5.4 Оценка интенсивности деградации теплообменных труб при эксплуатации парогенераторов

В данном разделе приведены результаты расчетных оценок интенсивности деградации ТОТ при эксплуатации ПГ[10].

стадия I –рост отложений продуктов коррозии на ТОТ до критических значений удельной загрязненности c одновременным накоплением хлорид-ионов и других активаторов под отложениями до критических концентраций;

стадия II –зарождение питтингов (пробой окисной пленки) при достижении критической концентрации хлорид-ионов в отложениях при работе на мощности или при подкислении среды в отложениях при гидролизе солей в результате дифференциальной аэрации поверхности ТОТ в период стоянки ПГ;

стадия III –рост питтингов по механизму анодного растворения при наличии окислителей и их транспортировке в зону реакции;

стадия IV –зарождение и рост коррозионных трещин во время активно го локального пластического деформирования микрообъемов металла.

В соответствии с приведенной стадийной моделью [10], срок службы ТОТ τ_р до образования дефекта в процессе эксплуатации, является суммой продолжительностей последовательных стадий коррозионного повреждения:

Στ_р= τ_отл+τ_зп+τ_рп+(τ_зт+τ_рт) (1)

где: τ_отл–продолжительность роста отложений до критической толщины и накопления в них коррозионно-активных примесей до критических концентраций;

τ_зп–продолжительность стадии зарождения питтингов;

τ_рп–продолжительность стадии роста питтингов до зарождения

растравов;

τ_зт–продолжительность стадии зарождения трещин;

τ=–продолжительность стадии роста трещин.

Продолжительность стадии роста отложений и накопления коррозионно-активных примесей определяется концентрацией железа (C_Fe) и меди (C_Cu) в питательной воде, концентрацией коррозионно-активных примесей (C_i) в продувочной воде, удельной паропроизводительностью на локальных участках ТОТ (di), толщиной отложений (δ_отл):

τ_отл= f(C_Fe, C_Cu, C_Ca, C_Mg, C_SiO3, C_Cl-, C_SO4, C_Na+, C_Ca²⁺, C_Mg²⁺,…, di, δ_отл) (2)

Продолжительность стадии зарождения питтингов определяется составом отложений (содержание окислов железа, меди и других), концентрацией окислителя (кислорода, Cu²⁺), концентрацией коррозионно-активных примесей (Cl-, Fe³⁺ и других), инициирующих зарождение питтинга под отложениями, величиной рН среды под отложениями, состоянием поверхности ТОТ (Ra):

τзп= f([Fe3+, Cu2+]отл, СО2, CCl-, CFe3+, pH, Ra, …)(3)

Продолжительность стадии роста питтингов до зарождения растравов определяется толщиной и плотностью отражений (ρ_отл), локальным содержанием окислителя (С_ок) в отложениях вблизи питтинга, а также содержанием кислорода в стояночных режимах, составом и концентрацией электролита в питтинге (ΣС_i), электрохимической неоднородностью структуры металла Δφ_п в электролите внутри питтинга, вызывающей линейные растравы:

τ_рп=f(δ_отл, ρ_отл, С_ок, ΣС_i, Δφ_п) (4)

Продолжительность стадии зарождения и роста трещин определяется составом и концентрацией электролита в питтинге, локальным содержанием окислителя в отложениях вблизи питтинга, суммой остаточных (σ_R), термических (σ_t) и рабочих (σ_p) напряжений, вызывающих активную пластическую деформацию в вершинах растравов:

τ_зт(τ_рп)=f(С_ок, ΣС_i, Σ(σ_R), (σ_t), (σ_p)) (5)

Поскольку в оборудовании КПТ РУ с ПГ типа ПГВ-1000МКП отсутствуют медь содержащие сплавы, при проведении расчетных оценок принималось минимально содержание меди (как наиболее сильного окислителя в отсутствие кислорода) в воде второго контура (до 1 мкг/дм³). Концентрация хлорид-ионов, достаточная для зарождения питтингов, в первом приближении была принята на уровне 1 г/дм3.

