Главная > Разное > Концепция безопасности «течь перед разрушением» для сосудов и трубопроводов давления АЭС
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

1.13. Требования к дефектоскопическому контролю

Из разд. 1.12 следует, что надежность конструкции обусловлена имеющимися дефектами сплошности. Всю совокупность дефектов сплошности конструкции определим как остаточную дефектность (остаточную после изготовления и контроля). Очевидно, остаточная дефектность тем меньше, чем выше качество не - разрушаюшего дефектоскопического контроля (НК).

Качество НК определяется его достоверностью или, в более узком смысле, выявляемостью дефектов, которую можно измерить вероятностью W(а) обнаружения дефектов размером а.

В работах [62, 63, 65] для описания вероятности обнаружения дефекта использовали уравнение

где — постоянная, характеризующая принципиальные ограниченные возможности данного метода контроля; — постоянная, характеризующая выявляемость дефектов в зависимости от их размеров; — постоянная, связанная с чувствительностью метода контроля.

С учетом конечных размеров стенок сосудов и трубопроводов давления, соизмеримых с размерами дефектов, постоянную s можно опустить, при этом влияние «человеческого фактора» или приборно-методических недостатков будет учтено коэффициентом а. В этом случае уравнение (75) трансформируется в уравнение

Для учета влияния на выявляемость двух линейных размеров дефекта: глубины в направлении поверхности а и протяженности с в работе [66] использовали уравнение

Уравнение (77) справедливо в области .

Постоянные s, а и назовем постоянными выявляемости дефектов при контроле. Каждая из них характеризует соответственно предельную выявляемость контроля e, выявляемость в зависимости от размера дефекта а (в дальнейшем коэффициент выявляемости) и чувствительность метода контроля

Известно, что, как правило, после изготовления в материале конструкции имеются дефекты, и что всегда существует конечная вероятность (во многих случаях большая) пропустить при контроле дефект. В связи с этим можно утверждать, что после изготовления, контроля и ремонта обнаруженных дефектов в конструкции могут остаться невыявленные дефекты.

Совокупность оставшихся невыявленных дефектов в материале конструкции после изготовления, контроля и ремонта выявленных дефектов можно определить термином остаточная дефектность. Дефектность перед контролем можно определить как исходную дефектность.

Ясно, что при определении прочности и остаточного ресурса конструкции остаточная дефектность представляет важнейшую характеристику материала данной конструкции. Любой прогноз прочности, надежности и ресурса конструкции без учета остаточной дефектности неточен.

Если известны функции исходной дефектности и распределения выявленных в результате контроля дефектов остаточную дефектность можно определить как

Число обнаруженных дефектов зависит от исходной дефектности и достоверности контроля, которую можно характеризовать функцией вероятности обнаружения дефектов W(а, с).

Подставив в уравнение (78) последнее выражение, получим

или

Уравнение (81) справедливо для области, где W> 0. Эта область определяется минимальными значениями несплошностей которые можно обнаружить данным методом контроля. В области

В частном случае можно принять для и для W соответствующие выражения, тогда

При повторном контроле тем же методом число выявленных дефектов будет равно

или

(86)

Для k-го контроля формулу (87) можно записать

или

На рис. 33 показана расчетная кривая 2, полученная с использованием уравнения (88), кривая 1 — результат эксперимента, проведенного на тест-образце Ду 800 из стали 22K (см. [67]).

Рис. 33. Остаточная дефектность после к контролей ( — количество необнаруженных дефектов по результатам контролей; — общее количество дефектов в тест-образце Ду 800): 1 — экспериментальная кривая; 2 — расчетная кривая при ; 3 — расчетная кривая при

На рис. 33 видно удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальной кривых. Расхождение в ходе кривых для номеров контролей k > 6 имеет принципиальный характер. Теоретическая кривая 2 с увеличением числа контролей стремится к 0, в то время как экспериментальная кривая стремится к 0,05. Значение обусловлено ограниченными возможностями метода контроля. Если при описании выявляемости дефектов использовать уравнение (75), положив в нем , то наблюдается лучшее совпадение расчетной кривой 3 и экспериментальной 1 в области числа контролей k > 5 (см. рис. 33). Кривую 3 строили с использованием модифицированного уравнения (75):

Уравнение (90) справедливо в области

Рис. 34. Построение кривой N по результатам дефектоскопического контроля

Уравнение (79) можно записать в виде

Уравнение (92) позволяет прогнозировать результаты дефектоскопического контроля, если известна функция выявляемости дефектов W(а) и исходной дефектности

Уравнения могут быть оценены, как показано выше, на основе анализа дефектности на заводе-изготовителе во взаимосвязи с конкретной технологией изготовления или прямыми экспериментальными исследованиями выявляемости дефектов на тест-образцах.

