РД 95 10547-99, Р-ТПР-01-99 Руководство по применению концепции безопасности "течь перед разрушением" к трубопроводам АЭУ

     5.1 Нормативный Базис

Обзор существующих подходов к применению концепции ТПР к системам трубопроводов показывает, что все они в большей части основаны на двух применяемых в США (NRC/NUREG-1061 /NRC 84/ и Standard Review Plan 3.6.3 /NRC 86/*) или ФРГ (Siemens/RSK/GRS /KWU 96/) законодательных процедурах. В обоих случаях расчетному анализу подлежат зоны сварных швов трубопроводов с высокой запасенной энергией, где реализуется наибольшая вероятность возникновения и распространение дефектов. Процедуры применяются для трубопроводов номинальным диаметром более 150 мм, выполненных из вязких материалов. При необходимости немецкая процедура может быть применена для трубопроводов меньших диаметров, если дополнительно выполняется одно из следующих требований: низкие напряжения или короткий срок службы АЭУ.

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Основные элементы расчетного обоснования ТПР с использованием детерминированной механики разрушения и термогидравлического анализа следующие:

1) Для трубопровода или компонента, потенциально приемлемого для применения концепции ТПР, проанализировать спектр нагружения, свойства материала и возможности СКТ (чувствительность, время реагирования, точность определения места течи).

2) В местах, где действуют наибольшие напряжения в сочетании с минимальными свойствами материала (сертификатными или, что более предпочтительно, полученными экспериментально на архивном материале основного металла и сварного соединения), постулируются начальный поверхностный дефект вероятного размера (условный дефект) и сквозная трещина с достаточно большим размером, чтобы результирующая течь могла быть гарантированно обнаружена установленной СКТ в режиме нормальной эксплуатации.

3) Продемонстрировать, что условный дефект не может значительно вырасти в течение одного срока службы АЭУ.

4) Рассчитать размер обнаруживаемой при НУЭ постулируемой трещины, , и критический размер трещины, , которая при МРН могла бы дать в результате нестабильный рост трещины (например, гильотинное или продольное разрушение).

5) Оценить коэффициенты запаса между размером постулируемой трещины и критическим размером трещины.

Оценка стабильности трещины выполняется при максимальной аварийной/расчетной нагрузке (МРН) с использованием методов механики разрушения, основанных на анализе пластического коллапса нетто-сечения (например, теория предельной пластической нагрузки и концепция напряжения течения) или схемах оценки J-интеграла в сочетании с нижними огибающими фактических свойств материала. Для трубопровода с кольцевой трещиной МРН обычно реализуется в режиме максимального расчетного землетрясения (МРЗ), наложенного на режим НУЭ. Для трубопровода с осевой трещиной МРН определяется максимальным внутренним давлением, вызванным различными переходными режимами, нарушениями нормальных условий эксплуатации (ННУЭ) и аварийными ситуациями (АС). Поэтому все потенциальные дополнительные специфические нагрузки, представляющие интерес, включая гидравлический удар, должны быть оценены при определении МРН.

5.1.1. Процедура NUREG-1061/NRC 84/ (аналог - методика М-ТПР-01-93/М-ТПР 93/)

Методология ТПР, основанная на Standard Review Plan 3.6.3 /NRC 86/, была принята в США в качестве технически оправданного подхода для исключения из рассмотрения гильотинного разрушения систем трубопроводов с высокой запасенной энергией. Расчетная процедура, представленная в NUREG-1061/NRC 84/, аналог использовался в методике М-ТПР-01-93/М-ТПР 93/, была разработана с целью продемонстрировать, что (а) течь из постулируемой сквозной трещины будет обнаружена и (b) эта трещина будет оставаться стабильной и не вызовет разрушения при воздействии максимальной аварийной нагрузки (например, даже в случае, если МРЗ произойдет до обнаружения течи). Процедура (рис.1) основана главным образом на детерминированной механике разрушения с введением достаточных коэффициентов запаса на способность обнаружить течь, максимальную расчетную нагрузку и размер предварительно существующей обнаруживаемой сквозной трещины, через которую реализуется течь, .

Особенности процедуры, применяемой для систем трубопроводов, следующие:

- Критические зоны должны быть определены для основных материалов, сварных соединений и мест приварки трубопроводов к патрубкам оборудования (safe ends).

- Размер условного дефекта, постулируемого в критических зонах, выбирается в соответствии с критериями приемлемости XI части Кода ASME/ASME 95/.

- Для трубопроводов с водяной и пароводяной средой расчетный расход теплоносителя через постулируемую трещину, , при нормальных условиях эксплуатации должен быть в 10 раз больше, чем минимальная чувствительность установленной внутри контайнмента системы контроля течи, , составляющая 3,8 л/мин в течение одного часа. Для трубопроводов с кипящей средой реакторов BWR требуемая минимальная чувствительность СКТ, , составляет 19 л/мин в течение одного часа, а постулируемый размер трещины течи, , определяется расходом теплоносителя, , равным 95 л/мин. Если реальная оценка показывает, что чувствительность СКТ выше требуемой Стандартом 3.6.3, то она может быть использована.

- Введение столь большого запаса 10 на способность СКТ требуется для гарантированного выявления течи с учетом таких неопределенностей в методологии ТПР, как морфология трещины, двухфазность потока истечения и точность определения площади течи.

- Достаточное сопротивление против сейсмических воздействий должно быть продемонстрировано анализом по механике разрушения, показывающим, что трещина с выявляемой течью, , (например, которая дает 38 л/мин) остается стабильной при нагрузках в режиме (НУЭ+МРЗ) с предписанными запасами: коэффициент 2 на размер трещины течи, , по отношению к критической длине трещины, , и коэффициент 1.4 на МРН. Коэффициент запаса 1.4 может быть снижен до значения 1.0, если все динамические нагрузки суммируются по абсолютной величине и добавляются к нормальным напряжениям как растягивающие компоненты.

5.1.2. Процедура Siemens /КWU 96/ (аналог - методика М-ТПР-РУММ-01-97 /М-ТПР 97/)

Немецкая процедура (Рис.2) является существенной частью концепции предотвращения разрушения, используемой в Германии с 1974 г. /KWU 95, BAR 97/. Поведение по типу "течь перед разрушением" демонстрируется для систем трубопроводов на основании того факта, что рост условного дефекта через толщину стенки даже при многократных сроках службы АЭУ приведет к образованию течи, которая может быть обнаружена, и результирующая длина трещины течи имеет вполне достаточный коэффициент запаса по отношению к критической длине сквозной трещины.

Характерные черты немецкой детерминированной процедуры включают в себя:

- Характеризацию начального дефекта (или условного дефекта) в компонентах путем переноса результатов неразрушающих методов контроля в максимальные размеры дефектов. Условные дефекты представляют собой одиночные полуэллиптические кольцевые или осевые поверхностные дефекты глубиной, , и общей длиной на поверхности, . Исходный дефект используется в расчете усталостного роста дефекта и демонстрации поведения по типу ТПР.

- Демонстрацию усталостного роста условного дефекта, приводящего к ТПР. Расчет выполняется с неограниченным количеством собранных блоков циклического нагружения, чтобы показать фундаментальную тенденцию усталостного роста трещины по отношению к форме ее эволюции и результирующую стабильную течь. Неограниченный усталостный рост трещины может привести к двум ситуациям:

1) если трещина распространяется через толщину стенки или перемычка разрушается без нестабильности в кольцевом или осевом направлении (), тогда условие "течь перед разрушением" продемонстрировано;

2) если трещина становится критической прежде, чем она прорастет через толщину стенки (), тогда реализуется условие "разрушение перед течью".

- Для демонстрации критериев "течь перед разрушением" (, ) достаточные коэффициенты безопасности должны быть достигнуты. Если эти критерии не удовлетворяются, тогда, чтобы гарантировать целостность границ давления, эквивалентные меры безопасности (например, эксплуатационный контроль, мониторинг условий и нагрузок) должны быть приняты во внимание.