Тема: „Обосноваване на концепцията „Теч преди скъсване – LBB (Leak Before Break)“ за блокове 5 и 6 на АЕЦ „Козлодуй””
Клиент:  „АЕЦ – Козлодуй“
Договор:  № 132000103/27.12.13
Изпълнение:  01.2014÷04.2016

Концепцията „теч преди скъсване” (ТПС) е принцип, съгласно който:

  • на етапа на проектирането и изборът на материали, или
  • в периода на експлоатация (т.е. постфактум), въз основа на анализи на информация за вече реализирания проект, чрез използване на атестирани програми и верифицирани методи на механиката на разрушението, а също така и чрез изпълнение на експериментални програми с цел демонстрация на поведение според сценария на ТПС с достатъчни коефициенти на запас при нормални и аварийни условия на натоварване, се гарантира/демонстрира невъзможността за пълно разрушаване на компонента с проходна пукнатина без предварително образуване на стабилен теч, който може своевременно да бъде открит с помощта на наличните средства за контрол до момента, когато пукнатината достигне критична стойност според условията на нестабилност.

За оборудването и високоенергийните тръбопроводи на АЕЦ, изработени от (еласто-)пластични материали и притежаващи високо съпротивление към нестабилно нарастване на пукнатини, вероятността от хипотетично гилотинно скъсване е твърде малка дори при аварийни натоварвания. Мигновеното катастрофално скъсване винаги е предхождано от устойчиво докритично нарастване на пукнатината. Това обстоятелство позволява или пукнатината да бъде открита далеч преди тя да се превърне в проходна, или да се открие течът с помощта на системата за контрол на течове (СКТ) преди проходната пукнатина (с дължина ≥2cLD), през която изтича топлоносителят, да достигне критичната дължина 2cc. В резултат става възможно своевременно откриване на дефектното сечение, безопасно спиране на реактора, извършване на ремонт или замяна на компонента с дефектно сечение, и по този начин изключване на внезапно скъсване на тръбопровода. Това е същността на концепцията (подхода) „теч преди скъсване“ (ТПС).

Целта на прилагането на/квалифицирането съгласно концепцията ТПС е повишаване на експлоатационната безопасност на АЕЦ. Предмет на анализ са високо енергийни тръбопроводи с диаметър над 150 мм (DN ³150 mm) от първи контур и прилежащите им неотсекаеми части, а също така и тръбопроводите за основна питателна вода (частта намираща се в ХО), влизащи в състава на втори контур.

Приложената Методика за изследване на тръбопроводите по концепция ТПС е разработена на базата на общата методология за анализ на безопасността по тази концепция (Standard Review Plan. Section 3.6.3. Rev. 1 “Leak-Before-Break Evaluation Procedures,” U.S. Nuclear Regulatory Commission Report, NUREG-0800 (Formerly NUREG-75/087), March 2007.) и съответните нормативни документи на атомния отрасъл на Русия, в това число РД ЭО 1.1.2.05.0939-2013 Руководство по применению концепции безопасности «течь перед разрушением» к трубопроводам действующих АЭУ. – Москва: ОАО «Концерн Росэнергоатом», 2013.

Независимо от достатъчната устойчивост на различните съотносими механизми на деградация (напр. корозия, корозионно-ерозионно износване, деформационни изменения вследствие на пълзене, термично стареене и умора) по време на срока на експлоатация, в качеството на доминиращ механизъм за възможна повреда на тръбопроводите от първи и втори контур, при удължаване срока на експлоатация на енергоблоковете в АЕЦ с ВВЭР-1000, трябва да се разглежда умората на материала. Отделно от това, специално за линиите на тръбопровода за питателна вода TX41-TX44, произведени от въглеродна стомана Ст20 без защитно плакиране и съответно, подложени на корозионно износване, допълнително при анализите е отчетено и (установеното по метода на ултразвуковата дебелометрия) значително изтъняване на стените на колената (на места около и малко над 4 мм), което значително превишава нормативната стойност на поправката за корозия с2, която е 1,2 мм за 30 години експлоатация.

Като критични зони за анализираните тръбопроводи са разгледани заваръчните шевове и най-натоварените колена. В качеството на начален дефект, се избира постулиран полуелиптичен повърхностен дефект с размери не по-големи от 2c0=1,0 t и а0=0,2 t÷0,25 t (където t – дебелина на стените на тръбопровода), като a0/c0=0,33÷0,4. На базата на извършения анализ на нарастването на така постулираните начални дефекти (a0, c0) в критичните зони, с отчитане удължаването срока на експлоатация до 60 години, може да се направи извода, че цикличното подрастване на дефектите вследствие умора на материалите, в края на срока (от 60 г.) е пренебрежимо малко; неговата максимална прогнозна стойност по дълбочина a е малко под 1 мм и се получава за тръбопровод 5YA20.

