- 341 - ) HÉLIOVÉ ZKOOSKT TSSHOSTI PARNÍCH QSHERXTORU KA JADERNÍCH ELBXTRÍRftíCH WER - 440 к WEH. - 1000 Шг. Miroslav Kawalec, ep* Vítkovice, Ostrava Přednáška ее zabývá aplikaci héliových, zkoušek těsnoeti na parních generátorech Jaderných elektráren tlakovodního typu (FWR), Sato zkušební metoda je dnes ve všech hospodářsky vyspělých zemích používána prakticky jako jediná jak pro integrální zkoušky těsnosti parních generátorů, tak 1 pro lokalizaci netěsných trubek nebo svarů trubka - trubko vice, a to i přes STOU vysokou cenu* Z hlediska dosahované citlivosti, spolehlivosti a reprodukovatelnostl výsledků nemá totiž konkurenci* V současné době připravuje s*p* Vítkovice ve spolupráci se s.p» Energovýzkum Brno (dříve YÜBZ) ověření této metody v provozních podmínkách na československých jaderných elektrárnách* Po dokončení vývoje manipulátoru & metodiky zkoušení bude tato zkouška nabízena jako služba. provozovatelům jaderných elektráren e reaktory typu TVER - 440 i WER - 1000* 1. tivod Meziokruhová netěsnost parních generátorů ja jednou % jejich nejčastějších poruch a má tudíž velmi významný vliv na spolehlivost a. v mnoha případech 1 na bezpečnost provozu jaderných elektráren* Lokalizace netěsností (průchozích vad) v teploeraěnných trubkách nebo spojích trubek s troubkovnlcí (kolektorem), která je nezbytnou podmínkou pro zajištění opravy netěsného parního generátoru, se provádí při odstávce bloku. jaderné elektrárny pomocí některá z metod zkoušek těsnosti* Podrobný přehled jednotlivých metod, věetňě jejich nedostatků 1 předností ve srovnáni a ostatními metodami, je uve-
- 342 - ) den v práci /1/. Vzhledem к omezenému rozsahu tohoto referátu se budeme zabývat pouze těmi metodami, které ее používají pro meziokruhové zkoušky těsnosti parních generátorů jaderných elektráren s reaktory typu WER - 440 а V/ER - 1000. 2, Zkoušky těsnosti parních generátorů na jaderných elektrárnách в reaktory typu WER - 440 a WER 1000 Sovětský technický projekt parních generátorů WER - 440 i WEB - 1000 se opírá o použití kapalinových metod zkoušek těsnosti, kterými jsou konkrétně tlaková zkouška vodou, luminiscenční tlaková zkoušk', (jako luminofor se používá fluorescein) a tlaková zkouška vodou в luminiscenční indikátorovou vrstvou (viz /2/, /3/)«Luminiscenční tlaková zkouška se však na jaderných elektrárnách s reaktory typu WER prakticky nikde nevyužívá, a to ze dvou důvodů : 1) její realizace vyžaduje velké množství fluoresceinu, který není v zemích RVHP v dostatečném množství к dispozici 2) projekt jaderných elektráren velkého množství vody s luminoforemt tuto vodu není přitom možné vypouštět z ekologických důvodů do řek Si veřejné kanalizace«všechny výše uvedené metody zkoušek těsnosti parních generátorů byly ze sovětského technického projektu piíeva&ty také do instrukcí pro provoz parních generátorů WER - 440 a WER - 1000, vyráběných ve s.p. Vítkovice (viz /4/, /5/). Kapalinové metody zkoušek těsnosti jsou sice velmi jednoduché a nevyžadují náročné měřící přístroje ani drahá zkušební zařízení, jejich citlivost je však nízká (v podaí^kách zkoušení, které jsou dosažitelné na jaderné elektrárně činí řádově 10~ 1-10" 3 Pa.m 3,s~ 1 ) a reprodukovatelnost výsledků zkoušek velmi obtížná. Vzhledem к velmi přísným požadavkům na meziokruhovou netěsnost parních generátorů WER - 440 a WER «1000, představovaným limitní hodnotou aktivity vody sekundáruího okruhu rovnou 370 Bq/1, je velikost jednotlivých
- 343 - ) netěsností, které jsou příčinou překročení limitní hodnoty aktivity, v řadě případů menší než reálně dosažitelné citlivost zmíněných kapalinových metod a nelze tudíž takovéto netěsnosti těmito metodami zjistit a lokalizovat. Velké problémy u tlakové zkoušky vodou a zkoušky s luminiscenční indikátorovou vrstvou představují déle falešné *a<i;.kace, jež jsou způsobeny vysokou vlhkostí vzduchu v primárních kolektorech při odstávce bloku* Uvedené nedostatky kapalinových metod zkoušek těenoati byly plně potvrzeny praktickými zkušenostmi z jaderných elektráren v ČSFR (viz /6/)* Reálně dosažitelnou citlivost kapalinových metod lze poněkud zvýšit a reprodukovatelnost výsledků podstatně zlepšit použitím manipulátoru s dostatečně citlivou televizní kamerou- zapojenou v uzavřeném televizním okruhu (viz /7/)* Základní nedostatky kapalinových metod zkonašěk těsnosti však nelze ani tímto způsobem potlačit* Vzhledem к výše zmíněným skutečnostem navrhli v r* 1987 pracovníci s.p. Vítkovice a s.p* Energovýzkum Brno, aby zkoušky těsnosti parních generátorů WER - 440 na jaderných elektrárnách byly prováděny metodou bublinkovou* lato metoda je nejjednodušší a nejméně nákladnou z celé skupiny plynových metod zkoušek těsnosti* Pracovníci s.p. Energovýzkum Brno vyvinuli jednoduchý manipulátor, vybavený televizní kamerou ( uzavřeným televizním okruhem) a hydrofonem (viz /8/)* Zkouška ее provádí tak, že pláší parního generátoru se naplní stlačeným plynem (vzduchem) o tlaku až 1,4 MPa a primární kolektory deminerailkovanou vodou в příměsí kyseliny borltá* Výskyt netěsností v teplosměnných trubkách nebo ve svarovém spoji trubka - kolektor je detekován pomocí hydrof onu na základě akustického signálu, doprovázejícího vznik bublin a.jejich pohýb.vzhůru na hladinu vody v primárním kolektoru* Lokalizace jednotlivých netěsností se provádí pomocí televizní kamery ve vodotesnám obalní, která se může pohybovat spolu i centrálním eenipulá
- 34«- toru vertikálně a současně otáčet kolem osy kolektoru«manipulátor pro bublinkovou metodu zkousení těsnosti parních generátorů TVER - 440 byl postupně zdokonalován na základě zkušenosti z praktického nasazení při vyhledáváni netěsnosti pažních generátorů během odstávek jednotlivých bloků Jaderných elektráren v Jaslovských Bohunicích, v Dukovanech* Bublinková metoda umožňuje při podmínkách zkoušení, které je možno reálně zajistit na jaderné elektrárně, spolehlivě lokalizovat netěsnosti řádu 10"^ Pa.m^.a" 1 a vst- Ч с ^ 4 ěí* U netěsností řádu 10" p - 10 3 Ba.m.s" je sice lokalizace možná, ale pouze tehdy, když jsou tyto netěsnosti dokonale průchodné, tj* nejsou částečně ucpány kapalnými nebo pevnými nečistotami. lato podmínka je věak při odstávce bloku Jaderné elektrárny velmi obtížně splnitelná, což má pak za následek, že intervaly mezi jednotlivými uvolňovanými bublinami (nebo skupinami bublin) jsou příliš dlouhé a jejich délka silně kolísá. Může proto snadno dojít к vyhodnocení falešných indikací jako skutečných netěsností, což má pochopitelně velmi negativní vliv na spolehlivost a reprodukovatelnost výsledků měření* 3* H&ová metoda zkoušek těsnosti pažních generátorů na.jaderných elektrárnách tlakovodního typu (PWR) Redostatky zkušebních metod, které byly diskutovány v předchozí části této přednášky, myslím dostatečně jasně zdůvodňují skutečnost, že ve všech hospodářsky vyspělých zemích ее dnes pro zkoušky těsnosti parních generátorů na jaderných elektrárnách téměř výlučně používá héliová metoda, a to i přes relativně vysokou cenu, danou použitím náročné přístrojové techniky a vysokými požadavky na kvalifikaci zkušebního personálu, Héliová metoda má ze všech plynových metod zkoušek těsnosti nejvyšší citlivost, spolehlivost a reprodukovatelnost výsledků měření a žádná jiná metoda není v této oblasti schopna konkurence (viz např. (9(, /10/, /11/, /12/).
- 345 - ) Vakuové metoda, héliových zkoušek těsnosti umožhuje spolehlivě vyhledávat netěsnosti as do rádu 10~ 10 Pa.m^.s" 1 (v laboratorních podmínkách až 10 Pa.nr.e~ ), přetlaková metoda do řádu 10" 6 - Ю -7 Pa.m^.a -1 (v laboratorních podmínkách až 10~ 9 Pa.m.^.a -1 ). Vzhledem к tomu, že uspořádání trubkového svazku v parním generátoru znemožňuje přístup к vnějěí stěně trubkovnice i к Jednotlivým trubkám ve svazku (s výjimkou krajních), není nožné pro lokalizaci netěsností použít vakuovou metodu в lokálním sprchováním (ofukováním) héliem. Rovněž použití lokálních vakuových komor na čelní stěně trubkovnice se svary ti-ubka - trubkovnice je velmi pracné a zdlouhavé, u primárních kolektorů parních generátorů WER - 440 a W5R - 1000 navíc velmi nespolehlivá«к lokalizaci netěsností parních generátorů na jaderných elektrárnách se proto používá přetlaková metoda (viz např. /13/). I když je mezní citlivost přetlaková metody héliových zkoušek těsnosti o 3-4 řády nižší než u metody vakuové, je zde stále ještě dostatečná rezerva citlivosti (zhruba 2-3 řády) pro spolehlivou lokalizaci tlakových netěsností, kter4 by mohly během provozu bloku způsobit jeho odstavení v důsledku překročení povolené úrovně aktivity vody sekundárního okruhu* Zmíněné netěsnosti lze e ohledem na rezervu citlivosti metody měření dostatečně spolehlivě a reprodukovatelně realizovat i při jejich'částečném ucpání kapalnými nebo pevnými nečistotami, jež při odstávkách bloku jaderné elektrárny nelze zpravidla. vyloučit» Při přetlakové héliové zkoušce těsnosti se plášf parního generátoru naplní buď héliem nebo směsí hélium - vzduch, při čemž tlak uvnitř plástě se volí v rozmezí od 0,2 1UP& až do hodnoty pracovního tlaku sekundárního okruhu. Vadné teplosměnné trubky nebo svarové spoje trubka - trubkovnice se zjiěíují pomocí héliového hledače ее speciální sondou (tzv* "čichačem"), kterou se v malé vzdálenosti o'd povrchu (1-3 mm) pomalu objíždějí svarové spoje trubka - trubkovnice a ústí teplosměnných trubek na její čelní stěně (na vnitřním povrchu primárních kolektorů u parních generátorů WER - 440 a WBR - 1000),
- 346 - Hélium, pronikající netěsnostmi, je zachycováno sondou a odváděno do héliového hledače netěsností, kde je indikováno pomocí hmotového spektrometru. Prudký vývoj zkušební techniky pro héliové zkoušky těsnosti vedl к tonu, Se dnes je к dispozici nová generace velmi spolehlivých héliových hledačů a plně automatizovaným ovládáním, což velmi usnadňuje zkušební proces, 4. Aplikace héliové metody zkoušek těsnosti parních generátorů na jaderných elektrárnách v CsHt Vzhledem к uvedeným přednostem héliové metody připravuji v současné době pracovníci s.p. Vítkovice a s.p. Energovýzkum Brno aplikaci této metody v provozních podmínkách na československých jaderných elektrárnách. Vlastní zkušební jioces bude automatizován pomocí manipulátoru, Símž ae dosáhne výrazného snížení kolektivní dávkové zátěže zkušebního personálu* Za základ pro vývoj uvedeného manipulátoru bude sloužit manipulátor pro bublinkovou metodu těsnostních zkoušek parních generátorů VVBR - 440«Vedle vývoje a ověření metodiky zkušebního procesu je nutno rovněž vyřešit zapojení a přípravu parního generátoru WER - 440 a následně i WKR 1000 pro tuto zkoušku» Z důvodu snížení deny zkoušky se předpokládá zpětné přečerpávání použitého hé-. 11a do tlakových lahví pomocí vysokotlakých kompresorů. Celková náklady na výzkum a vývoj v letech 1990-1993 odhadujeme aa zhruba 2 miliony X軫Doufáme, že provozovatelé nám při řešení tohoto náročného úkolu vyjdou vstříc nejen při realizaci ověřovacích zkoušek na jaderných elektrárnách, ale 1 ve fermě finanční spoluúčastí na nákladech výzkumu a vývoje* 5«Literatura /1/ M. Kaaalec x Diagnostika, meziokruhové netěsnosti parních generátorů jaderných elektráren tlakovodníai reaktory -
- 347 - ) systémy detekce netěsností a metody výpočtu velikosti, těchto netěsností, kandidátské minimum, Ostrava, duben 1969 /2/ Parogen?rator PGV-213 (WER - 440). Instrukcija po efcap&uatacíji, 0KB Gldropress, 5, U 213-1-553, 1976 /3/ Parogeněrator s oporami PGV - 1000 M (WER - loco), Tě-tíhničeskoje opi sani je i instrukci ja po ekspuatacljl., СКВ Gldropress, 5. 320.05.00.00.000 ico, 1979 /4/ Parogenerátor PGV-213 (WER - 440). Instrukce pro pro vos a údržbu, Vítkovice, s.p. Ostrava, č. 4-001000-44, 1979 /5/ Parogenerátor s uchycením PGV-1000 M (WER 100Q). 'ТесЗаnický popis a instrukce pro provoz, Vítkovice, s*p. Ostrava, č. 4-001300-1, 1987 /6/ Výsledky provozních kontrol parních generátorů na československých jaderných elektrárnách - interní dokumentace jaderných elektráren v Jaslovských Bohunicích a Dukowame'Ch /7/ P«Cormault, J» Denis : Reperage a distance par camera de television telecomandee des tubes de generataurs de vapeur presentant des fuites, IAEA-SM-226/46, Vienna 1978, str. 415-423 /8/ J. Klinga, 0» Matal, F. Holý, J. Sobotka : Kontrola těsnosti teplosraěnných ploch parních goenrátoru WER-440 p«aoc zjednodušeného funkčního vzorku manipulátoru VÚEZ. Záváracná zpráva, PBQ-VIIT-ZZ-418-88, vtfsz Brno, prosinec 1988 /9/ S. Ozaki, A. Nlsalkawa : On the helium í^as leak test, Hitachi Zosen Giho, December 1975, v. 36 (4), str. 274-2*3 /10/ A. Psacharopulo : Some applications of the helium leak detectors in the nuclear industry, Proceedings of the 7» international conference on non-destructive evaluation in the nuclear industry, Congrend, Paris, 1985, str. 339 352 /11/ A. Dubail, E, Dueymes, J. Germain, E. Verbrugghe : Deteotion er localisation des fuites dans les echangeurs des centrales nucleaires, Epure, July 1986, No. 11, str. 29 43
- 353 - ) /12/ J«J«Valania, J. Hopkins x Helium leak testing of large pressure vessel" or subassemblies, Journal of Vacuum Science (Technology, Januar 1987* v. 14 (?), str. 617-619 /13/ A. new approach s EDP helium test, propagační materiál společnosti Slectricité de France, Paris, 1989