Фев 16, 2023
Характерные механизмы старения уплотнений и корпусных деталей арматуры. Длительный срок службы арматуры приводит к проявлению в разные периоды ее эксплуатации различных доминирующих механизмов деградации материала и геометрии уплотнений, инкубационные периоды которых протекают скрытно [1, 2]. Длительность этих периодов в значительной степени зависит от конкретных условий эксплуатации конструктивных элементов, определяемых фактической моделью эксплуатации арматуры, а поврежденность материала и геометрии уплотнений в течение инкубационного периода не может быть выявлена традиционными методами неразрушающего контроля (НК). Примером таких инкубационных периодов является фаза накопления рассеянных по объему материала повреждений по механизмам малоцикловой (МЦУ) и многоцикловой (МнЦУ) усталости, предшествующая изменению формы уплотнений и образованию усталостной трещины.
Ввиду локальности деградационных процессов, ресурс конструктивных элементов систем, оборудования и арматуры по существу определяется ресурсом их опасных зон с наибольшими темпами деградационных процессов, параметры которых могут сильно отличаться из-за различия конструктивных особенностей, эксплуатационных условий, технологии изготовления, свойств конструкционных материалов. Трудность или невозможность доступа к контролируемым зонам конструктивных узлов в процессе эксплуатации арматуры затрудняет оценку фактического состояния материала и геометрии уплотнений этих зон методами НК при очередных освидетельствованиях. Каждому режиму эксплуатации оборудования и систем АЭС соответствуют свои опасные зоны конструктивных элементов с различными темпами деградации материала по определенным механизмам деградации (МЦУ, МнЦУ, накоплению повреждений от нестационарной ползучести, развитию существующего дефекта, коррозии под напряжением, коррозионно-механического износа и т.д.).
Как указывалось выше, комплекс воздействий (нестационарное термомеханическое нагружение, воздействие рабочих сред, коррозионно-механический износ и др.) в течение всего срока эксплуатации энергоблока вызывает различного рода преобразования начальной структуры материала и деградационные процессы, которые изменяют начальные геометрические, физико-механические и прочностные характеристики конструкционных материалов тепломеханического оборудования.
Описанные основные механизмы старения материалов тепло- механического оборудования в полной мере присущи и корпусным деталям арматуры.
Типовые механизмы старения металла и уплотнений корпусных деталей арматуры приведены в табл. 1.
Таблица 1. Ориентировочная оценка процессов деградации корпусных деталей и уплотнений арматуры
Деталь
|
Механизмы старения деталей и узлов арматуры
|
||||||||||
Термичес-
кое
старение
|
Усталость
мало-
и много-
цикловая,
термическая
|
Коррозион-
ная
усталость
|
Коррозионное
растрески-
вание под
напряжением
|
Межкрис-
талитное
растрески-
вание
|
Общая
коррозия
|
Локальная
коррозия
|
Эрозионно-
коррозион-
ный износ
|
Наводора-
живание
|
Износ
|
Пласти-
ческая
деформа-
ция
|
|
Крышка
|
|||||||||||
Основной металл
|
Н
|
Н, С
|
Н
|
Н, С
|
Н
|
С, В
|
Н, С
|
С, В
|
Н
|
Н
|
Н
|
Верхнее уплотнение
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
С
|
Н
|
Уплотнительная
поверхность фланца
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Корпус
|
|||||||||||
Основной металл
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
С, В
|
Н
|
Н
|
Н
|
Уплотнительные
кольца седла
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н, С
|
Н
|
Н
|
Н
|
Уплотнительная
поверхность фланца
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
Н
|
На основании анализа результатов технического освидетельствования, дефектации, контроля металла должна быть установлена значимость этих процес- сов на деградацию арматуры и ее составных частей. Уровень значимости различается на основе следующих определений:
● низкий (Н) — на арматуру и ее составные части воздействует механизм старения со скоростями изменения параметров, характеризующих техническое состояние, приводящими квыработке их ресурса за период времени существенно превышающий срок эксплуатации энергоблока;
● средний (С) — на арматуру и ее составные части воздействует механизм старения, приводящий к выработке ресурса за период времени соизмеримый со сроком эксплуатации энергоблока;
● высокий (В) — на арматуру и ее составные части воздействует механизм старения, приводящий к выработке ресурса за период времени, существенно меньший срока эксплуатации энергоблока.
В табл. 1 приведены данные ориентировочной оценки значимости процессов деградации материалов арматуры. Результаты установления механизмов старения используются при составлении карт дефектов, картограмм контроля металла. В первую очередь, механизмы старения устанавливаются для деталей арматуры, являющихся границами по отношению к внешней среде и рабочей среде. Как следует из таблицы, для основного металла корпуса и крышки характерны процессы уровней В и С по общей и локальной коррозии, коррозионному растрескиванию, циклической усталости и эрозионно-коррозионному износу.
Для уплотнений корпуса и крышки, как следует из таблицы, на уровне С характерны процессы разновидного износа. В качестве характерных механизмов старения дополнительно рассматриваются оригинальные процессы износа уплотнений их контактирующих деталей: механический, эрозионный и фреттинг-износ. Информация об этих процессах при проектировании, изготовлении и в начальные периоды эксплуатации разъемных герметизирующих соединений арматуры систем энергоблоков является отрывчатой, она должна систематизироваться, уточняться и пополняться на всех этапах их жизненного цикла: создания, монтажа и практической эксплуатации. В этом случае появляется возможность обоснования не только обеспечения условий долговременной эксплуатации уплотнений, но и оптимальных межконтрольных интервалов в процессе эксплуатации элементов энергоблока с использованием о р например, образцов-свидетелей.
Изнашивание является нежелательным процессом постепенного изменения размеров. Оно является в основном результатом механического действия. Это сложный процесс, точнее, даже ряд различных процессов, которые могут протекать как независимо, так и взаимосвязано. Результатом этих процессов является удаление материала с контактирующих поверхностей вследствие сложного взаимодействия локальных сдвигов, вдавливания, сваривания материала, разрывов и других механизмов [1].
ЛИТЕРАТУРА:
1. Управление ресурсными характеристиками элементов АЭС / В.В. Потапов, В.А. Ильин, А.М. Логинов и др. М.: Инновационое машиностроение, 2015. 400 с.
2. Методы обоснования ресурса ядерных энергетических установок / Ф.М. Митенков, В.Б. Кайдалов, Ю.Г. Коротких идр. Под общ. ред. Ф.М. Митенкова. М.: Машиностроение, 2007. 448 с.