Отдел конструкционной прочности и прочностной надежности АЭС

Термины и определения
Область деятельности, некоторые задачи, решаемые для АЭС
Перечень основных работ, выполненных в последнее время
Инновационная деятельность
Патенты
Структура отдела и кадровый состав
Программные средства
Публикации и конференции
Статьи, опубликованные в последнее время
Материалы конференций и семинаров
Книги
Семинары, организованные сотрудниками отдела
Используемые НТД
Документы, разработанные ОАО «ВНИИАЭС» с участием сотрудников отдела
Контакты

Термины и определения

Прочность – свойство материалов, деталей, конструкций или технических систем, изготовленных по определенной технологии, сопротивляться внешним и внутренним механическим и термомеханическим нагрузкам на протяжении определенного времени и в условиях конкретной среды, характеризуемой температурой, химическим составом и состоянием, гравитационными, радиационными, электромагнитными и другими физическими полями, без разрушения, с сохранением формы и целостности в пределах, достаточных для выполнения ими своих функций.
Прочностная надежность – это прочность, описанная в терминах надежности, определенных ГОСТ Р-27.002-2009 (ГОСТ Р 53480-2009 «Надежность в технике. Термины и определения»).
Для описания прочностной надежности можно использовать следующие критерии:

Прочностная безопасность – это надежность деталей, конструкций и технических систем или их элементов по отношению к жизни и здоровью людей и экологии окружающей среды.

Особенности обеспечения прочности на стадии проектирования – выполнение требований «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭС» ПНАЭГ-7-002-86, в соответствие с которыми расчеты на прочность выполняют для выбора геометрических размеров, а затем для обоснования ресурса в пределах назначенного срока службы (поверочный расчет прочности).
Особенности обеспечения прочности на стадии изготовления – контроль прочностных характеристик металла элементов конструкций в процессе их изготовления.
Особенности обеспечения прочности на стадии эксплуатации – контроль характеристик металла и конструкций в целом, определяющих их прочность в процессе эксплуатации. В случае их отклонения до недопустимого уровня – определение причин, в том числе анализ качества проектирования, изготовления и условий эксплуатации. Разработка рекомендаций по восстановлению прочностных характеристик, а также рекомендаций для этапов проектирования, изготовления и эксплуатации (в зависимости от причин) с целью предупреждения повторных случаев потери прочности.

Область деятельности, некоторые задачи, решаемые для АЭС

Главной разработкой отдела является – системная концепция обеспечения прочности (СКП).
На основе СКП разработаны новые технологии обеспечения прочности, в совокупности названные Системной технологией обеспечения прочности, позволяющие во много раз повысить прочностную надежность, прочностную безопасность и экономическую эффективность изделий современной техники, в том числе элементов АЭС. В рамках СКП разработано 34 изобретения, защищенные авторскими свидетельствами и патентами.
Одной из последних разработок является «Методология безопасного увеличения периодичности эксплуатационного контроля оборудования и трубопроводов с 4 до 8 лет».
Применение «Методологии…» на АЭС позволит повысить их коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) на 7%, а надежность и безопасность эксплуатации – в десятки раз.
В рамках СКП разработаны методы и технологии решения задач, основные из которых перечислены ниже.

Эрозионно-коррозионный износ элементов оборудования и трубопроводов

С использованием разработанных программных средств (ПС), руководящих документов (РД), методических указаний (МУ) и других материалов, имеющихся в ОАО «ВНИИАЭС» решаются задачи:

Перечень основных работ, выполненных в последнее время

  1. Разработаны и введены в действие приказом по ОАО «Росэнергоатом» в 2009 г. «Нормы дефектов сварных соединений №23 патрубков Ду1100 парогенераторов реакторных установок ВВЭР-440 энергоблоков №3 и №4 Нововоронежской АЭС и энергоблоков №1 и №2 Кольской АЭС».
  2. Выполнены измерения остаточных механических напряжений металла патрубков Ду1200 в районе СС №111 1ПГ-1 Балаковской АЭС и анализ их влияния на надежность оборудования.
  3. Разработан РД ЭО 0552-2004 «Методические рекомендации по применению системной методологии обеспечения целостности теплообменных трубок парогенераторов АЭС с РУ ВВЭР».
  4. Выполнены «Экспериментальные исследования метода акустической тензометрии для измерений усилий напряжения пучковой арматуры системы предварительного напряжения защитных оболочек реакторных отделений АЭС и разработка технических средств».
  5. Разработан документ «Тепломеханические элементы и материалы. Уроки международного изучения старения» (International Generic Ageing Lessons Learned Program. Working Group 1 (Mechanical Components). Data about aging of components of 1 safety class of the Russian NPP (IGALL).
  6. Выполнен «Анализ применимости концепции безопасности «Течь перед разрушением» для АЭС Моховце (Словакия), блок 3».
  7. Разработана «Методология безопасного перехода с 4-х на 8-летнюю периодичность эксплуатационного контроля оборудования и трубопроводов АЭС» (2014г.).
  8. Разработано программное средство ЭКИ-02 «Расчет скорости эрозионно-коррозионного износа (ЭКИ) в заданный момент времени, средней скорости ЭКИ в заданном временном интервале, а также утонения стенок трубопроводов второго контура с однофазной средой».
  9. Разработано программное средство ЭКИ-03 «Расчет скорости эрозионно-коррозионного износа (ЭКИ) в заданный момент времени, средней скорости ЭКИ в заданном временном интервале, а также утонения стенок трубопроводов второго контура с двухфазной средой».
  10. Разработан РД ЭО 1.1.2.11.0571-2010 «Нормы допускаемых толщин стенок элементов трубопроводов из углеродистых сталей при эрозионно-коррозионном износе».

Инновационная деятельность

С участием сотрудников отдела разработано более 30 изобретений, защищенных патентами или авторскими свидетельствами. Только в 2014 г. получено четыре патента на изобретения:

Патенты

Структура отдела и кадровый состав

В состав отдела входят лаборатории:

В отделе работают два доктора технических наук, один кандидат технических наук, специалисты с большим опытом работы на АЭС и команда молодых специалистов и выпускников профильных отраслевых вузов, два из которых - аспиранты.

Ключевые сотрудники отдела:

В 2014 году А.Ю. Кузьмичевский успешно защитил диссертацию «Исследование вероятностных закономерностей достижения предельных состояний элементов оборудования и трубопроводов АЭС во время их эксплуатации», представленную на соискание учёной степени кандидата технических наук.

Аннотация его диссертации.

В соответствии с нормативными документами (ОПБ-88/97, ПНАЭ Г 7-002-86) в проектный срок эксплуатации АЭС не должны появляться повреждения и разрушения. В действительности, в эксплуатации выявляются дефекты металла типа трещин, а в ряде случаев имели место разрушения.
Вследствие этого является актуальным исследование вероятностных закономерностей достижения элементами оборудования и трубопроводов предельных состояний и практическое использование полученных результатов для повышения безопасности АЭС во время их эксплуатации.
Существующие методы оценки прочности в вероятностном аспекте либо трудоемки, либо не в полной мере учитывают остаточную дефектность материала и её связь с качеством изготовления и достоверностью неразрушающего контроля.
Диссертационная работа направлена на преодоление указанных недостатков. Практическое применение разработанных методов показано на примере решения конкретных задач, возникающих во время эксплуатации АЭС.

К основным результатам диссертации можно отнести следующие:

Программные средства

При выполнении расчётов прочности отделом используются аттестованные программные средства (ПС):

Публикации и конференции

Сотрудниками отдела опубликовано более 300 научных работ, включая 7 монографий.

