СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1995 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий, а именно технологических каналов ядерных энергетических реакторов в контурах многократной принудительной циркуляции атомных электрических станций типа РБМК.

Известны способы ультразвуковой дефектоскопии на расхоложенном реакторе, с помощью которых обнаруживают негерметичные каналы [1]
Известен способ определения акустического сопротивления материалов, при котором используют контактную жидкость и судят об измеренных параметрах при отсутствии и наличии контактной жидкости [2]
Известен также способ и устройство для контроля уровня шума [3] содержащее два измерительных канала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя, усилителя и детектора, снабженных задатчиками образцового сигнала. Сравнение образцового сигнала с полученным позволяет выявить уровень шума, свойственный дефектному изделию.

Упомянутый способ сравнения двух сигналов (образцового с эксплуатационным) применим для решения задачи поиска дефектного канала, но требует разработки специальной сложной и дорогостоящей аппаратуры, которая к тому же требует обслуживания бригадой, состоящей как минимум из двух человек и значительной продолжительностью их работ в условиях радиационного излучения.

Задача изобретения создание методов контроля технологических каналов ядерных энергетических реакторов во время проведения планового ремонта, которые позволили бы выявлять сквозные микротрещины каналов на ранней стадии их возникновения, обеспечивали бы уменьшение дозозатрат обслуживающего персонала и сроков проведения работ.

На фиг.1 изображена принципиальная схема крепления нижней части технологического канала к трубчатому тракту с помощью сильфона; на фиг.2 нижний участок технологического канала в контуре многократной принудительной циркуляции ядерного энергетического реактора типа РБМК.

Устройство, реализующее способ, содержит технологический канал (ТК) 1, окончания которого находятся внутри трубчатого тракта 2 для компенсации температурных деформаций, нижняя часть технологического канала соединена с трактом с помощью сильфона 3, который одним из своих торцов приварен при помощи углового шва 4 к наружной поверхности канала, а другим концом при помощи углового шва 5 к нижнему торцу трубчатого тракта 2. Сильфон 3 и его элементы в виде цилиндрических вставок 6, 7 размещены в кольцевом пространстве между стенками технологического канала и трубчатого тракта 2.

Изобретение позволяет на остановленном и расхоложенном до температуры менее 100^оС реакторе оперативно выявлять сквозные микротрещины в стенках технологических каналов, которые не могут быть обнаружены такими методами, как ультразвуковая или токовихревая дефектоскопия ввиду соизмеримости помех с величиной полезного сигнала. Обнаружение микротрещин известными методами возможно только тогда, когда они получают значительное развитие и имеют утечку теплоносителя из технологического канала не менее двух литров за цикл между двумя проверками в течение одного останова реактора. При наличии дефектных технологических каналов, что определяется содержанием влаги в газе реакторного пространства, реактор не может эксплуатироваться.

Кроме того, значительная продолжительность работ по контролю герметичности каналов известными методами в условиях повышенной радиации и необходимость для проведения работ, как минимум, двух операторов по обслуживанию приборов повышает дозазатраты обслуживающего персонала. Это объясняется тем, что известные методы требуют значительных затрат времени на крепление измерительной аппаратуры и ее наладки.

Оперативное выявление микротрещин позволяет своевременно произвести замену дефектного технологического канала и сократить время простоя энергоблока в ремонте, за счет чего дополнительно выработать значительное количество электроэнергии.

Реактор типа РБМК-1000 (гетерогенный, уран-графитовый, кипящий, канального типа) предназначен для генерации насыщенного пара с давлением 7,0 МПа и размещается в бетонной шахте размерами 21,6х21,6х5,5 м. Нагрузка от реактора воспринимается бетонным основанием через сварные металлоконструкции, которые одновременно служат биологической защитой и вместе с цилиндрическим кожухом образуют герметичную полость реакторное пространство, где размещается графитовая кладка.