Однако в большинстве практических случаях уравнения неизвестны. Уравнение (92) позволяет решать обратную задачу: по известной левой части уравнения (92) определять правую, т. е. определять исходную дефектность и выявляемость дефектов W.

Действительно, результаты дефектоскопического контроля позволяют вычислить функцию . Эта функция может быть определена как огибающая гистограммы результатов контроля (рис. 34). Задача определения функций W и сводится к определению неизвестных постоянных А, n и а. Постоянную легко найти по результатам контроля.

Коэффициенты А, n и а можно определить из условия максимального приближения расчетной кривой к экспериментальной.

В табл. 8 приведены постоянные А, n и а, полученные на основании анализа результатов дефектоскопического контроля на АЭС в период входного контроля и пуско-наладочных работ.

Таблица 8. Характеристики исходной дефектности оборудования и выявляемостн дефектов использованными методами контроля

Рис. 35. Число оставшихся трещин в наплавке сосуда давления: 1 — перед контролем; 2 — после 1-го контроля; 3 — после 2-го контроля

Наплавку корпуса реактора контролировали методом цветной дефектоскопии, трубопроводы — УЗК.

На рис. 35 показаны результаты анализа исходной и остаточной дефектности в наплавке корпуса реактора. Кривая 1 характеризует исходную дефектность наплавки после заводского контроля и перед началом контроля на АЭС, кривые 2 и 3 — остаточную дефектность после двух контролей на АЭС.

Обобщая уравнение (92) на случай k-го контроля, можно получить уравнение [63, 67]:

Определив постоянные по результатам первого контроля, как описано выше, можно предсказать результаты последующих контролей.

Сравнение результатов повторных контролей наплавки корпуса реактора в период пуско-наладочных работ методом цветной дефектоскопии с результатами прогноза по формуле (93) показано на рис. 36. Функция для наплавки одного из корпусов ВВЭР-1000 построена по результатам входного контроля (см. рис. 36,а). Из условия максимального приближения функции (92) к экспериментальным данным определяли значения постоянных

На рис. 36,а нанесены расчетная по уравнению (93) кривая при к = 1 и экспериментальная гистограмма, полученная при 1-м контроле наплавки корпуса. Соответствующие построения проведены также для 2-, 3- и 4-го (см. рис. 36,б— г) контролей. При расчетах учитывали, что обнаруженные дефекты ремонтировали и что площадь контроля от контроля к контролю изменялась.

Представляет интерес сравнить расчетное количество обнаруженных трещин с экспериментальными . Для 2-го контроля эти значения равны соответственное 13,5 и 12; для 3-го контроля — 33 и 34; для 4-го контроля — 6,18 и 5.

Таким образом, предложенная методика расчета дает удовлетворительное совпадение расчетных кривых с экспериментальными гистограммами. По существу, процедура предсказания результатов последующих контролей содержится в алгоритме оценки остаточной дефектности (см. рис. 33), которая также хорошо подтверждается экспериментами на тест-образцах.

Как известно (например [67 и др.], в общем случае с увеличением размеров дефектов, их число в конструкции уменьшается. Очевидно, существуют области размеров, где число дефектов достоверно равно 1, больше 1 или значительно больше 1. Очевидно также, что есть области размеров, где дефект может быть, или может не быть. Область размеров, где число дефектов (или несплошностей) в конструкции достоверно равно или больше 1, можно назвать достоверной частью остаточной дефектности. Область размеров, где дефект (или несплошность) может быть или не быть, можно назвать вероятностной частью остаточной дефектности. Границу между этими областями размеров составляют дефекты (несплошности) с размерами .

С точки зрения прочности, надежности и остаточного ресурса особый интерес представляет вероятностная часть остаточной дефектности, т. е. несплошности с размерами .

(см. скан)

Рис. 36. Экспериментальные гистограммы и расчетные кривые выявляемости дефектов: а — 1-й контроль; б — 2-й контроль; в — 3-й контроль; г — 4-й контроль

Ниже рассмотрены одна из методик определения количественных характеристик вероятностной части остаточной дефектности и примеры их определения для некоторых элементов конструкций реакторов АЭС. Введем функцию интегральной плотности распределения вероятностей существования несплошностей с размерами (а, с)

где — функция исходной дефектности, если контроль не проводился, или функция остаточной дефектности, если контроль уже проведен; — предельно возможные размеры дефектов в конструкции; а — размер дефекта в направлении толщины стенки сосуда давления, где S — толщина стенки. Для с в качестве максимального значения стах может быть принято такое, при котором вероятность существования дефекта с равна 0. Для окружного дефекта стах может быть равным длине периметра трубы или цилиндрической части сосуда давления.