За всички разглеждани тръбопроводи е в сила изискването за стабилност на дефектите под въздействие на МРН. За всички тях се изпълнява критерият за незначителност на подрастването, необходим при последващ анализ по концепцията ТПР, а именно: af < 0,5t, 2сf < 0,5·2cc, където af  и 2сf  – дълбочина и дължина на подрасналия (след 60 г. срок на експлоатация) начален дефект,  2cc – критична дължина на дефекта.

Сравнението между определените по изчислителен път размери на откриваемите проходни пукнатини, през които е възможен теч със съответния разход, от една страна, и от друга, на възможностите за прогнозиране и откриване на течове с наличната в блокове 5 и 6 на „АЕЦ Козлодуй“ СКТ FLÜS (работеща на принципа на контрол на влажността, с много висока чувствителност от 1 л/час (0,017 л/мин); производство на Siemens) показва, че най-ниската минимална необходима стойност за чувствителността е получена за система TQ40 в блок 6 – 0,30 л/мин (>>0.017 л/мин). От това следва, че при евентуалното разширяване на вече използваната СКТ FLÜS за всички разглеждани тръбопроводи, концепцията ТПС ще може да бъде обоснована в пълен обем.

Горното продиктува необходимостта в рамките на концептуалния (идеен) проект да се направят редица конкретни предложения за усъвършенстване и надграждане на съществуващата СКТ FLÜS. Едно от тях е посредством монтаж на датчици за измерване на обемната активност на въздуха в измервателните линии, системата FLÜS да бъде надградена до аналог на СКТ AKFLÜS. В проекта се предлага, вместо замерване на активността в „непосредствена“ близост около следения компонент (както е в оригиналния AKFLÜS), да се провежда „отдалечено“ замерване (замерване в отдалечена точка от мястото на възникване на теча) чрез отвеждани с помощта на ресурсите на щатната СКТ FLÜS (вече инсталирана на блокове 5 и 6) „порции“ среда от следените тръбопроводи. Както в AKFLÜS и в линиите на надградения FLÜS ще продължи както досега да се замерва влажност. Освен това абаче, посредством допълнително свързан към стандартната СКТ FLÜS уред – напр. система УДГ-1Б, ще се следи още и нивото на обемната активност и по неговата стойност количествено ще се оценява разхода на флуид през възникналия теч.

В рамките на концептуалния проект са предложени две нови, допълнителни СКТ, работещи на различен физически принцип.

Като пример на СКТ отчитаща топлоотделянето в помещенията и на повърхността на тръбопроводите с помощта на топловизьори е подробно разгледана система за видеонаблюдение базирана на използването на инфрачервени (IR) стационарни камери. Това предлагано решение се основава на ефекта на повишаване на температурата на повърхността на топлинната изолация (ТИ) на тръбопроводите при възникване на теч от проходна пукнатина. С цел значително увеличаване времето на престой на камерите в ХО се предвижда разработването на защитен кожух от олово и оловно стъкло за предпазване от йонизиращото лъчение (редукция с до 70% интензитета на лъчението в точката на монтаж) на оптиката на камерата.

Предложен е и концептуален проект за на СКТ използваща като детектиращо средство мрежа оптични влакна. Посредством линии от високочувствително оптично влакно може да се реализира непрекъснат температурен мониторинг на тръбопроводите, като ако те (влакната) са разположени непосредствено на повърхността на тръбопровода течът може да бъде открит чрез наблюдение на местно понижаване на температурата в съответствие с ефекта на Джаул-Томпсън, а ако са на повърхността на ТИ, чрез очакваната поява на петна с локално повишаване на температурата.

Естествено продължение на дейностите по тази задача се явява едно бъдещо изготвяне на подробен Технически проект за допълване и подобрение (модернизация) на наличните системи, компоненти и оборудване от тип СКТ, както и последващо доставяне и инсталиране на нови такива, с които в пълна мяра да се изпълнят изискванията на концепцията „теч преди скъсване“ и тя да се счита за реализирана на блокове 5 и 6 в АЕЦ „Козлодуй“.

Приведените резултати и заключения могат да се ползват като допълнителни аргументи в процеса на обосновка удължаването срока на експлоатация на блокове 5 и 6 до 60 години.