Кладка, служащая замедлителем нейтронов, состоит из графитовых блоков сечением 250х250 мм и высотой 200, 300, 500 и 6000 мм, собранных в колонны. Каждая отдельная колонна кладки имеет осевое цилиндрическое отверстие диаметром 114 мм для размещения технологических каналов (ТК) 1 или каналов системы управления и защиты (СУЗ) реактора. Для улучшения теплообмена между графитовой кладкой и технологическим каналом последний снабжен графитными разрезными втулками.

Верхняя и нижняя металлоконструкции засыпаны защитным материалом-серпентинитом и вместе с боковой цилиндрической защитой, баком, заполненным водой, образуют биологическую защиту реактора. Для предотвращения окисления графита и улучшения охлаждения графитовой кладки реакторное пространство продувается азотно-гелиевой смесью.

Активная зона реактора диаметром 11800 и высотой 7000 мм содержит 1693 технологических канала и 179 каналов СУЗ. Окончания каждого из технологических каналов и каналов СУЗ находятся внутри трубчатых трактов, которые вварены в верхнюю металлоконструкцию. Технологический канал представляет собой сварную трубную конструкцию (длиной 18175 мм ), предназначенную для установки топливной сборки и организации потока теплоносителя.

Теплоноситель (вода) при температуре 265^оС подводится к каждому технологическому каналу 1 снизу по индивидуальным трубопроводам, где нагревается до 284^оС. Паровая смесь отводится из верхней части каналов также по индивидуальным трубопроводам.

ТК 1 реактора изготавливаются из участков нержавеющих сталей и участков из циркониевого сплава, которые соединяются при помощи диффузионной сварки. Места соединения участков выполняются ступенчатыми (зубчатыми). Технология диффузионной сварки участков достаточно сложна и требует соблюдения нескольких температурных режимов. Длительная эксплуатация ТК 1, а также некоторое отклонение от оптимальных режимов диффузионной сварки способствуют стимулированию межкристаллитной коррозии нержавеющей стали и образованию в процессе эксплуатации микротрещин, которые невозможно выявить на начальном этапе известными методами контроля.

Обычно начало межкристаллитной коррозии начинается у первого стыка ступенек (зубьев) нержавеющей стали и циркониевого сплава. Образовавшаяся с внутренней стороны ТК 1 микротрещина заполняется продуктами коррозии, которые циркулируют вместе с теплоносителем и с течением времени продолжает углубляться и проникать в толщу нержавеющей стали. Микротрещина может стать сквозной, пройдя через всю стенку нержавеющей трубы, после чего теплоноситель начинает проникать в реакторное пространство (на работающем реакторе) и в пространство между ТК и трубчатым трактом 2 (на расхоложенном реакторе), заполняя объем сильфона 3 (на расхоложенном реакторе).

Накопившийся теплоноситель в полости сильфона и является симптомом появления микротрещины. Несовершенство методов контроля, сложная конструкция самого изделия и радиационная опасность затрудняют своевременное обнаружение течи, которая может быть обнаружена после накопления в полости сильфона около двух литров теплоносителя. Столь запоздалая реакция на появление микротрещины может быть чревата аварийными последствиями.

Способ заключается в следующем.

Для своевременного и оперативного выявления микротрещин изготавливают эталонный участок технологического канала с трубчатым трактом и сильфоном, высоту которых выбирают равной или большей высоты натурного технологического канала, охватываемого сильфоном.

Изготовленный эталонный участок крепят к несущей конструкции вертикально за верхнюю часть трубчатого тракта и с опорой на заглушку нижнего отверстия технологического канала в одном из его помещений, расположенных в непосредственной близости от подреакторного пространства. Емкость технологического канала полностью заполняется теплоносителем (водой). В емкость сильфона 3 вводят лишь 50-150 мл теплоносителя (воды). Благодаря тому, что эталонный участок технологического канала с трубчатым трактом представляет отрезок трубопроводов выше крепления элементов сильфона, то введение 50-150 мл теплоносителя в полость сильфона может быть осуществлено сверху через кольцевую щель между стенкой ТК и трубчатым трактом.