Знаменатель в выражении (94) имеет смысл нормировочного коэффициента. Естественно предположить, что интеграл в знаменателе равен 1, а граничные значения следует искать из условия:

Результаты вычисления функции для наплавки корпуса реактора и для главных циркуляционных трубопроводов Ду 850 реактора ВВЭР-1000 по данным входного контроля в период пуско-наладки можно видеть на рис. 37,a и б соответственно. Функция для сварных швов основного металла корпуса реактора типа ВВЭР-440 (рис. 38) была определена с использованием результатов входного и эксплуатационного контролей корпусов реакторов НВАЭС, а также данных о дефектности корпусов Кольской АЭС [67].

Рис. 37. Функции вероятности существования дефектов в наплавке корпуса (а, б) и дефектов в ГЦТ Ду 850 реактора ВВЭР-1000 (в, г): 1 — исходное состояние; 2 — после входного контроля; 3 — после 1, 2, 3-го для (а, б) и 1-го для (в, г) контроля

Анализировали максимальный размер дефекта без различия направления.

При вычислении функций для использовали уравнения или соответственно.

Рис. 3.8. Вероятность нахождения в сварных швах и основном металле КР типа ВВЭР-440 дефектов глубиной

Ход зависимостей на рис. 37 и 38 в полулогарифмическом масштабе можно аппроксимировать прямыми. Это означает, что уравнения для P(a) и P(c) могут быть представлены в виде

Постоянные характеризуют скорость уменьшения вероятности существования несплошностей с ростом их размеров; назовем эти постоянные вероятностным коэффициентом остаточной дефектности. Величины характеризуют пороговые значения размеров несплошностей, выше которых несплошности существуют достоверно, и их можно назвать пороговыми значениями достоверно существующих несплошностей (дефектов).

Количественные оценки вероятностной части остаточной дефектности (см. рис. 37 и 38), были сделаны в 1982—1983 гг. Все значения приведенные на этих рисунках, лежат в области недопустимых размеров несплошностей, если проводить оценку по ПК1514 [68] разработанных для оценки качества на стадии изготовления и действующих для стадии эксплуатации.

В последующем в ходе эксплуатационного контроля указанных выше элементов конструкций были выявлены несплошности, классифицируемые по ПК1514 как дефекты и лежащие в области . Так, в 1991 г. на II блоке Кольской АЭС в ходе эксплуатационного контроля корпуса реактора была применена автоматизированная установка УЗК «Реактортест» чехословацкого производства. Выявленные 12 дефектов, недопустимые по ПК1514, лежали в достоверной части остаточной дефектности корпуса типа ВВЭР-440. В этом можно убедиться, сравнив геометрические характеристики обнаруженных дефектов [63] со значениями , приведенными на рис. 38. Выявленные дефекты имели технологическую природу и были пропущены в эксплуатацию из-за недостаточной достоверности заводского и входного контролей. Как было показано в [63], эти дефекты оказались неопасными и были оставлены в эксплуатации без ремонта по результатам анализа прочности и остаточного ресурса с использованием методов механики разрушения.

Случаи, подобные описанному выше для корпуса реактора, имели место также и для главных трубопроводов ВВЭР-1000. Они свидетельствуют о правильности описанных выше методик количественного анализа остаточной дефектности и достоверности неразрушающего контроля.

Количественные характеристики вероятностной части остаточной дефектности наплавки и основного металла корпусов реакторов, а также главных трубопроводов реакторов типа ВВЭР-1000 и ВВЭР-440 приведены в табл. 9.

В заключение следует отметить, что приведенные примеры оценки и и сравнения их с допустимыми и критическими размерами несплошностей показывают, что именно вероятностная часть остаточной дефектности определяет прочность, ресурс и надежность всех рассмотренных выше элементов конструкций и оставшееся время их эксплуатации.

Вероятностная часть остаточной дефектности определяет также вероятность возникновения течи (если возможно существование стабильных сквозных трещин) и внезапного полного разрыва трубопровода или сосуда давления без течи.

С учетом того, что надежность трубопровода или сосуда давления по критерию сопротивления разрыву Яразр определяется исходной дефектностью конструкции (постоянные исходной дефектности А и n), качеством дефектоскопического контроля (коэффициентами выявляемости дефектов, прежде всего коэффициентом а) и вероятностной частью остаточной дефектности (коэффициенты ), которая зависит также и от количества контролей , в общем виде можно записать:

Таблица 9. Характеристики исходной и отстаточной дефектности оборудования достоверности методов контроля

Из приведенного уравнения, положив в нем можно определить требуемый уровень выявляемости дефектов (коэффициент а) и количество контролей к, необходимых для полной реализации концепции ТПР как концепции предупреждения разрывов во время эксплуатации сосудов и трубопроводов давления.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление