Методические особенности конечно-элементного исследования прочности трубопроводов водо-водяных энергетических реакторов с учётом локальных утонений от воздействия эрозионно-коррозионных процессов

Артём [Artem] Евгеньевич [E.] Гусаров [Gusarov]; Виталий [Vitaliy] Борисович [B.] Озеров [Ozerov]; Людмила [Lyudmila] Васильевна [V.] Сергеева [Sergeeva]

doi:10.24160/1993-6982-2020-2-26-33

Артём [Artem] Евгеньевич [E.] Гусаров [Gusarov]
Виталий [Vitaliy] Борисович [B.] Озеров [Ozerov]
Людмила [Lyudmila] Васильевна [V.] Сергеева [Sergeeva]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2020-2-26-33

Ключевые слова: локальные утонения, эрозионно-коррозионный износ, компьютерное моделирование, метод конечных элементов, трубопроводы

Аннотация

Работа посвящена особенностям методики прочностных расчётов трубопроводов второго контура атомных электрических станций (АЭС) с учётом локальных утонений, возникающих в результате эрозионно-коррозионных процессов. Приведены отличия эрозионно-коррозионных процессов в однофазном и двухфазном потоках.

Геометрические особенности трубопроводов имеют существенное значение не только для оценки интенсивности эрозии-коррозии металла, но и для итоговой прочностной оценки, в частности, при расчёте на прочность трубопроводов, получивших локальные утонения стенок. Точность прогнозов срока эксплуатации трубопроводных конструкций напрямую зависит от расчета прочности элементов трубопроводов, получивших локальные утонения, особенно, если они имеют сложную форму. К таким элементам можно отнести колена, патрубки, адаптеры (переходы), обечайки. Все они являются тонкостенными конструкциями сложной формы, и для их расчётного исследования наилучшим образом подходят программные комплексы типа «ERCO», «PELBOW». Указанные программы базируются на оболочечной конечно-элементной методике, позволяющей задавать толщину в каждом узле конечного элемента либо с помощью определённых зависимостей, либо (в отдельных случаях) вручную. Участок трубопровода, в соответствии с трёхмерной конечно-элементной теорией толстостенных оболочек, можно аппроксимировать сеткой конечных изопараметрических трехмерных элементов толстой оболочки. Эрозионно-коррозионный износ (ЭКИ) существенным образом зависит от химического состава сталей. Представлено сравнение отечественной стали 10Х9МФБ и близкой по химическому составу, а также по эксплуатационным характеристикам, хорошо зарекомендовавшей себя и широко используемой для трубопроводов АЭС зарубежной стали Р91 с целью рекомендации стали 10Х9МФБ к использованию.

Сведения об авторах

Артём [Artem] Евгеньевич [E.] Гусаров [Gusarov]

Гусаров Артём Евгеньевич — аспирант НИЦ «Курчатовский институт»

Виталий [Vitaliy] Борисович [B.] Озеров [Ozerov]

Озеров Виталий Борисович — аспирант НИЦ «Курчатовский институт»

Людмила [Lyudmila] Васильевна [V.] Сергеева [Sergeeva]

Сергеева Людмила Васильевна — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт», e-mail: serg-rncki@rambler.ru

