Atomerőművi gőzfejlesztő hőátadó cső vizsgálatok az USA-ban és Pakson Czibula Mihály vezető mérnök Paksi Atomerőmű Zrt. Anyagvizsgálati Osztály 4. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban Szakmai Szeminárium 2008. Június 4-5. – Aranyhomok Hotel, Kecskemét

Gőzfejlesztő hőátadó cső Vizsgálat tárgya Gőzfejlesztő hőátadó cső A gőzfejlesztőkön keresztül valósul meg az aktív zónában keletkező hőmennyiség szekunder körbe – a turbinák felé – történő átadása. A radioaktív primerköri hőhordozó a hőátadó csövek belsejében áramlik. A hőátadó csövek integritása kiemelt fontosságú. A primerköri víz szekunderkörbe jutásának következményei: Szekunder kör elszennyeződése Primer hűtőközegvesztés Üzemzavari védelmi mechanizmusok indulása Nem tervezett blokkleállás Környezeti es humán radioaktív terhelés Elhúzódó visszaindulás, milliárdos nagyságrendű anyagi kár Normál üzemi paraméterek (VVER-440): Primerköri nyomás 123 bar Melegági hőmérséklet 297 °C Szekunderköri nyomás 46 bar Gőz hőmérséklet 260 °C A hőátadó csövek romlását átlyukadás / törés előtt detektálni kell. A nagynyomású előmelegítők felől érkező 222 °C hőmérsékletű víz 260 °C-ig történő felmelegítése, majd állandó hőmérsékleten történő elpárologtatásával a turbinák üzemeltetéséhez szükséges 46 bar nyomású száraz telített gőz előállítása. Tehát a gőzfejlesztőkön keresztül valósul meg az aktív zónában keletkező hőmennyiség szekunderkörbe történő átadása. Szerkezeti kialakítása A gőzfejlesztő vízszintes elrendezésű, hengeres hőcserélő. A hermetikus tér mennyezetére acél hevederekkel vannak felfüggesztve, hogy a hurkok hőtágulásából adódó elmozdulásokat felvegyék. A primerköri hőhordozó a hőátadó csövek belsejében áramlik. A gőz fejlesztése, a szekunderköri oldalon a köpenytérben megy végbe. A hőátadó felület 5536 db U-alakú vízszintesen elhelyezett, rozsdamentes csőből áll. A csövek a függőlegesen elhelyezett be és kilépő kollektorokat kötik össze. A kollektorokhoz a főkeringtető hurkok hideg és melegági vezetékei kapcsolódnak. A hőátadó csövek távtartását támlemezekkel és a bilincsszerűen körbefogó hullámos lemezekkel oldották meg. A tápvíz vezeték egy csőcsonkon keresztül a gőzfejlesztő vízszintes középvonala felett lép be. A gőzfejlesztő hossztengelyének vonalában, a hőátadó csövek felett hosszirányban elágazva egy kollektort képez. A kollektor vége zárt, az alsó részén pedig fúvókák helyezkednek el, melyen keresztül a tápvíz a hőátadó csövek felületére jut. Normál üzem esetén a gőzfejlesztőben lévő tápvízszint a felső hőátadó csövek felett ~200 mm-el van. Üzemzavari helyzetekben a kiegészítő üzemzavari tápszivattyúktól érkező sótalanvíz külön csővezetéken keresztül jut a gőzfejlesztő gőzterébe. Gőzképződés közben a tápvízben felfelé áramló gőzbuborékok apró vízcseppeket ragadnak magukkal, melyek gőzfejlesztőből történő kijutását meg kell akadályozni. Ezért a gőztérbe beépítésre került egy nedvesség leválasztó zsalu, mely a gőz áramlási irányát változtatja, ennek következtében a vízcseppek kicsapódnak a lemezen és visszacsurognak a víz felületére. A termelt gőz a gőzfejlesztő tetején elhelyezkedő 5 csőcsonkon át egy gőzgyűjtő kollektorba, onnan a főgőz vezetékbe jut. Normál üzemi paraméterei primerköri nyomás 123 bar melegági hőmérséklet 297 °C hidegági hőmérséklet 268 °C szekunderköri nyomás 46 bar gőz hőmérséklet 260 °C gőz nedvesség tartalma 0,25 % gőzteljesítmény 450 t/h üzemi szint 1850 mm Műszaki paraméterei Térfogata 70 m3 Fűtőcsövek száma 5536 db A párolgás folyamán a gőzfejlesztőkben besűrűsödő korróziós termékek eltávolítására a tartály alján több különböző méretű csonk található, melyen keresztül folyamatos és időszakos leiszapolás valósul meg. (RZ rendszer)

Combustion Engineering Gőzfejlesztő alaptípusok VVER-440, VVER-1000 VVER (Model F, E, D, 24, 27, 33, 44, 51...) Framatome, Mitsubishi, Cockeril Westinghouse Combustion Engineering Series 67, 2815, 3410, System 80 Babcox & Wilcox 177FA csövek száma 15531 5005 - 11012 (Series 67) 2604 - 5626 (Model F) 5536 (440)-10978 átmérő / falv. 15,9 / 0,94 mm 19 / 1,22 mm 19 / 1,09 mm 16 / 1,4 mm db / reaktor 2 2-3 (Maine Yankee) 2-4 4-6 anyagminőség Inconel 600 Inconel 600, 690 08H18N10T

Üzemzavarok Gőzfejlesztő hőátadó cső tömörtelenségből induló események az USA-ban és Pakson Pakson az egy gőzfejlesztőre számított megengedett 5 l/óra szivárgást meghaladó eseményt még nem regisztráltak, hőátadó cső törés nem történt. USA üzemzavarok: Eseményéve Atomerőmű Indulás éve Típus Állam Mennyiség Törés / szivárgás 1975 Point Beach 1 1970 W 44F Wisconsin 473 l/perc Törés 1976 Surry 2 1973 W 51F Virginia 1250 l/perc 1979 Prairie Island 1 1974 W 51 Minnesota 1476 l/perc 1982 Ginna 1969 W 44 New York 2385 l/perc 1987 North Anna 1 1978 2271 l/perc 1989 McGuire 1 1981 W D2-1 North Carolina 1893 l/perc 1993 Palo Verde 2  1986 CE Sr. 67 Arizona 910 l/perc 2000 Indian Point 2  380 l/perc Erőmű: Palo Verde, 2-es blokk (USA – nyomottvizes reaktor - CE) Gőzfejlesztő cső törése – ENR ATL 93-004 1993. március 14-én az egyik gőzfejlesztőn lévő, napi 11-39 liter/nap szivárgó cső hirtelen eltört, aminek követ-keztében 900 liter/perc folyás keletkezett. Az operátorok mintegy három óra alatt tudták kizárni az érintett gőz-fejlesztőt. A szekunderkörben kb. 2800 m3 vízbe került radioaktív szennyeződés. 180 m3 szennyezett víz elárasztotta a turbinaépület zsompjait, melyek túlfolytak (kiöntöttek). A szabadba került szennyezett víz egyharmada a turbinaépületen körüli területekre folyt.

Combustion Engineering Romlási mechanizmusok Combustion Engineering Azonosított romlási mechanizmusok Kopás (wear) – rezgésgátlóknál (AVB), távtartóknál Primer oldali feszültség korrózió (PWSCC) – a felső kollektorfali behengerléseknél (Maine Yankee) Kristályközi / feszültségkorrózió (IGA/SCC) – a sludge pile zónában, távtartók alatt, struktúrákban, belső csövek ívein, a felső kollektorfali behengerléseknél Falvastagság vékonyodás (thinning) – a sludge pile zónában, távtartók alatt Pont és lyukkorrózió (pitting) – a sludge pile zónában iszap (sludge pile)

Westinghouse Romlási mechanizmusok Azonosított romlási mechanizmusok Pont és lyukkorróziók (pitting) – a sludge pile zónában Kristályközi / feszültségkorrózió (IGA/SCC) – a távtartók alatt, a sludge pile zónában, illetve szabad csőszakaszokon, kollektor behengerlések nyitott réseinél Primer oldali feszültség korrózió (PWSCC) – behengerléseknél, a belső csövek íveiben (Series 51) Kopás (wear) – előmelegítők környezetében (baffle plates), és a rezgésgátlóknál Fáradás (fatigue) – a felső távtartóknál Benyomódások (denting) – távtartók alatt (Angra 1 SCC a benyomódásokon) Falvastagság vékonyodás (thinning) – a sludge pile zónában, hideg ág perifériáin

