The results of seismic studies NPP B-213 Rivne NPP with ... · Результаты расчётов программным кодом ansys-12.01 приведены на рисунке

Метрологія-2012 Харків

568

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСCЛЕДОВАНИЙ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ ЯЭУ ТИПА В-213 ОП «РИВНЕНСКАЯ АЭС»

ГП НАЭК «ЭНЕРГОАТОМ»

Н.И. Кравченко, Н.Д. Сизова, В.В. Скляров, В.М. Балабан, Н.В. Гурьев, А.М. Забельский, Р.С. Проскурня, А.В. Пятикоп

ННЦ «Институт метрологии» 61002, Харьков, ул. Мироносицкая, 42, тел. (057) 704-98-43, факс (057) 700-34-47 e-mail: [email protected]

The results of seismic studies NPP B-213 "Rivne NPP" with metrological support qualification

testing equipment category A of systems important to safety of nuclear power plants. Согласно «Енергетичній стратегії України на період до 2030 року»,

утверждённой распоряжением Кабинета Министров Украины от 15.03.2006 №145-р., стратегией развития ядерной энергетики есть:

- гарантирование энергетической безопасности и повышение уровня энергетической независимости государства;

- поддержка энергетического баланса страны в период до 2030 га на основе производства электроэнергии на АЭС на уровне 50% путём продления срока эксплуатации 13 из 15 действующих энергоблоков АЭС над проектным сроком на 20 лет;

- строительство двух новых энергоблоков на Хмельницкой АЭС (ХАЭС-3 и ХАЭС-4).

В настоящее время «Енергетична стратегія України…» успешно реализуется. Принят закон Украины о продлении срока эксплуатации энергоблока АЭС

08.09.2005г. №2861-IV «Про порядок прийняття рішень про розміщення, проектування, будівництво ядерних установок і об’єктів, призначених для поводження з радіоактивними відходами, які мають загальнодержавне значення».

Два блока РАЭС-1 и РАЭС-2 «Ривненской АЭС» продлены до 2030 года. Регулярно ГП НАЭК «Энергоатом» объявляет международные торги на услуги,

связанные с продлением сроков эксплуатации остальных энергблоков ЗАЭС-1, ЗАЭС-2, ЗАЭС-3, ЗАЭС-4, ЗАЭС-5, ЗАЭС-6, ЮУАЭС-1, ЮУАЭС-2, ЮУАЭС-3, РАЭС-3 и ХАЭС-1.

По управлению старением и сроком службы энергоблоков АЭС Украины разработано и внедрено в ГП НАЭК «Энергоатом» 26 нормативно-технических документов по оценке технического состояния и переназначения ресурса:

- «Типова програма управління старінням елементів енергоблоку АЕС (ПН-Д-0.08.224-04)»;

- «Програма управління старінням кабелів (ПН-Т.0.08.121-04)»; - 24 програми та методики з оцінки технічного стану та перепризначення

ресурсу елементів АЕС. Известны [1] перечни критических элементов энергоблоков, которые влияют на

срок эксплуатации как энергоблока, так и АЭС в целом, которые подлежат управлению их старением:

- корпус реактора, в том числе крышка реактора и внутрикорпусные приборы; - кабельное хзяйство; - элементы главного циркуляционного контура (парогенераторы,

тепломеханическое оборудование, электротехническое оборудование, ИУС, ГЦН, насосы, ГЦТ, ГЗЗ, гермопроходки, трубопроводы с опорами и подвесками);


569

- здания и сооружения, которые содержат элементы важные для безопасности АЭС.

В НП 306.2.141-2008 [2] представлено порядок продления срока эксплуатации энергоблока АЭС сверх установленного проектом.

Для обоснования безопасности при продлении проектного срока эксплуатации эксплуатирующая организация разрабатывает отчёт по периодической переоценке безопасности (ОППБ).

