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 => ET vizsgálat 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

Combustion Engineering gőzfejlesztők Romlási mechanizmusok Combustion Engineering gőzfejlesztők Azonosított romlási mechanizmusok Kopás (wear) – rezgésgátlóknál (AVB), távtartóknál Primer oldali feszültség korrózió (PWSCC) – a felső kollektorfali behengerléseknél 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 gőzfejlesztők Romlási mechanizmusok Westinghouse gőzfejlesztők 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

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

Üzemzavarok Gőzfejlesztő hőátadó cső tömörtelenségből induló események az USA-ban és Pakson Pakson az egy gőzfejlesztőre számított megengedett 5 l/óra (30 l / óra / blokk) 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.

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 atomerőművi gőzfejlesztő specifikus vizsgálati program kidolgozásának segítése és a programok sztenderdizálása (példákkal): NRC - az amerikai hatóság - kötelezi az USA erőműveket a iránymutató használatára Meghatározza a tulajdonosi és mérnöki felelőségeket. Vizsgálati ciklusidő és terjedelem meghatározó algoritmusokat definiál választhatóan: determinisztikus alapokon a nullrevíziós vizsgálat és az első 100%-os vizsgálat tapasztalati (kockázati) alapokon mindkét esetben kötelező elem Megköveteli a gőzfejlesztő teljeskörű értékelését úgymint: romlási folyamatok értékelése visszatekintő értékelés - az alkalmazott követelményrendszer múltbani megfelelőségéről előretekintő értékelés - 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 mérési feladat - alkalmazandó vizsgálati technika összerendelések meghatározása Értékelő személyzettel szemben támasztott követelmények - SSPD kidolgozása, QDA rendszer Vizsgálat lefolytatásának szabályozása Folyamatosan beépíti a nukleáris ipar tapasztalatait. Megjelent kiadások: 81, 84, 88, 92, 96, 97, 02

EPRI QDA örvényáramos adatértékelői oktatás Elméleti tananyag Bevezetés - az adatértékelő felelősége Romlási mechanizmusok, elmélete és ipari példák Gőzfejlesztőtípusonként (W, CE, B&W): tervezés működési tapasztalatok kritikus hibahelyek, romlási mechanizmusok megjelenése Vizsgálati technikák: Adatfelvételi technikák bobbin szondák forgó szondák mátrix szondák Kalibrációs etalonok Konkrét metallográfiai adatok és örvényáramos mérési eredmények összehasonlítása kivágott csöveken Gyakorlati tananyag (szoftveres támogatás) mintegy 100 valós indikáció elemzése elektronikus mérési adaton és szövegesen romlási mechanizmus meghatározás kritikus hibahely azonosítás Tanfolyam és a vizsga időtartama 80 óra.

EPRI QDA örvényáramos adatértékelői személyzetminősítés (PD) Elméleti vizsga 40 kérdés - 1-3 óra alatt megoldható „open book” teszt USA gőzfejlesztők konstrukciója (W, B&W, CE) Örvényáramos mérés elmélete, szondatechnikák Gyakorlati vizsga kb. 500 valódi, előre kalibrált mérési adat az USA nukleáris ipari gyakorlatából, vegyesen indikációt és hibátlan csöveket tartalmazó példák. Megoldási idő kb. 4-5 nap a vizsga teljesítésének nincs időkorláta! értékelés romlási mechanizmusonként és v. technikánként, bukás esetén részleges ismétlés ismert indikációk 90%-ának regisztrálása struktúránként 10% téves regisztrálási lehetőség (overcall) 2 azonnali ismétlési lehetőség, majd tanfolyamismétlés és 1 hónapos kényszerszünet 3 évenkénti újraminősítési kötelezettség (requalification): ua. mint QDA, de kisebb adatmennyiség, kb. 200 mérési adat - 2-3 nap nem megfelelőség esetén teljes ismétlés évenkénti szintentartó oktatás és igazolt gyakorlat Értékelés Szoftveres értékelés, zárt rendszer, minősített adatsor Vizsgázónkénti report file küldés az EPRI-nek => regisztráció Erőmű specifikus személyzetminősítés (SSPD) elvégzésére jogosít, munkavégzésre nem.

