Физико-статистические модели управления ресурсом оборудования второго контура атомных электростанций (22.06.2009)

Автор: Гулина Ольга Михайловна

Одной из наиболее типичных задач при диагностике технического состояния различного оборудования АЭС является решение задачи о раннем распознавании неисправности оборудования на основе анализа изменения контролируемого параметра. Эффективность системы контроля в существенной степени зависит от алгоритма обработки информации о состоянии контролируемого оборудования. Для получения максимально достоверного решения о наличии разладки процесса предлагается анализировать не сам исходный случайный низкочастотный процесс ?t, а функцию от него:

. Для получения оценок S и c адаптированы метод золотого сечения (для оптимизации длины шага) и методы оптимизации нулевого порядка.

Рисунок 4. Графическое отображение целевой функции

Третий раздел посвящен вопросам прогнозирования ресурса оборудования второго контура методами суммирования повреждений. Рассмотрены критерии предельного состояния и модели накопления повреждений в материале оборудования конденсатно-питательного тракта.

Старение материала того или иного оборудования АЭС сопровождается накоплением повреждений в материале оборудования, что приводит к сокращению остаточного ресурса. Модель оценки остаточного ресурса разработана на основе метода суммирования повреждения, предложенного в работах Болотина В.В.

Относительный возраст металла (т.е. накопленные квазистатические повреждения от длительного воздействия медленно меняющихся напряжений, температуры и коррозионной среды) можно определить как сумму отношений продолжительностей работы оборудования в известных условиях ti к рассчитанному максимальному времени наработки до отказа этого оборудования в аналогичных условиях ?i:

соответствует работе оборудования в течение некоторого времени ti с известными эксплуатационными параметрами, от которых зависит время до разрушения ?i, а ?(t) - относительный возраст металла, обусловленный работой на нескольких режимах (где n - число режимов к моменту времени t)

Тогда вероятность безотказной работы (ВБР) можно определить как вероятность невыхода ?(t) за уровень d=1, т.е. ?(0)=0, а ?(?)=1.

Для различных процессов старения введена вероятностная мера повреждения. Для тонкостенного оборудования, к которому относятся и теплообменные трубки ПГ, характерны нелинейные эффекты накопления повреждений. Модели нелинейного суммирования повреждений для оценки остаточного ресурса построены на основе работ Ю.И. Лихачева.

Большинство задач оценки ресурсных характеристик относятся к задаче пересечения уровня стохастическим процессом накопления повреждений. Предложен асимптотический подход к расчету вероятности безотказной работы на основе ЦПТ. Метод применен к накопленному повреждению в гибах паропроводов с двухфазным теплоносителем вследствие каплеударной эрозии и в теплообменных трубках парогенератора в условиях коррозионного растрескивания под напряжением.

Модель каплеударной эрозии построена на основе феноменологического подхода, когда повреждающее воздействие от капель влаги в двухфазном потоке приводит к эрозионному повреждению поверхности в весьма малом объеме. Интенсивность этого процесса зависит от скорости потока, давления, температуры, влажности пара, свойств материала. Микроповреждение, вызванное ударным воздействием одной капли, является, в общем случае, случайной величиной.

Здесь fn, М1 и D – соответственно плотность распределения числа соударений, математическое ожидание и дисперсия накопленного повреждения,

fv, fr – соответственно, скорости плотности распределения потока и радиуса капли.

Работоспособное состояние ПГ в большой степени определяется состоянием трубчатки, которое зависит от более, чем 40 параметров. Возможность выделить в течение эксплуатации режимы с приблизительно однородными значениями параметров позволила использовать метод суммирования повреждений, для которого разработаны линейная и нелинейная модели. Вероятностная мера повреждения определена через основной процесс старения – коррозионное растрескивание под напряжением. Зависимость времени до разрушения в условиях КРН описывается полуэмпирическим уравнением, полученным Герасимовым В.В. и Горбатых В.П.,

- концентрации кислорода и хлор-иона, мг/кг; (0 = 17, 64(109 мм/ч - скорость звука в металле; b=2.53(10-10 м - вектор Бюргерса; (=0,22, NA – число Авогадро.

Доверительный интервал для оценки вероятности отказа построен в соответствии с теоремой Лапласа. Границы для оценки ?

где ?L и ?U - соответственно нижняя и верхняя границы доверительного интервала.

????????????x

???????

`„7a$gd6

При наличии на теплообменной поверхности отложений продуктов коррозии необходимо учитывать концентрирование в них хлорид-ионов. Для учета повышенной концентрации хлорид-иона непосредственно у поверхности металла теплообменной трубы под слоем отложений можно использовать формулу Макбета

где ? – толщина отложений, м; ?? – плотность воды на линии насыщения при рабочем давлении, кг/м3; r – теплота парообразования, кДж/кг; a – пористость отложений (a=0,3); DCl – коэффициент диффузии хлорид-иона в отложениях, м2/с, CCl – концентрация хлора в продувочной воде, q – тепловой поток.

В табл. 2 приведены результаты расчета остаточного ресурса трубчатки ПГ без учета и с учетом концентрирования хлор-иона в отложениях при различных критериях предельного состояния трубчатки, тыс. ч.

Таблица 2

Результаты расчета остаточного ресурса трубчатки ПГ при различных критериях предельного состояния трубчатки, тыс. ч.

Концентрации активаторов Без учета концентрирования

хлор-иона С учетом концентрирования

хлор-иона

С, мкг/кг d=16%* d=18% d=16%* d=18%

O2 = 10; Cl- = 50 200 358 151 238

O2 = 10; Cl- = 100 104 125 64 83

O2 = 10; Cl-= 150 63 78 45 54

O2 = 50; Cl- = 50 118 161 81 118

O2 = 50; Cl- = 100 23 28 15 17

O2 = 50; Cl- = 150 17 19 12 14

Здесь d – предельное число заглушенных ТОТ.

Чтобы управлять состоянием объекта и, следовательно, его ресурсом, необходимо воздействовать на эксплуатационные факторы. Исследование на основе разработанной модели суммирования повреждений в условиях КРН показало необходимость поддерживать концентрации активаторов коррозии в продувочной воде ПГ в жестких пределах. Критерий предельного числа глушений ТОТ d также является значимым фактором.

Качественное техническое обслуживание оборудования, использование новых методов периодического неразрушающего контроля, улучшение ВХР, использование дополнительной информации из экспериментов и предыдущего опыта эксплуатации позволяют управлять ресурсом оборудования АС. Для того чтобы учесть максимум возможной информации, разработаны алгоритмы метода стохастической фильтрации Калмана. Его применение показано на примере прогнозирования ресурса трубчатки ПГ в четвертой главе. Для учета разнородной информации об объекте с учетом ее неопределенности, а также для учета мероприятий, проведенных или планируемых для снижения скорости процессов старения, разработаны процедуры линейной стохастической фильтрации Калмана на основе суммирования повреждений и на основе роста коррозионной трещины в материале ТОТ ПГ.

Характерной особенностью всех выявленных на образцах теплообменных труб ПГ дефектов является их расположение на наружной поверхности:

на свободных участках


загрузка...