По результатам переоценки безопасности энергоблока определяют сроки, режимы и условия его дальнейшей эксплуатации.

Составными частями ОППБ являются отчёты по квалификации оборудования на сейсмостойкость и квалификации на «жёсткие» условия окружения оборудования.

При квалификации оборудования на сейсмостойкость в настоящее время используются два метода:

- метод SMA (Оценки запаса сейсмостойкости) и процедура GIP (Общие эксплуатационные процедуры), разработанные американской фирмой “Stevenson and Associate” (США) [3, 4].;

- экспериментально-расчётный метод исследования сейсмостойкости оборудования непосредственно на пусковых и действующих блоках АЭС, разработанный ВНИИАМ [5] с участием ФГУП «Атомэнергопроект» [6].

Процедуры [3, 4] используют «Институт ядерных исследований» (г. Ржеш, Чешская Республика) [7] и фирма «ЦКТИ-Вибросейсм» (г.Санкт-Петербург, Россия) [8].

Экспериментально-расчётный метод исследования сейсмостойкости [5, 6] нами использован при исследовании сейсмостойкости ЯЭУ В-213 ОП «Ривненская АЭС» со следующими изменениями:

- заменой ударного возбуждения затухающих колебаний оборудования на метод свободных колебаний для определения собственных частот и декрементов затухания в реальных условиях эксплуатации оборудования [9];

- линейных динамический анализ с прямым интегрированием временных характеристик, модальным анализом, частотным интегрированием и спектрами ответов [5, 6] для тепломеханического оборудования дополнялся уравнениями параболического типа с соответствующими граничными условиями [10].

Исходными данными для исследований сейсмостойкости оборудования ЭБ № 1,2 ОП РАЭС являются карты сейсмического районирования территории Украины (ОСР-2004-А,-В,-С), разработанные Институтом Геофизики НАН Украины, приведенные на рисунках 1-3.

Рисунок 1. ОСР-2004-В для периода 1000 лет

Рисунок 2. ОСР-2004-С для периода 5000 лет

Также исходными данными для исследований были: - интенсивность ПЗ – 5 баллов по MSK-64; - интенсивность МРЗ – 6 баллов по MSK-64;


570

- интенсивность МРЗ на уровне нулевой отметки площадки ОП «Ривненской АЭС» соответствуют пиковому ускорению синтезированной акселерограммы 0,05g (0,49 м/с2);

- обобщенные поэтажные спектры ответов реакторного отделения рассчитанные институтом «Гидропроект» им. С.Я. Жука.

Обобщенные поэтажные спектры ответов для турбинного отделения, дизель-генераторной станции и блочно-насосной станции разработаны ННЦ «Институт метрологии».

0123456789

1011121314

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

6,000м 12,700м 16,400м 22,500м 32,700м40,060м 51,000м

Рисунок 3. Обобщенные поэтажные спектры ответов реакторного отделения

Методика квалификации оборудования на сейсмостойкость. Методика квалификации оборудования ЭБ № 1,2 ОП РАЭС 191-16-М-10

разработанная ННЦ «Институт метрологии» на основании следующих нормативных документов:

− ПМ-Д.0.03.476-09. Программа работ по квалификации оборудования энергоблоков АЭС ГП НАЭК «Энергоатом»;

− СТП 0.03.050-2009. Квалификация оборудования и технических устройств АЭС. Общие требования;

− СТП 0.03.082-2009. Квалификация оборудования, важного для безопасности, на сейсмические воздействия. Общие требования.

− ГОСТ 30546.1-98, ГОСТ 30546.2-98, ГОСТ 30546.3-98. Межгосударственные стандарты по сейсмостойкости машин, приборов и других технических изделий, принятых Ураиной с дополнениями в 2000 г.

− ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок;

− ПНАЭ Г-7-008-89. Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок;

− НП 306.2.141-2008. Общие положения безопасности атомных станций; − Серия отчетов МАГАТЭ по безопасности № 3 «Квалификация

оборудования действующих АЭС». Вена, МАГАТЭ, 1998. − Руководство по безопасности № NS-G-3.6. Геотехнические аспекты оценки

площадок и оснований АЭС. Вена, МАГАТЭ, 2005; − Руководство по безопасности № NS-G-1.6. Проектирование и аттестация

сейсмостойких конструкций для атомных электростанций. Вена, МАГАТЭ, 2008. Согласно Методике 191-16-М-10 были выполнены следующие этапы работ: − Анализ сейсмических характеристик оборудования на соответствие

требованиям по месту установки; − Определение начального статуса оборудования методом анализа;


571

− Группирование ТМО, ЭТО, ИУС; − Выбор типопредставителей ТМО, ЭТО, ИУС по следующим критериям:

- однотипность оборудования; - функциональное назначение; - конструктивные особенности; - принадлежность оборудования к одной ТД (ТЗ, ТУ, ТТ); Оценка текущего состояния оборудования: - анализ эксплуатационной и ремонтной документации, ресурсных

характеристик, а также анализ результатов технического обслуживания, ремонтов; - анализ результатов визуальных обследований всех позиций

оборудования, подлежащих квалификации на сейсмические воздействия; - контроль и учет процессов старения оборудования выполняется в рамках

выполнения процедур по продлению срока эксплуатации, а также технического обслуживания и ремонта.

Повышение квалификации на сейсмические воздействия оборудования ЭБ №1 ОП РАЭС:

- методами динамических испытаний; - методом лабораторных испытаний; - расчетным методом; - методом адаптации; - комбинацией методов. Повышение квалификации методами динамических испытаний. Динамические испытания типопредставителей оборудования категории А и В на

энергоблоке №1 проводились по месту эксплуатации, без демонтажа с установочных мест, методом фиксированных частот 102-3 (ГОСТ 30630.1.1-99), и в соответствии с «Методикой оценки сейсмостойкости оборудования, установленного на месте эксплуатации в реальных условиях АЭС для энергоблоков №1,2 ОП РАЭС». 191-16-М-10 .

Испытания проводились ПТК с переносным вибростендом типа ВМ-100 (Рисунок 4), возбуждающим синусоидальные механические колебания заданных координатных областей оборудования, и ПТК с сейсмодатчиками СД-1М (Рисунок 5), АТМ-1, АТМ-2 (Рисунок 6), синхронно измеряющими ускорение локальних областей испытуемого оборудования в реальном масштабе времени.

Рисунок 4. Переносной вибростенд типа

ВМ-100 Рисунок 5. ПТК с СД-1М


572

Рисунок 6. ПТК с АТМ-1 Рисунок 7

Испытания методом фиксированных частот представлены в настоящем отчете на

примере повышения квалификации на сейсмостойкость пневмопривода 1ПКС-15 типа ZD100/40Х30 группы ТМО-10-2 (Рисунок 8).

Генератор виброколебаний и сейсмодатчики закрепляются на типопредставителе (как показано на рисунке 7).

0

0,5

1

1,5

2

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

1

2

3

Рисунок 8. Сравнение спектров возбуждения

Методом фиксированных частот было испытано 33 типопредставителя

оборудования без демонтажа с установочных мест. С целью подтверждения корректности выполненных расчетов оборудования на

сейсмостойкость на основании расчетных 3D-моделей, а также обнаружения резонансных частот форм колебаний и декрементов затухания, были проведены испытания 157 типопредставителей оборудования по месту эксплуатации методом свободных колебаний (метод 100-3 по ГОСТ 30630.1.1-99), представленные на Рисунках 9-12 и Таблицах 1-2.


573

Рисунок 9 Рисунок 10


Таблица 1. Пневмопривод

№ п/п Резонансная частота, Гц

Максимальный уровень мощности, отн. ед.

Декремент затухания, отн. ед.

1 21,00 1,150 0,337

2 16,75 0,950 0,328

3 22,00 0,381 0,750 Таблица 2. Клапан

№ п.п. Резонансная частота, Гц

Максимальный уровень мощности, отн. ед.

Декремент затухания, отн. ед.

1 21,25 28,922 0,111

2 22,00 5,007 0,107

3 19,75 4,310 0,398 Повышение квалификации оборудования ЭБ№1 категории «А» в лабораторных

условиях на виброустойчивость методом 102-3 ГОСТ 30546.2-98.


574

Лабораторные испытания 11 типопредставителей оборудования категории «А» выполнены в Испытательном центре ННЦ «Институт метрологи» на вибростендах (рисунки 13-18) с техническими характеристиками приведенными в таблице 3.

Таблица 3

Наименование Тип Зав. № Диапазон Погреш-

ность, % Примечание

Вибростенд СИТ-М 32 от 2,0 до 390,0 м/с2

от 1 до 12 Гц от ±10 до

±25

Аттестат № 02/8/1-1375 до 23.06.2011

г.

Установка вибрационная механическая

УВ-70/200 1314 от 0,05 до 1,0 мм

10-200 Гц ±5 % ±2 Гц

Аттестат № 02/8/1-1374 до 23.06.2011

г.

Рисунок 13. Вибростенд СИТ-М Рисунок 14. Установка вибрационная

механическаяУВ-70/200



575

Рисунок 17

Рисунок 18. Критические электромеханические компоненты

Лабораторным методом квалифицировано 125 единиц оборудования Повышение квалификации оборудования методами расчета на прочность и

сейсмостойкость. Повышение квалификации оборудования категории А методами расчета на

прочность и сейсмостойкость ограничено, и согласно п 5.2 ГОСТ 30546.1-98 возможно, если оборудование не содержит «измерительных приборов и контактных электрических аппаратов». К такому оборудованию категории «А» относятся задвижки, клапаны, сосуды, трубные гермопроходки, теплообменники и трансформаторы.

Повышение квалификации оборудования категории В и С методами расчета на прочность и сейсмостойкость возможно без ограничений.

Расчеты статической прочности и сейсмостойкости оборудования получают аппаратно-программными комплексами (рисунки 19, 20) с вычислительным программным кодом ANSYS-12.01 и программным кодом Inventor Suite-2010


576

создающим геометрические цифровые 3D-модели по конструкторской документации оборудования. Программный код ANSYS-12.01, разрешенный ГКЯР [11], реализует численный метод конечных элементов решения дифференциальных уравнений теории упругости и содержит:

- модуль статического анализа; - модуль анализа собственных частот и форм колебаний механических систем; - модуль спектрального анализа механических систем.

Рисунок 19. Аппаратно-программный

комплекс Inventor Suite-2010 Рисунок 20. Аппаратно-программный

комплекс ANSYS-12.01

Результаты расчётов программным кодом ANSYS-12.01 приведены на рисунке 21 и таблице 4.

Рисунок 21. ПТК ANSYS Рисунок 22. ПТК АСТРА

Таблица 4

Расчетная величина Результаты расчета ПК АСТРА-09

Результаты расчета ПК ANSYS-12.01

Статическая прочность

Rmax

= 85,7 МПа < [R]

2 = 163 МПа

Rmax

= 95 МПа < [R]

2= 163 МПа

Сейсмическая прочность

Rmax

= 103,7 МПа < [R]

сейсм = 225 МПа

Rmax

= 100,3 МПа < [R]

сейсм = 225 МПа


577

Результаты расчета статической прочности гермопроходки 1ГПТ ОП ПГ1 программными комплексами АСТРА-09 и ANSYS-12.01 согласуются с относительной погрешностью ± 5 %.

Результаты расчета сейсмостойкости гермопроходки 1ГПТ ОП ПГ1ВСТ программными комплексами АСТРА-09 и ANSYS-12.01 согласуются с относительной погрешностью ± 3 %.

Расчетным методом исследована сейсмостойкость 2316 единиц оборудования. Результаты квалификации оборудования ЭБ№1 ОП РАЭС представлены в

таблице 5. Таблица 5

Текущее состояние квалификации

Объемы рассмотренного оборудования

КУ КНУ

Оборудование исключенное из перечня 191-

11-ПЕ-08

Оборудование ЭБ №1 ОП РАЭС, для которого выполнены мероприятия по повышению квалификационного статуса.

3256 135 30

Метрологическое обеспечение иследований сейсмостойкости ЯЭУ типа В-213

ОП «Ривненская АЭС» ГП НАЭК «ЭНЕРГОАТОМ» представлено Государственными первичными эталонами единиц физических величин, разработанными ННЦ «Институт метрологии» и представлены на рисунке 23.

Рисунок 23

ДЕТУ 04-03-01

ДЕТУ 06-05-98

ДЕТУ12-04-01

ДЕТУ 02-05-05 ДЕТУ 02-01-96

ДЕТУ 12-05-02

ДЕТУ 07-01-97 ДЕТУ 01-03-98


578

Список литературы

1. Корогод І.М. Продовження строку експлуатації АЕС – стратегічний напрям розвитку ядерно-енергетичного комплексу України. Доклад на міжнародній конференції «Продовження строку експлуатації енергоблоків АЕС. Оцінка технічного стану та управління старінням обладнання та кабельних виробів» - Київ: ДП НАЕК «Енергоатом», 2007, С. 1-32.

2. НП 306.2.141-2008 Общие положения безопасности атомных станций. – Киев: Государственный комитет ядерного регулирования Украины, 2008 -59с.

3. “Generic Implementation Procedure (GIP) for Seismic Verification of Nuclear Power Plant Equipment”. SQUG [Seismic Qualification Utility Group]. Revision 2A. 1992.

4. Document No. rem10-00.iae, Revision 0. “Seismic Verification of Mechanical and Electrical Components Installed on WWER-Type Nuclear Power Plant by GIP-WWER Procedure”. Prepared by Stevenson and Association for the IAEA Technical Meeting “Procedures for Seismic Qualification of Equipment and Components”. IAEA. Vienna, June 2000.

5. Авдеев А.А. Сейсмическая безопасность промышленных объектов – М.: ВНИИАМ, 2007. – 14с.

6. Калиберда И.В., Бугаев Е.Г., Бедняков В.Г. и др. Некоторые итоги обеспечения сейсмостойкости АЭС в России. Вестник Госатомнадзора России, 2004, №2, с.7-15.

7. Седлачек Я. Опыт выполнения работ по квалификации оборудования на пилотных энергоблоках АЭС Украины. Киев.: ГП НАЭК «Энергоатом», 2011. – 38с.

8. Костарев В.В. Научно-исследовательская инженерная фирма «ЦКТИ-Вибросейсм». С.-П.: «ЦКТИ-Вибросейсм», 2010. – 8с.

9. ГОСТ 30630.1.1-99 Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов, и других технических изделий. Определение динамических характеристик конструкции. Киев: Госстандарт Украины, 2001. – 35 с.

10. 191-16-М-10. Методика оценки сейсмостойкости оборудования, установленного в месте эксплуатации в реальных условиях АЭС для энергоблоков № 1, 2 ОП РАЭС. – Харьков-Кузнецовск, ННЦ «Институт метрологии». 2010. – 115 с.

11. СТП 0.41.076-2008. Порядок использования расчётных кодов для обоснования безопасности ядерных энергетических установок. Методические указания. – Киев: НАЭК «ЭНЕРГОАТОМ», 2008. – 29 с.

Documents

The results of seismic studies NPP B-213 Rivne NPP with ... · Результаты расчётов программным кодом ansys-12.01 приведены на рисунке