Romlási mechanizmusok Babcock & Wilcox Azonosított romlási mechanizmusok Kristályközi / feszültségkorrózió (IGA/SCC) – a felső távtartók alatt, alsó és felső behengerlési résekben Fáradás (fatigue) – szabad csőszakaszon, elsősorban a felső régióban Erózió (impingement) – a külső kerületi csöveken, a 9. távtartón és felette Kopás (wear) – felső távtartók alatt Benyomódások (denting) – távtartók alatt vibráció

VVER-440 Romlási mechanizmusok Azonosított romlási mechanizmusok Kristályközi / feszültségkorrózió (IGA/SCC) - távtartók alatt, magnetit lerakódás fészkekben, ritkábban szabad csőszakaszon Benyomódások (denting) – távtartók alatt

Romlási mechanizmusok Romlási mechanizmusok összefoglalása gőzfejlesztő típusok szerint Korrózió Mechanikai károsodás Elvékonyodás Thinning Pont-korrózió Pitting Kristályközi /feszültségkorrózió IGA/SCC Primer oldali feszültség korrózió PWSCC Fáradás Fatigue Kopás Wear Erózió Impingement Babcock & Wilcox x Combustion Engineering Westinghouse VVER-440 Diablo Canyon 700 M USD, 8 GF A GF hőátadó cső meghibásodások csak az USA-ban eddig 8 komoly üzemzavarhoz és számtalan nem tervezett leálláshoz vezettek. A csőtörések és szivárgások megelőzésére az EPRI 1981-ben kiadta gőzfejlesztő vizsgálati irányelveit, aminek eredményeképpen 1993-ra az 1981 előttiekhez képest 2%-ra csökkent az évi hőátadó cső hibából eredő nem tervezett leállások száma. A felsorolt romlási mechanizmusok okozta meghibásodások miatt világszerte körülbelül 77 atomerőműben cseréltek illetve cserélnek gőzfejlesztőt.

Szabályozás Pressurized Water Reactor Steam Generator Examination Guidelines Rev. 6 Célja egy atomerőmű specifikus gőzfejlesztő vizsgálati program kidolgozásának segítése, az USA ban kidolgozott programok sztenderdizálása: Meghatározza a tulajdonosi és mérnöki felelőségeket. Vizsgálati ciklusidő és terjedelem meghatározó algoritmusokat definiál választhatóan: determinisztikus alapokon tapasztalati (kockázati) alapokon Megköveteli a gőzfejlesztő teljeskörű értékelését úgymint: romlási folyamatok értékelését visszatekintő értékelést - az alkalmazott követelményrendszer múltbani megfelelőségéről előretekintő értékelést - az alkalmazott követelményrendszer várható jövőbeni megfelelőségéről az alkalmazott megfelelőségi kritériumok és ismert romlási folyamatok figyelembevételével. primer-szekunder szivárgás értékelés Vizsgálórendszerrel szemben támasztott követelmények: vizsgálati technikák minősítése - műhibákon és valós kivágott csöveken a detektálás valószínűségének és méretezési bizonytalanságának meghatározása vizsgálati technika - mérési feladat összerendelések meghatározása Értékelő személyzettel szemben támasztott követelmények - SSPD kidolgozása Folyamatosan beépíti a nukleáris ipar tapasztalatait, ezidáig megjelent kiadások: 1981, 1984, 1988, 1992, 1996, 1997, 2002

Erőforrások 132 / 92 66/46 Manipulátor vezérlő 4 16 Szonda cserélő 8 Adat ellenőrző 2+2 Kalibráció ellenőrző Vizsgálat irányító 2 Pirmary értékelő 32+4 Secondary értékelő Resolution értékelő Független értékelő Összesen 132 / 92 Manipulátor vezérlő 2 8 Szonda cserélő 4 Adat ellenőrző 1+1 Kalibráció ellenőrző Vizsgálat irányító 1 Pirmary értékelő 16+2 Secondary értékelő Resolution értékelő Független értékelő Összesen 66/46

Atomerőmű blokk indulások az USA-ban 1969-től napjainkig Stagnálás Atomerőmű blokk indulások az USA-ban 1969-től napjainkig 104 működő reaktor

2008-ban beérkezett új atomerőművi blokk pályázatok az USA-ban A jövő 2008-ban beérkezett új atomerőművi blokk pályázatok az USA-ban 2008. 04. 23-i állapot elfogadva feldolgozás alatt

Köszönöm a figyelmet!