водородному охрупчиванию равен 3,84 мл Н 2 при н.у. на 100 г.
металла при расчетным внешнем напряжении в соответствии с «Правила и нормы
в атомной энергетике».
Результаты расчета КISCC сведены в табл. 6.
Таблица 6
Результаты расчета порогового КИН
Водородный
Время до начала коррозионного
Пороговый КИН КISCC,
показатель рН
повреждения τсс, час
МПа.м1/2
3
1766
108,61
4
3307
107,93
5
6193
107,26
6
11600
106,61
7
21720
105,96
8
40680
105,33
9
76170
104,71
15
На рис. 6 показана диаграмма зависимости КISCC от времени до начала
коррозионного повреждения, на рис. 7 – от значения рН.
Рис. 6 - Диаграмма зависимости КISCC от
времени до начала коррозионного повреждения
Рис. 7 - Диаграмма зависимости КISCC от значения рН
16
В этой работе рассмотрено изменение КИН для стали марки 10ГН2МФА от
приложенного растягивающего напряжения (рис. 8) и в отличие от других работ,
от дополнительных параметров: плотности дислокаций (рис. 9а) и давления
Пороговый КИН КISCC, МПа∙м1/2
растворенного в стали водорода (рис. 9б).
Приложенное напряжение σ, МПа
Рис. 8 - Диаграмма зависимости КISCC от приложенного напряжения
б
а
Рис. 9 - Диаграмма зависимости КISCC от плотности дислокаций (а) и давления
растворенного в стали водорода (б)
В главе рассмотрена задача посопоставлению результатов расчета КИН в
случаях без учета и с учетом влияния КАС.
17
Имеется дефект с заданным начальным размером 1 мм в перемычке между
отверстиями в коллекторах ПГ АЭС с ВВЭР-1000. За время 6960 часов дефект
вырос и имеет уже критический размер, равный 6 мм (расстояние между
отверстиями). Результаты показывают, что в случае учета влияния КАС
критический КИН составляет 45,16 МПа.м1/2, - по крайней мере в 3,83 раза больше
случая без учета влияния КАС – 11,79 МПа.м1/2.
Основные выводы по работе:
1. Впервые исследована неаддитивная система уравнений для расчета
накопления водорода применительно к условиям эксплуатации «холодных»
коллекторов ПГ АЭС с ВВЭР-1000 (сталь марки 10ГН2МФА), учитывающая
стохастичное изменение фактор-аргумента рН, начальное содержание водорода
CH2 и нелинейное вхождение экспозиции (степень 0,5) и рН (экспонента) в
математическую модель оценки состояния и управления наработкой до отказа
наклепанной взрывом стали марки 10ГН2МФА по критерию водородной
хрупкости.
2. Проведенные впервые вычисления показали (валидация), что результаты
вычислений не зависят в неаддитивном случае от перестановки интервалов
времени наблюдений с условно-постоянными числовыми значениями рНi (по
критерию
сходимости
конечной
концентрации
CH2 ),
что
подтверждает
правомочность применения неаддитивной системы уравнений для расчета
наводороживания стали марки 10ГН2МФА (КС коллекторов ПГ АЭС).
3. Разработаны методики и с их помощью обработаны результаты
ускоренных испытаний со ступенчатым изменением наводороживания образцов
из стали марки 10ГН2МФА при использовании низкотемпературного отжига
(НТО) (первого и повторных) «холодных» коллекторов для оценки кратности
приращения ресурса ПГ АЭС с ВВЭР-1000 с взрывной технологией запрессовки
теплообменных труб (ТОТ) в коллектор. Впервые экспериментально показано,
что кратность приращения ресурса коллектора ПГ зависит от наработки до НТО и
18
числа НТО, и может достигать: 1,8 - при одном НТО, 3,3 - при 2-х НТО и 5,4– при
3-х НТО за счет удаления части водорода и снижения плотности дислокаций.
4. Исследовано влияние КАС (концентрация водорода CH ) и других
2
факторов (плотность дислокаций ρ  , приложенное растягивающее напряжение σ
и давление растворенного в стали водорода pH ) и впервые усовершенствована
2
формула расчета КИН для стали марки 10ГН2МФА (применительно к
«холодным» коллекторам ПГ АЭС с ВВЭР-1000), учитывающая динамику
накопления водорода и рост параметров ρ  , σ, pH в процессе эксплуатации,
2
согласно которой можно оценить вклады разных процессов повреждения,
одновременно и негативно воздействующих на КС ПГ АЭС.
5. Впервые установлено, что чем меньше скорость накопления водорода и
роста
других
контролируемых
параметров,
формирующих
напряженно-
деформированное состояние для стали марки 10ГН2МФА, тем медленнее растет
КИН и тем продолжительнее наработка до достижения дефектом критических
размеров и тем больше долговечность КС оборудования АЭС.
6. Предложенные методики автор рекомендует использовать на практике
при исследовании процессов наводороживания и растрескивания КС.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Горбатых В.П., Нгуен Тхи Нгует Ха, Иванов С.О. Трещиностойкость
конструкционных материалов оборудования АЭС в контакте с
коррозионной средой // Надежность и безопасность энергетики. 2015. № 4(31). - С. 50-52.
2. Горбатых В.П., Нгуен Тхи Нгует Ха, Иванов С.О. Оценка кратности
приращения
ресурса
наводороживания
стали
методов
марки
10ГН2МФА
низкотемпературной
в
условиях
обработки
Энергосбережение и Водоподготовка. 2016. - № 1(99). - С. 41-44.
19
//
3. Нгуен Тхи Нгует Ха, Горбатых В.П. Расчет коэффициента интенсивности
напряжений в материалах с учетом влияния коррозионной среды //
Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. XX МНТК
студентов и аспирантов. - М.: МЭИ, 2014. - Т. 4. - С. 19.
4. Горбатых В.П., Иванов С.О., Нгуен Тхи Нгует Ха, Яськив В.М.
Коррозионное
образование
как
средство
повышения
надежности
металлоемкого оборудования АЭС // Сборник трудов МНТК «Полувековое
обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР в России и за рубежом».
Нововоронежкая АЭС, 2014. - С. 431-439.
5. Нгуен Тхи Нгует Ха. Трещиностойкость материалов оборудования атомных
электростанций // Сборник трудов МК «Инновационные подходы к
решению технико-экономических проблем». – М.: МИЭТ, 2014. - С. 202205.
6. Нгуен Тхи Нгует Ха, Горбатых В.П. Накопление водорода и его влияние на
свойства
металлов
оборудования
АЭС
//
Радиоэлектроника,
электротехника и энергетика. Тез. докл. XXI МНТК студентов и
аспирантов. - М.: МЭИ, 2015. - Т. 3. - С. 303.
7. Горбатых В.П., Нгуен Тхи Нгует Ха, Иванов С.О. Расчет коэффициента
интенсивности напряжений в стали марки 10ГН2МФА с учетом влияния
коррозионной среды // Новое в Российской Электроэнергетике. 2015. - № 4.
- С. 30-39.
8. Горбатых В.П., Нгуен Тхи Нгует Ха, Иванов С.О. Накопление водорода в
стали марки 10ГН2МФА с учетом влияния коррозионной среды // Новое в
Российской Электроэнергетике. 2015. - № 6. - С. 22-29.
9. Нгуен Тхи Нгует Ха, Горбатых В.П. Наводороживание стали марки
10ГН2МФА
при
низкотемпературном
отжиге//
Радиоэлектроника,
электротехника и энергетика. Тез. докл. XXII МНТК студентов и
аспирантов. - М.: МЭИ, 2016. - Т. 3. - С. 25.
20
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа