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缺陷表征准则条款的改进分析及对压力容器在役检查的应用

时间:2022-11-16 17:05:04 来源:网友投稿

计划的一部分仍会对该缺陷区域实施跟踪检查,只是检查间隔由40个月增加到120个月。

然而,ASME委员会认为原有的表面接近规则(如图2中C所示)是基于应力强度因子制定而成。由于缺陷和内表面之间的韧带区存在屈服的可能,如果按照原表面接近规则来表征缺陷并进行分析评定,从而取消对缺陷部位的重复检查,可能并非充分可靠。尤其对于那些表面接近因子0.4≤Y=S/a<1(如图2中B所示)之间的缺陷,如果按原规则表征为深埋缺陷,则剩余韧带区可能在后续运行过程中存在屈服甚至发生开裂。如开裂后缺陷接触到反应堆冷却剂,则更是存在裂纹加速扩展的可能。

因此,2013版ASME第XI卷规定只有对S>a的深埋缺陷才存在免受重复检查的资格,如图1直线A上部区域所示。直线A和B之间的阴影区域,则体现了新规则的保守性,即在该区域的缺陷如按照1998版XI卷表征为深埋缺陷,按照2013版则为表面缺陷。如直线A倾斜部分所示,缺陷离容器表面的距离S随着缺陷尺寸a的增大而线性增加,即深度a越大的缺陷要表征为表面缺陷所需要的距离S也越长;而直线A水平部分,则为应用该条款的下限,对于a<0.25 in的缺陷,只有在S<0.25 in时,才能表征为表面缺陷。

该表面接近准则主要是基于:缺陷离表面距离多近时,作用于剩余韧带区的平均应力将超过材料的屈服应力这一原理制定的。如果超过,剩余韧带区将存在断裂的风险,则表征为表面缺陷,加强重复检查。

3 案例分析

3.1 在役检查

某电厂换料大修期间,对反应堆压力容器筒体环焊缝(环带区外)实施经过无损检测能力验证的超声检测,发现存在平面类缺陷,具体参数如图3所示。随后,进行采用纵波直探头,45°和60°横波斜探头进行补充检验,最终确定该缺陷为平面型缺陷。

该缺陷深长比a/l为0.05,对应的a/t为3.4%,超过表ASME第XI卷IWB-3510-1中最大允许值2.2%,即超过了验收标准IWB-3510。由于缺陷超过IWB-3500规定的允许缺陷尺寸,于是该电厂采用ASME第XI卷附录A推荐的分析方法实施评定。

3.2 放宽检验的申请

该电厂依据10CFR50.55a的规定,即按照ASME规范的要求执行检查,如果该过程非但不能补偿性提升安全与质量水平,而且还导致检查过程存在困难,则可以提出放宽检查的申请。

对该电厂反应堆压力容器筒体环焊缝存在缺陷的区域实施检查的先决条件包括:首先需将全部燃料组件移出堆芯,接着将下部堆内构件移出。该些活动将占据大修关键路径,如按计划完成约2.5 d。除了现场培训、电厂支持和占据关键路径所造成的成本,采用自动化的检测装置在第1和第2个周期的检测成本将远高于第3个周期。

在堆腔区域组装和拆卸自动化检测装置的剂量率大约为1个人·rem。此外,在对压力容器进行检查将大约会产生2~3个立方英尺的放射性废料。如按现行的条款执行,无论是人员剂量还是废料的产生均会是3的倍数。如果仅在间隔末期实施检查,则剂量率水平和放射性废物均会大幅度减少。

综上,尽管受检范围小,对于深埋的非运行所致的缺陷实施重复检查,不但不会补偿性提升安全和质量水平,反而会产生巨大的成本压力及遭受高剂量率水平。

(1)因此,该电厂采用表1中新增内容作为替代条件,并满足以下条件,作为申请免除在该间隔第1个周期和第2个周期对该缺陷实施重复检查的依据。

(2)因为S=0.45 in,a=0.305 in,缺陷位于S=a的上部区域,即表征为深埋缺陷;

(3)该缺陷通过ASME第XI卷IWB-3600的评定,即验证该缺陷在电厂40年运行首期寿期内均可通过评定验收;

此外,该电厂将在间隔末对该条焊缝(含缺陷区域)实施定期体积检查。

由于满足相应条件,最终该放宽检查申请通过监管当局的审批。

4 结语

对于基于ASME规范建造的核电机组,新版XI卷中缺陷表征和重复检查条款的改进,有助于电厂在确保运行安全性与可靠性的前提下,将更多的资源投入到容器中更需要重复检查的役致缺陷区域,从而在成本控制或是剂量控制上得以优化。

参考文献

[1]ASME BPVC, Section XI, Division 1.Rules for Inservice Inspection of Nuclear Power Plant Components, 2013 Edition.

[2]ASME BPVC, Section XI, Division 1.Rules for Inservice Inspection of Nuclear Power Plant Components, 1998 Edition through 2000 Addenda.

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