Erőmű specifikus személyzetminősítés (SSPD) és munkavégzés feltétele az érvényes QDA megléte erőmű specifikus elméleti és gyakorlati adatsor gyakorlatilag a QDA elméleti és gyakorlati vizsga ismétlése, kevesebb mérési adattal - 2-3 nap szoftveres értékelés 2 ismétlési lehetőség, nem megfelelőség esetén => repülőjegy Értékelői munkavégzés primary - secondary párhuzamos értékelés, az indikációt csak regisztrálják, nem minősítik min. 400 mérföld távolság, értékelő azonosító kódok resolution értékelés: a primary és secondary nem NDD jelentések összehasonlítása, minősítés resolution visszacsatolás: primary - secondary „nem egyezés” esetén áttekintése a primary és a secondary műszak kezdésének feltétele a visszaigazolás szoftveres - értékelő teljesítménykövető rendszer (APTS) resolution értékelés elfogadása esetén hiba regisztrálás nem elfogadás esetén szöveges indoklás az APTS rendszerben => tel. konferencia értékelő vizsgálatközbeni napi minősítése APTS alapján, a QDA megfelelőségi feltételek szerint (90/10). nem megfelelőség esetén => repülőjegy Independent QDA (EPRI), level III (SNT-TC-1A szerint), resolution eredmények ellenőrzése: élettörténeti adatok visszamérések, dugózás

Minősítés Infrastruktúra Értékelő központok primary értékelő csapat: Lynchburg, keleti part secondary értékelő csapat: Benicia, nyugati part atomerőmű területén: resolution, IQDA, PNG, IM, stb... Informatikai háttér Zártláncú hálózat Web-alapú gőzfejlesztő hőátadó cső örvényáramos vizsgálat követő rendszer Élő szabályozási dokumentációk SSPD és felkészülési program - az EPRI iránymutatás alapján Vizsgálati technológiák (ETSS) - szondatípusok szerint, 8-10 szondatípus Kalibrációs etalonok műszaki lapjai Értékelési folyamatábrák Indikáció kódok Értékelő szoba szabályzat - Data Room Protocol Elektronikus műszaknapló - átolvasása a műszakkezdés feltétele Online ütemterv, grafikus és numerikus Értékelő szoftver - Eddynet (Zetec) Élettörténeti adatok (Historical Database) és DSR IMSDB (Inspection Management System Database) vizsgálati terv APTS (Analyst Performance Tracking System) Calboard - kalibrációs csoportok elosztásáért felelős rendszer

Erőforrások Paks 142 / 106 7 / 5 60 / 45 Manipulátor vezérlő 4 16+3 2 Szonda cserélő 8+2 4* Adatminőség ellenőr (DQR) 2+2 4+1 2* Vizsgálat irányító (IM) Primary értékelő 8 32+6 Secondary értékelő Műszakvezető értékelő Resolution értékelő 1 Független értékelő (IQDA) Felügyelő értékelő (PGN) Összesen 142 / 106 7 / 5 Manipulátor vezérlő 2 8 Szonda cserélő 4 Adatminőség ellenőr (DQR) 1+1 Vizsgálat irányító (IM) 1 Primary értékelő 16 Secondary értékelő Műszakvezető értékelő Resolution értékelő Független értékelő (IQDA) Felügyelő értékelő (PGN) Összesen 60 / 45

Atomerőmű blokk indulások az USA-ban 1969-től napjainkig Stagnálás Atomerőmű blokk indulások az USA-ban 1969-től napjainkig 104 működő reaktor 1969-1990 egyenletes növekedés 1965-1986 1991- stagnálás 1987- Egy atomerőművi blokk építése 4-5 évig tart. Mi történt a 80-as évek közepén?

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

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET