Оценка эффективной длины микротрещин, возникающих в водо-паропроводе при циклическом режиме работы парогенератора АЭС

При эксплуатации водо-водяных реакторов, включая и реакторы типа КЛТ-40, широко используемых в настоящее время на ледоколах и плавучих энергоблоках (ПЭБ), остро стоит вопрос о продолжительности безопасной работы парогенераторов. Проблема связана с образованием микротрещин в водо-паропроводе парогенератора, при нормальной эксплуатации на мощности, через которые в паропровод приникает радиоактивный азот ¹⁶N₇, содержание которого в паре как раз и свидетельствует о признаке нарушения герметичности водо-паропровода второго контура парогенератора. Этот эффект, получивший в дальнейшем название «протечки», рассматривался ранее в ряде работ авторов в условиях циклической работы водопарового режима парогенератора. В настоящей работе основное внимание уделяется математическому и физическому анализу механизмов, обуславливающих образование микротрещин в паропроводе парогенератора, возникающих в области паропровода, в которой уравновешиваются давления воды и пара, а также проводится оценка их эффективной длины. Проведены расчеты температурного распределения по толщине паро-трубопровода в переходной области пар-вода при периодическом «захлестывании» этой области водой. При этом показано, что в зависимости от времени периода колебаний пар-вода радиальное температурное распределение по толщине трубки демонстрирует существенное различие в распределении при постоянной температуре на внешней поверхности трубки, причем максимальная разность температур наблюдается в области внутренней поверхности трубки. Распределение механических напряжений, возникающих в металле трубки, характеризуется линейной зависимостью напряжений от температуры, максимальное значение которых соответствует максимальной разности температур, характерных для области внутренней поверхности трубки. Это позволяет констатировать, что образование трещин начинается именно с области внутренней поверхности трубки парогенератора в указанной переходной его области.

1. Иванов Е.А., Пырков И.В., Хамьянов Л.П. Модель накопления радионуклидов в котловой воде парогенераторов АЭС с ВВЭР-440 и -1000. Атомная энергия. 1994;77(1):58–63. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/4940 (дата обращения: 16.09.2023).

2. Иванов Е.А., Пырков И.В., Хамьянов Л.П. Методика диагностики протечки теплоносителя первого контура в котловую воду парогенераторов АЭС с ВВЭР-440 и -1000. Атомная энергия. 1994;77(1):51–58. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/4939 (дата обращения: 16.09.2023).

3. Елохин А.П., Федорченко С.Н. Способ оценки протечки радиоактивного азота 16N7 в парогенераторах, используемых на ядерных реакторах типа КЛТ-40. Патент РФ №2754755, бюл. № 25 от 07.09.2021. Приоритет от 31.12.2020. Режим доступа: https://patents.google.com/patent/RU2754755C1/ru (дата обращения: 16.09.2023).

4. Елохин А.П., Федорченко С.Н. Расчетно-измерительный метод оценки протечки радиоактивного азота 16N7 в парогенераторах, используемых на ядерных реакторах типа КЛТ-40. Глобальная ядерная безопасность. 2021;4(41):16–30. https://doi.org/10.26583/gns-2021-04-02

5. Elokhin A.P., Fedorchenko S.N. Determination of the leakage area of radioactive nitrogen 16N in steam generators in reactors of KLT-40 type. Physics of Atomic Nuclei. 2022;85(2):S42–S49. ISSN 1063-7788. https://doi.org/10.1134/S106377882214006X

6. Elokhin A.P., Fedorchenko S.N. Calculation and instrumentation method of assessment of radioactive nitrogen 16N7 leaks in steam generators applied at KLT-40 type nuclear reactors. AIP (American Institute of Physics) Conference Proceedings (published online 09 March 2023). 2023. Vol. 2700. Р. 050017-050017-15. https://doi.org/10.1063/5.0125107

7. Тихонов А.Н, Самарский А.А. Уравнения математической физики. Москва: Наука, 1966. 724 с. Режим доступа: https://studizba.com/files/show/djvu/3304-1-umf-tihonov.html (дата обращения: 16.09.2023).

8. Арсенин В.Я. Математическая физика. Основные уравнения и специальные функции. Москва: Наука, 1966. 367 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01005948961 (дата обращения: 16.09.2023).

9. Зайцев В.Ф., Полянин А.Д. Справочник по линейным обыкновенным дифференциальным уравнениям. Москва: Факториал, 1997. 303 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01001763480 (дата обращения: 16.09.2023).

10. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами. М. Абрамовиц, Д. Липман, А. Мак Ниш и др.; под ред. М. Абрамовица и И. Стиган; пер. с англ. под ред. В.А. Диткина и Л.Н. Кармазиной. Москва: Наука, 1979. 832 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01007759009 (дата обращения: 16.09.2023).

11. Прудников, А.П., Брычков Ю.А. Маричев О.И. Интегралы и ряды. Специальные функции. Москва: Наука, 1983. 750 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01001177065 (дата обращения: 16.09.2023).

12. Проскуряков К.Н., Беликов С.О., Адаменков А.К., Костин А.В. Прогнозирование возникновения акустических резонансов в системе генерации и транспортировки пара АЭС с ВВЭР. Глобальная ядерная безопасность. 2012;2-3(4):70–75. Режим доступа: https://viti-mephi.ru/sites/default/files/pages/docs/gyb_2-34.pdf (дата обращения: 16.09.2023).

13. Исакович М.А. Общая акустика. Москва: Наука, 1973. 495 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01007129077 (дата обращения: 16.09.2023).

14. Лепендин Л.Ф. Акустика. Москва: Высшая школа. 1978, 448 с. Режим доступа: https://books.totalarch.com/node/5238 (дата обращения: 16.09.2023).

15. Елохин А.П., Ксенофонтов А.И., Исса Алалем, Федорченко С.Н. Метод экспресс-оценки средней энергии спектра -излучения радионуклидов в условиях радиационных аварий в помещениях спецкорпуса АЭС. Глобальная ядерная безопасность. 2018;2(27):7–15. Режим доступа: https://viti-mephi.ru/sites/default/files/pages/docs/gyb.2018.2.pdf (дата обращения: 16.09.2023).

16. Елохин А.П. Методы и средства систем радиационного контроля окружающей среды. Монография. Москва: НИЯУ МИФИ, 2014. 520 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01007901898 (дата обращения: 16.09.2923).