Выполненный в ОКБ «ГИДРОПРЕСС» (по имеющимся фактическим данным содержания железа и меди в питательной воде ПГ энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000) расчет показал, что удельное загрязнение, при котором в отложениях у поверхности металла ТОТ достигается концентрация хлорид-ионов, достаточная для инициации пробоя оксидной пленки (стадия I) составляет от 70 до 450 г/м², а концентрация хлорид-ионов на поверхности металлов ТОТ под отложениями, необходимые для начала роста питтингов (стадия II), могут достигаться при удельном загрязнении от 1200 до 200 г/м² в диапазоне концентраций хлорид-ионов в воде ПГ от 10 до 1000 мкг/дм³. При нарушении ВХР по содержанию хлорид-ионов в воде ПГ опасные концентрации хлорид-ионов в отложениях могли быть достигнуты и при меньшей толщине отложений (порядка от 200 до 300 мкм).

Длительность подрастания питтингов (стадия III) до глубины 0,01 мм для блоков АЭС с ВВЭР-1000, имеющих ПНД с трубками из нержавеющей стали, составляет 10000-17000 ч . При этом средняя скорость роста питтингов на начальной стадии их развития составляет (0,6-1,0)·10^-6 мм/ч или 0,004-0,007 мм/год и, следовательно, при длительности кампании порядка 7000 ч вероятность зарождения питтингов мала, а при проведении регулярных химических промывок 1 раз в 4 года рост таких питтингов прекратится уже после первой промывки и максимальная их глубина не превысит 0,1мм.

Для стадии IV при расчетной оценке длительности подрастания трещин приняты следующие консервативные условия:

- исходная одиночная магистральная коррозионная трещина полуэллиптической формы развивается в плоскости, проходящей через ось ТОТ до максимально допустимого размера а = 1,05 мм (0,7δст);

- уровень локальных напряжений в металле ТОТ обеспечивает активную

пластическую деформацию микрообъемов металла перед фронтом растущей трещины;

- рост коррозионных трещин происходит по механизму анодного растворения.

Скорость развития трещин определяется плотностью тока анодного растворения, которая ограничивается скоростью поступления окислителя в зону трещины (при безусловном наличии активаторов –хлорид-ионов, сульфат-ионов и др.);

- ток анодного растворения распределяется по фронту трещины в полосе, равной ширине раскрытия берегов вблизи вершины трещины Wтр= 1 мкм.

По расчетов выполненных в ОКБ «ГИДРОПРЕСС» были определены средние скорости подрастания трещин, развивающихся из питтинга глубиной 0,01 мм до глубины а = 0,3 мм, 0,6 мм и 0,9 мм и показано, что в процессе эксплуатации ПГ типа ПГВ-1000МКП в конденсатно-питательном тракте которых отсутствуют медьсодержащие сплавы в случае наличия отложений с величиной удельного загрязнения от 150 до 360 г/м2 длительность роста имеющихся в ТОТ трещин до максимально допустимого размера а = 1,05 мм (70% от толщины стенки ТОТ) составит для одиночной трещины от 32 до 12 лет, а при удельном загрязнении от 40 до 150 г/м2–от времени, превышающего ресурс 60 лет до 28 лет, соответственно.

Из приведенных в разделе расчетных оценок [23] следует, что внедрение мероприятий по обеспечению чистоты ТОТ и снижение поступления железа в ПГ является одним из основных условий предотвращения повреждения ТОТ ПГ на АЭС с ВВЭР, поскольку отложения являются эффективными концентраторами коррозионно-агрессивных примесей из воды второго контура ПГ.

Также должны быть модернизированы регламенты стояночных режимов ПГ, как опорожненного, так и заполненного водой, в части минимизации влаги в отложениях и наличия кислорода в воде, соответственно.

При проведении гидравлических испытаний и пуска ПГ необходимо обеспечение минимального количества окислителя (кислорода) в воде второго контура.

Таким образом, при соблюдении приведенных выше рекомендаций по

совершенствованию режимов эксплуатации ПГ обеспечивающих снижение загрязнения ТОТ, минимизацию окислителей в воде второго контура и минимизацию возможности образования и развития дефектов на ТОТ, работоспособность ТОТ 16×1,5 мм из нержавеющей стали аустенитного класса 08Х18Н10Т не является фактором, ограничивающим ресурс ПГ.