zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2021-87-3-58-63zldm-1387Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMATERIALS MECHANICS: STRENGTH, DURABILITY, SAFETYВлияние эрозии-коррозии на развитие трещин в сварных соединениях оборудования или трубопроводов АЭСThe impact of flow-accelerated corrosion on the crack developing in welded joints of NPP equipment and pipelinesКузьминД. А.Kuz’minD. A.

Дмитрий Александрович Кузьмин

109507, Москва, ул. Ферганская, д. 25

Dmitry A. Kuz’min

25, Ferghanskaya ul., Moscow, 109507

DAKuzmin@vniiaes.ruВсероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанцийРоссияAll-Russian research Institute for the operation of nuclear power plantsRussian Federation2021200320218735863Copyright © Кузьмин Д.А., 20212021Кузьмин Д.А.Kuz’min D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1387

Тепломеханическое оборудование и трубопроводы второго контура АЭС типа ВВЭР подвержены в основном двум механизмам деградации, которые снижают прочность элементов конструкций: эрозии-коррозии и усталостному повреждению. Как правило, указанные механизмы деградации не сочетаются и не приводят к ускоренному развитию повреждений изделия, так как влияют на его различные зоны. Однако обоим механизмам подвержены сварные соединения — в них преимущественно развиваются и зарождаются трещины, а эрозия-коррозия может приводить к локальным их утонениям из-за низкого содержания легирующих элементов или из-за гидродинамических особенностей потоков, возникающих после отводов, дросселирующих устройств, конусных переходов и подобных предвключенных участков. Цель работы — определение влияния эрозии-коррозии на развитие трещин усталости в сварных соединениях. При проведении исследований использовали формулы механики разрушения для описания подроста трещин от времени, а также эмпирические зависимости для описания механизма эрозии-коррозии от времени эксплуатации, а также описания постулируемой остаточной дефектности. Предложенный подход позволил оценить влияние эрозии-коррозии на скорость роста трещин в оборудовании или трубопроводе. Показано, что эрозия-коррозия может как снижать скорость роста трещин, так и существенно ее увеличивать. Получено распределение дефектов от времени эксплуатации, учитывающее всю совокупность возможных пропущенных дефектов. Данное распределение позволит более корректно оценить надежность и безопасность сварных соединений оборудования и трубопроводов.

Thermal mechanical equipment or the pipelines of the second circuit of a VVER type NPP are mainly subject to two degradation mechanisms that reduce the strength of structural elements: flow-accelerated corrosion and fatigue damage. As a rule, the aforementioned degradation mechanisms bear no combined impact as they affect different zones of the object. However, welded joints are subjected to the impact of both mechanisms which results in initiation and development of cracks in welded joints and in their local thinning due to the low content of alloying elements or due to hydrodynamic features of the flows arising in back of taps, throttling devices, cone transitions and similar pre-connected sections. The goal of the study is to elucidate the effect of flow-accelerated corrosion on the development of fatigue cracks in welded joints. We used the formulas of fracture mechanics to describe the time-dependent undergrowth of cracks and empirical data to describe the dependence of flow-accelerated corrosion on the operation time and postulated residual defect structure. The proposed approach provided estimation the effect of flow-accelerated corrosion on the rate of crack developing in the equipment or pipeline. It is shown that flow-accelerated corrosion can both reduce and significantly increase the crack growth rate. The distribution of defects versus the operating time is obtained, taking into account the entire set of possible missed defects. The distribution obtained provides for more correct assessing of the reliability and safety of welded joints of the NPP equipment and pipelines.