Возможно также использовать в качестве эталона один из резервных технологических каналов реактора, который заполняется теплоносителем полностью или до высоты, на которой находятся верхние подвижные элементы сильфона. В этом случае для введения в полость сильфона 50-150 мл теплоносителя можно выполнить радиальные отверстия в стенке трубчатого тракта 2, которые впоследствии герметизируются. В этом случае эталонное изделие будет находиться непосредственно в подреакторном пространстве.

Во время очередного ремонтного останова реактора и его расхолаживания, когда температура теплоносителя достигнет 50-100^оС, в подреакторное помещение, где находятся нижние участки ТК 1, спускаются операторы.

Выстукивая поочередно эталон и натурные изделия на высоте, превышающей уровень нижнего усового сварного шва сильфона на 80-300 мм, операторы по высоте звука и времени его затухания определяют негерметичный технологический канал. Более высокий звук и более длительное время его затухания указывают на герметичный ТК1, более низкий звук и более короткое время затухания, а также одинаковое звучание по сравнению с эталоном указывают на дефектный канал.

При размещении эталона вне реакторного пространства оператор периодически заходит в помещение, где размещен эталон и, выстукивая его, запоминает высоту звука и время его затухания, после чего спускается в подреакторное помещение и выстукивает натурные изделия. Для исключения ошибочного выявления дефектного канала одно и то же изделие выстукивается двумя операторами. Практика проверки технологических каналов на Курской АЭС позволила выявить несколько дефектных каналов, причем не было случая ошибочной диагностики все подозреваемые каналы оказались дефектными.

Следует отметить, время диагностики всех 1693 ТК значительно сокращается, что создает предпосылки для сокращения сроков ремонтных работ и дополнительной выработки электроэнергии.

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий, а именно технологических каналов ядерных энергетических реакторов в контурах многократной принудительной циркуляции атомных электрических станций типа РБ МК. Цель изобретения - повышение достоверности контроля. Это достигается за счет того ,что изготавливают эталон путем вырезания из натурального изделия участка трубчатого тракта 1 с размещенным в нем технологическим каналом 2 и расположенного между ними соединительного сильфона 3, заглушают нижнее отверстие технологического канала и трубчатого тракта эталона теплоносителем. Затем выстукивают участок трубчатого тракта эталона и натурных изделий и по высоте звука и времени его затухания определяют негерметичный технологический канал натурного изделия. В полость трубного тракта эталона вводят 50 150 мл теплоносителя, выстукивание производят на высоте, превышающей уровень неразъемного соединения сильфона и трубчатого тракта на 80 300 мм, по крайней мере через 12 часов опрессовки технологических каналов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, преимущественно негерметичных технологических каналов ядерных энергетических редакторов типа РБМК, путем сравнения звучания натурных изделий и эталона, отличающийся тем, что эталон изготавливают путем вырезания из натурального изделия участка трубчатого тракта с размещенным в нем технологическим каналом и расположенного между ними соединительного сильфона, заглушают нижнее отверстие технологического канала, заполняют емкость технологического канала и трубчатого тракта эталона теплоносителем, после чего выстукивают участки трубчатого тракта эталона и натурных изделий и по высоте звука и времени его затухания определяют негерметичный технологический канал натурного изделия. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в полость трубчатого тракта эталона вводят не менее 50 150 мм теплоносителя, а полость технологического канала эталона заполняют теплоносителем полностью. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что выстукивают участки трубчатого тракта эталона и натурных изделий на высоте, превышающей уровень неразъемного соединения сильфона и трубчатого тракта на 80 300 мм. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что выстукивают участки трубчатого тракта эталона и натурных изделий по крайней мере через 12 ч опрессовки технологических каналов.