Статьи, опубликованные в последнее время

Материалы конференций и семинаров

Книги

Неразрушающий контроль и безопасность эксплуатации сосудов и трубопроводов давления

Рассмотрены вопросы оптимальной организации неразрушающего дефектоскопического контроля сосудов и трубопроводов давления при их эксплуатации (НКЭ) с точки зрения обеспечения их максимальной безопасности по критериям прочности и ресурсоспособности. При этом дано краткое описание фактического состояния НКЭ в ядерной энергетике в России и за рубежом, в тепловой энергетике и на нефтегазопроводах. Изложены методы и результаты исследования достоверности НКЭ, включая как оригинальные результаты авторов, так и результаты 16 западных стран, полученные по программе PISC I, II, III. Изложены методы нормирования дефектов, выявленных при НКЭ, с использованием методов механики разрушения. Приведены результаты расчета допустимых несплошностей в эксплуатации для главных трубопроводов АЭС и наиболее ответственных сосудов давления АЭС - корпусов реакторов. Приведены примеры нормирования дефектов. Дано описание методологии, методов и конкретных примеров количественного анализа влияния НКЭ на прочность, ресурс и надежность сосудов и трубопроводов давления (в детерминистической и вероятностной постановке). Описаны количественные методы управления прочностью, ресурсом и надежностью путем специальной организации НКЭ.
Для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских и проектных организаций и предприятий атомной и тепловой энергетики и нефтегазовой промышленности, а также для студентов вузов соответствующих специальностей.

Концепция безопасности "Течь перед разрушением" для сосудов и трубопроводов давления АЭС

Обобщены теоретические и экспериментальные результаты исследований, а также практический опыт работ, связанных с применением концепции "Течь перед разрушением" для обеспечения безопасности сосудов и трубопроводов давления АЭС у нас и за рубежом.
Для научно-технических работников и инженеров, работающих в области обеспечения безопасности эксплуатации сосудов и трубопроводов давления. Полезна также студентам соответствующих специальностей вузов.

Ресурс эксплуатации сосудов и трубопроводов АЭС

Обобщен многолетний опыт решения ресурсных задач на АЭС. Описаны методология, методы, технологии и технические средства, и нормативные документы, используемые на АЭС при решении ресурсных задач. Даны примеры контроля, оценки и продления ресурса эксплуатации КР, КО, ГЦТ, арматуры, коллекторов и трубопроводов КМПЦ, ПГ и других элементов оборудования реакторных  установок основных типов, используемых на АЭС России. Работы по обеспечению ресурса на стадии эксплуатации рассмотрены как продолжение решения ресурсных задач на стадиях конструирования и проектирования АЭС
Для инженерно-технических и научных работников, специализирующихся в области конструирования, изготовления и эксплуатации элементов конструкций и деталей оборудования АЭС, а также обеспечения их прочности, ресурса, надежности и безопасности.

Надежность оборудования и трубопроводов АЭС и оптимизация их жизненного цикла (вероятностные методы)

Дан обзор вероятностных методов расчета прочности ресурса оборудования и трубопроводов АЭС, в том числе с учетом старения и с использованием критериев сопротивления полному или частичному разрушению.
Особое внимание уделено вопросам практического применения результатов расчета при вероятностном анализе безопасности АЭС, при оптимизации эксплуатационного неразрушающего контроля состояния металла и при техническом обслуживании и ремонте.

Ресурс и надежность оборудования и трубопроводов АЭС

Рассмотрены вопросы безопасности атомных станций в зависимости от ресурса, старения и прочностной надежности оборудования и трубопроводов, а также технологии ресурсного проектирования. Показаны процессы обеспечения и контроля ресурса во время изготовления, монтажа и эксплуатации АЭС.
Представлены методы оценки остаточной дефектности металла конструкций АЭС, резервов прочности и ресурсоспособности и оптимизации неразрушающего контроля.
Приведены примеры применения вероятностных методов для оптимального решения проблемы управления ресурсом.

Probabilistic safety assessment for optimum nuclear power plant life management (PLiM). Theory and application of reliability analysis methods for major power plant components

Вероятностные методы оценки безопасности используются для расчета прочности и остаточного срока эксплуатации АЭС. Правильный расчет надежности и старения компонентов критически важен для предсказания безопасности и управления предупредительными ремонтами, и данная книга предоставляет всесторонный обзор теории и приложения данных методов.
В первой части представлен обзор вероятностных методов предсказания надежности оборудования. Согласно введению в основную терминологию, концепты и определения, обсуждаются формально-статистический и различные физико-статистические подходы. Рассматриваются подходы, основанные на использовании бездефектных моделей, в дополнение к которым используются бинормальное распределение и модели, основанные на остаточной дефектности конструкционных материалов. Практическое применение вероятностных методов для прочностной надежности рассмотрены во второй части. Анализируются вероятностные методы для повышения надежности и безопасности оборудования атомных станций, а также использование таких методов для оптимизации неразрушающего контроля, гидроиспытаний, технической сертификации и планово-предупредительного ремонта. Книга завершается информацией об использовании верояностных моделей в обеспечении герметичности теплообменных труб парогенераторов АЭС.
Книга адресована всем проектантам АЭС, операторам, инженерам и менеджерам по безопасности, а также широкому кругу ученых и исследователей в данной области.

Семинары, организованные сотрудниками отдела

Используемые НТД

В своей деятельности подразделение руководствуется законодательством Российской Федерации, уставом ОАО «ВНИИАЭС», административной инструкцией проведения работ по специфике подразделения, стандартами организации, приказами и указаниями по ОАО «ВНИИАЭС», руководством по качеству ОАО «ВНИИАЭС» (на основе стандартов серии ISO 9000), руководством по системе экологического менеджмента и менеджмента охраны труда и техники безопасности ОАО «ВНИИАЭС» (на основе стандартов серии ISO 14000 и OHSAS 18001), в том числе требованиями (ОПБ-88/97, ПБЯ и др.) по безопасности в ядерной энергетике.
Специфика работы отдела связана с дополнительными требованиями по использованию нормативных документов и программных средств. В своей работе отдел использует действующие руководящие документы эксплуатирующей организации и федеральные нормы и правила (ФНП):

Документы, разработанные ОАО «ВНИИАЭС» с участием сотрудников отдела

Временная методика расчета остаточного циклического ресурса оборудования на АЭС. – М., ВНИИАЭС, НИКИЭТ.

Методика позволяет проводить уточненную оценку остаточного ресурса корпусов, трубопроводов и других элементов конструкций и деталей РУ АЭС с учетом основной ресурсной характеристики – числа и характера режимов эксплуатации АЭС, а также фактического состояния металла и условий эксплуатации.

Методические рекомендации к временной методике расчета остаточного циклического ресурса оборудования на АЭС. – М., ВНИИАЭС.

Методические рекомендации разработаны с учетом опыта обсуждения Временной методики на курсах повышения квалификации для специалистов АЭС, организованной ВИПК «Энерго» в 1990 и 91 гг.

Методика расчета допустимых несплошностей металла оборудования и трубопроводов во время эксплуатации АЭС. – М., ВНИИАЭС, НИКИЭТ, ЦНИИТМАШ, ИМАШ, 1988 г. (1 редакция), 1991 г. (2 редакция).

Методика позволяет проводить уточнение оценки остаточного ресурса элементов конструкций и деталей АЭС, содержащих несплошности металла (трещины, непровары, поры и т.п.) с учетом числа и характера режимов эксплуатации, состояния металла и конструкции в целом, а также вязких, квазихрупких и хрупких состояний металла конструкции.

Инструкция по исследованию состояния металла трубопроводов АЭС с помощью вырезок после 100 тыс. часов эксплуатации, М., ВНИИАЭС, Минатомэнерго СССР, АИ-35-17-86

Инструкция позволяет проводить экспериментальные исследования старения металла во время эксплуатации АЭС и таким образом получать необходимые данные, используемые при оценке остаточного ресурса эксплуатации.

Инструкция эксплуатационного контроля состояния основного металла, сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов АЭС с ВВЭР 440, АИУ. – М., ВНИИАЭС, ОКБ Гидропресс.

Инструкция позволяет оценивать остаточный ресурс и возможность продолжения эксплуатации по фактическому состоянию металла конструкций РУ ВВЭР 440.

Инструкция эксплуатационного контроля состояния основного металла, сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов АЭС с ВВЭР 1000, АИУ. М., ВНИИАЭС, ОКБ Гидропресс.

Инструкция позволяет оценивать остаточный ресурс и возможность продолжения эксплуатации по фактическому состоянию металла конструкций с РУ ВВЭР 1000.

Инструкция эксплуатационного контроля состояния основного металла, сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов АЭС с РБМК 1000, АИУ, М., ВНИИАЭС, НИКИЭТ, МоАЭП, ВНИПИЭТ.

Инструкция позволяет оценивать остаточный ресурс и возможность продолжения эксплуатации по фактическому состоянию металла конструкций РУ РБМК 1000.

Инструкция. Определение механических свойств металла оборудования АЭС безобразцовыми методами, М., ВНИИАЭС, № ОЭ-139/82

Инструкция позволяет простым и быстрым способом, без повреждения конструкции, оценить степень старения и фактический уровень механических свойств основных конструкционных сталей реакторных установок типа ВВЭР 440, ВВЭР 1000, РБМК 1000 и РБМК 1500, Полученная экспериментальным способом информация учитывается при уточненной оценке остаточного ресурса.

Технические требования к применению концепции «Течь перед разрушением» для трубопроводов действующих АЭС, М., ВНИИАЭС, НТЦ Госатомнадзор России, ОКБ Гидропресс, НИКИЭТ.

Технические требования были использованы для продления срока эксплуатации энергоблоков с ВВЭР 440 в случае исчерпания ресурса по причине морального старения.

«Нормы оценки качества сварных соединений напорного и всасывающего коллекторов и трубопроводов Ду 800 КМПЦ РБМК 1000 и РБМК 1500 в эксплуатации», М., ВНИИАЭС, НИКИЭТ, МоАЭП, ЦНИИТМАШ.

Нормы позволяют быстро оценить остаточный ресурс и возможность продолжения эксплуатации в пределах назначенного срока службы элементов конструкций, содержащих дефекты несплошности металла.

Нормы дефектов (критерии глушения) теплообменных трубок ПГ РУ типа ВВЭР 1000, М., ВНИИАЭС, ОКБ Гидропресс.

Нормы позволяют оценить остаточный ресурс и возможность продолжения эксплуатации в пределах назначенного срока службы теплообменных трубок парогенераторов РУ типа ВВЭР 1000 при обнаружении несплошностей металла во время эксплуатации.

Методика определения остаточного ресурса эксплуатации теплообменных трубок ПГ РУ типа ВВЭР 1000, М., ВНИИАЭС, ОКБ Гидропресс.

Методика позволяет с повышенной точностью определить остаточный ресурс эксплуатации ТОТ с учетом фактического состояния металла, трубок и фактических условий эксплуатации.

Методика определения остаточного ресурса эксплуатации коллекторов ПГ РУ типа ВВЭР 1000, М., ВНИИАЭС, ОКБ Гидропресс.

Методика позволяет с повышенной точностью определить остаточный ресурс коллекторов с учетом фактического состояния металла и конструкций, а также с учетом фактических условий эксплуатации.

Методика оценки уровня безопасности ПГ, находящихся в эксплуатации на АЭС с реакторами типа ВВЭР 1000 и ВВЭР 440, М., ВНИИАЭС, ОКБ Гидропресс.

РД ЭО 05520-2004 «Методические рекомендации по применению системной методологии для обеспечения целостности теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000»

СТО СК-2-2005 «Системная концепция обеспечения прочности, ресурса, надежности и безопасности оборудования и трубопроводов АЭС», 2005

Контакты

Начальник отдела
Гетман Александр Фёдорович


+7(495)-376-13-22


getman@vniiaes.ru

Начальник лаборатории
Полях Виктор Иванович


+7(499)-796-91-56


polyah@vniiaes.ru

Главный научный сотрудник отдела
Бараненко Валерий Иванович


+7(495)-372-04-11


baranenko@vniiaes.ru

Ведущий специалист
Гайдамак Нина Васильевна


+7(499)-796-91-56


gaydamak@vniiaes.ru