атомная станцияэрозия-коррозиятрещина усталостискорость роста трещиныостаточная дефектностьnuclear power plant (NPP)flow-accelerated corrosionfatigue crackcrack growth rateresidual defect structureReferencesDejoux L., Trevin S., Tigeras A., Alos-Ramos O., Lemettre P.-Y. Flamanville 3 EPR: FAC-Free by Design / Proc. FAC-2013. Avignon, France, 21 – 24 May 2013.Dejoux L., Trevin S., Tigeras A., Alos-Ramos O., Lemettre P.-Y. Flamanville 3 EPR: FAC-Free by Design / Proc. FAC-2013. Avignon, France, 21 – 24 May 2013.NSAC-202L-R2. Recommendations for an effective flow-acceleration corrosion program. EPRI, Palo Alto, CA, April 1999.NSAC-202L-R2. Recommendations for an effective flow-acceleration corrosion program. EPRI, Palo Alto, CA, April 1999.Томаров Г. В., Шипков А. А., Комиссарова Т. Н. Эрозионно-коррозионный износ энергетического оборудования: исследования, прогнозирование и предупреждение. Ч. 2. Прогнозирование и предупреждение общей и локальной эрозии-коррозии / Теплоэнергетика. 2018. № 8. С. 17 – 28.Tomarov G. V., Shipkov A. A., Komissarova T. N. Flow-accelerated corrosion wear of power-generating equipment: investigations, prediction, and prevention: Part 2. Prediction and prevention of general and local flow-accelerated corrosion / Teploénergetika. 2018. N 8. P. 17 – 28 [in Russian].Гетман А. Ф. Ресурс эксплуатации сосудов и трубопроводов АЭС. — М.: Энергоатомиздат, 2000. — 427 с.Getman A. F. Resource of operation of vessels and pipelines of NPP. — Moscow: Énergoatomizdat, 2000. — 427 p. [in Russian].Данилов А. В., Камышев А. В. и др. Применение метода акустоупругости для определения остаточных сварочных напряжений в сварных соединениях / В мире неразрушающего контроля. 2020. Т. 23. № 3. С. 10 – 17.Danilov A. V., Kamyshev A. V., et al. Apply the acoustoelastic method to determine residual stresses in welded joints / V Mire Nerazr. Kontrolya. 2020. Vol. 23. N 3. P. 10 – 17 [in Russian].Кузьмин Д. А., Кузьмичевский А. Ю., Верташенок М. В. Остаточная дефектность и вероятность существования дефектов с размером, превышающим допускаемое значение / Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2020. Т. 16. № 5. С. 414 – 423.Kuzmin D. A., Kuzmichevsky A. Yu., Vertashenok M. V. Investigation of the probability of existence of defects with a size exceeding the allowed value / Stroit. Mekh. Inzh. Konstr. Sooruzh. 2020. Vol. 16. N 5. P. 414 – 423. DOI: 10.22363/1815-5235-2020-16-5-414-423 [in Russian].Руководство по расчету на прочность оборудования и трубопроводов реакторных установок РБМК, ВВЭР и ЭГП на стадии эксплуатации, включая эксплуатацию за пределами проектного срока службы (РД ЭО 1.1.2.05.0330–2012). — М.: Росэнергоатом, 2012. — 174 с.Guidelines for calculating the strength of equipment and pipelines of RBMK, VVER and EGP reactor installations at the operational stage, including operation beyond the design life (RD EO 1.1.2.05.0330–2012). — Moscow: Rosénergoatom, 2012. — 174 p. [in Russian].Махутов Н. А., Гаденин М. М. Структура основных расчетов для определения исходного и остаточного ресурса безопасной эксплуатации / Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2018. № 2. С. 21 – 33.Makhutov N. A., Gadenin M. M. Structure of the main calculations for determination of the initial and remaining safe service / Prob. Bezopasn. Chrezvych. Sit. 2018. N 2. P. 21 – 33 [in Russian].Махутов Н. А., Резников Д. О. и др. Методические особенности анализа накопления повреждений и достижения предельных состояний объектов при комбинированных многопараметрических воздействиях силовых факторов и среды / Безопасность в техносфере. 2015. № 4. С. 24 – 31.Makhutov N. A., Reznikov D. O., et al. Methodical features analysis of damage accumulation and achievement of the ultimate state of objects under combined impacts of multiparameter force factors and environment / Bezopasn. Tekhnosf. 2015. N 4. P. 24 – 31 [in Russian].Махутов Н. А., Гаденин М. М. Комплексная оценка прочности, ресурса, живучести и безопасности машин в сложных условиях нагружения / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2020. № 4. С. 24 – 34.Makhutov N. A., Gadenin M. M. Comprehensive assessment of the strength, life, survivability and safety of machines under difficult loading conditions / Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mashin. 2020. N 4. P. 24 – 34. DOI: 10.31857/S0235711920040094 [in Russian].Антонов А. В., Острейковский В. А. Ресурс и срок службы оборудования энергоблоков атомных станций (на примере энергоблоков Смоленской АЭС) — М.: Инновационное машиностроение, 2017. — 535 с.Antonov A. V., Ostreikovsky V. A. Resource and service life of equipment for nuclear power units (on the example of Smolensk NPP power units). — Moscow: Innovatsionnoe mashinostroenie, 2017. — 535 p. [in Russian].Кузьмин Д. А., Бараненко В. И. Влияние отложений на характер коррозионных процессов и ультразвуковой контроль толщин стенок трубопроводов / Тяжелое машиностроение. 2020. № 4. С. 16 – 21.Kuzmin D. A., Baranenko V. I. Influence of deposits on the nature of corrosion processes and ultrasonic control of pipeline wall thickness / Tyazh. Mashinostr. 2020. N 4. P. 16 – 21 [in Russian].Томаров Г. В., Шипков А. А. Применение программных средств прогнозирования скорости эрозии-коррозии для обеспечения целостности оборудования и трубопроводов энергоблоков АЭС / Теплоэнергетика. 2020. № 8. С. 101 – 112.Tomarov G. V., Shipkov A. A. Application of software tools for predicting the corrosion-erosion rate to ensure integrity of equipment and piping of power units at nuclear power stations / Teploénergetika. 2020. N 8. P. 101 – 112 [in Russian].Poulson B. Predicting and preventing flow accelerated corrosion in nuclear power plant / Int. J. Nuclear Energy. 2014. Article ID 423295. P. 23.Poulson B. Predicting and preventing flow accelerated corrosion in nuclear power plant / Int. J. Nuclear Energy. 2014. Article ID 423295. P. 23.Аркадов Г. В., Гетман А. Ф., Родионов А. Н. Надежность оборудования и трубопроводов АЭС и оптимизация их жизненного цикла (вероятностные методы) — М.: Энергоатомиздат, 2010. — 424 с.Arkadov G. V., Getman A. F., Rodionov A. N. Reliability of NPP equipment and pipelines and optimization of their life cycle (probabilistic methods). — Moscow: Énergoatomizdat, 2010. — 424 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.