Литература

1. Гулина О.М., Сальников Н.Л., Бараненко В.И. Разработка нормативной документации для управления ресурсом оборудования АЭС в условиях эрозионно-коррозионного износа // Ядерная физика и инжиниринг. 2013. № 3. С. 273—278.
2. Бараненко В.И., Гулина О.М., Сальников Н.Л., Мурзина О.Э. Обоснование расчетов скорости ЭКИ и остаточного ресурса трубопроводов АЭС по данным эксплуатационного контроля // Известия вузов. Серия «Ядерная энергетика». 2016. № 2. С. 55—65.
3. ПН АЭ Г-7-002—86. Нормы расчёта на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
4. РД ЭО 1.1.2.11.0571—2015. Нормы допускаемых толщин элементов трубопроводов из углеродистых сталей при эрозионно-коррозионном износе.
5. Бараненко В.И., Гулина О.М., Нафталь М.М. Арефьев А.А., Юрманов В.А. Использование программных средств для расчета эрозионно-коррозионного износа // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Материалы VIII Междунар. науч.-техн. конф. Подольск: Гидропресс, 2013. С. 1—10.
6. Крицкий В.Г. и др. Моделирование водно-химического режима II контура АЭС с ВВЭР // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. Подольск: Гидропресс, 2017. С. 1—11.
7. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.
8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010614678 «ERCO» / Л.В. Сергеева // Заявка № 2010612928 от 27.05.10 г.
9. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615610 «PELBOW» / Л.В. Сергеева // Заявка № 2012613175 от 24 апреля 2012 г.
10. Подлатов М.А. Обеспечение безопасной эксплуатации трубопроводов и оборудования блока АС, потенциально подверженных ЭКИ // Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики: Материалы IX Междунар. науч.-техн. конф. М.: Атомтехэнерго, 2014. С. 1—38.
11. Новичкова О.В. и др. Снижение эрозионно-коррозионного износа трубопроводов второго контура АЭС с ВВЭР // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. Подольск: Гидропресс, 2011. С. 1—2.
12. Озеров В.Б., Сергеева Л.В. Анализ характеристик и оптимизация выбора конструкционных материалов для трубопроводов АЭС с учётом изменения их прочности на всех этапах жизненного цикла // Вестник машиностроения. 2015. № 11. С. 62—69.
---
Для цитирования: Гусаров A.E., Озеров В.Б., Сергеева Л.В. Методические особенности конечно-элементного исследования прочности трубопроводов водо-водяных энергетических реакторов с учётом локальных утонений от воздействия эрозионно-коррозионных процессов // Вестник МЭИ. 2020. № 2. С. 26—33. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-2-26-33.
#
1. Gulina O.M., Sal'nikov N.L., Baranenko V.I. Razrabotka Normativnoy Dokumentacii dlya Upravleniya Resursom Oborudovaniya AES v Usloviyakh Erozionno-korrozionnogo Iznosa. Yadernaya Fizika i Inzhiniring. 2013;3:273—278. (in Russian).
2. Baranenko V.I., Gulina O.M., Sal'nikov N.L., Murzina O.E. Obosnovanie Raschetov Skorosti EKI i ostatochnogo resursa truboprovodov AES po Dannym Ekspluatacionnogo Kontrolya. Izvestiya Vuzov. Seriya «Yadernaya Energetika». 2016;2:55—65. (in Russian).
3. PN AE G-7-002—86. Normy Rascheta na Prochnost' Oborudovaniya i Truboprovodov Atomnykh Energeticheskikh Ustanovok. (in Russian).
4. RD EO 1.1.2.11.0571—2015. Normy Dopuskaemykh Tolshchin Elementov Truboprovodov iz Uglerodistykh Staley pri Erozionno-korrozionnom Iznose. (in Russian).
5. Baranenko V.I., Gulina O.M., Naftal' M.M. Aref'ev A.A., Yurmanov V.A. Ispol'zovanie Programmnykh Sredstv dlya Rascheta Erozionno-korrozionnogo Iznosa. Obespechenie Bezopasnosti AES s VVER: Materialy VIII Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Podol'sk: Gidropress, 2013:1—10. (in Russian).
6. Krickiy V.G. i dr. Modelirovanie Vodno-khimicheskogo Rezhima II Kontura AES s VVER. Obespechenie Bezopasnosti AES s VVER: Materialy Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Podol'sk: Gidropress, 2017:1—11. (in Russian).
7. Zenkevich O. Metod Konechnykh Elementov v Tekhnike. M.: Mir, 1975. (in Russian).
8. Svidetel'stvo o Gosudarstvennoy Registracii Programmy dlya EVM № 2010614678 «ERCO» / L.V. Sergeeva. Zayavka № 2010612928 ot 27.05.10 g. (in Russian).
9. Svidetel'stvo o Gosudarstvennoy Registracii Programmy dlya EVM № 2012615610 «PELBOW» / L.V. Sergeeva. Zayavka № 2012613175 ot 24 aprelya 2012 g. (in Russian).
10. Podlatov M.A. Obespechenie Bezopasnoy Ekspluatacii Truboprovodov i Oborudovaniya Bloka AS, Potencial'no Podverzhennykh EKI. Bezopasnost', Effektivnost' i Ekonomika Atomnoy Energetiki: Materialy IX Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. M.: Atomtekhenergo, 2014: 1—38. (in Russian).
11. Novichkova O.V. i dr. Snizhenie Erozionno-korrozionnogo Iznosa Truboprovodov Vtorogo Kontura AES s VVER. Obespechenie Bezopasnosti AES s VVER: Materialy Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Podol'sk: Gidropress, 2011: 1—2. (in Russian).
12. Ozerov V.B., Sergeeva L.V. Analiz Kharakteristik i Optimizaciya Vybora Konstrukcionnykh Materialov dlya Truboprovodov AES s Uchetom Izmeneniya ikh Prochnosti na Vsekh Etapakh Zhiznennogo Cikla. Vestnik Mashinostroeniya. 2015;11: 62—69. (in Russian).
---
For citation: Gusarov A.E., Ozerov V.B., Sergeeva L.V. Methodological Features of a Finite-element Analysis Aimed at Studying the Strength of LWR Pipelines Taking into Account Local Thinning Caused by Flow Accelerated Corrosio. Bulletin of MPEI. 2020;2: 26—33. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-2-26-33.