بررسی کره فلزی فولادی-بررسی مکانیسم فرسودگی کره فلزی نیروگاه اتمی WWER

بررسی کره فلزی فولادی-بررسی مکانیسم فرسودگی کره فلزی نیروگاه اتمی( V-446) WWER

بررسی مکانیسم فرسودگی کره فلزی نیروگاه اتمی( V-446) WWER

چکیده

براساس نرم ها و استانداردها ی حاکم بر بهره برداری نیروگاه های اتمی. کره فلزی به همراه پوشش بتنی آن طبقه وظیفه ذاتی خود که همانا قرارگیری در برابر خروج مواد رادیواکتیو و پرتوهای یونیزه کننده خطرناک-است. نقش فوق العاده ای در بالا بردن ضریب ایمنی یک نیروگاه هسته ای ایفا می نماید. لیکن برای اثبات وجود ایمنی و یا عدم آن در کارکرد مؤثر این سد دفاعی مطابق با FSAR نیروگاه لازم است. به صورت دوره ای خواص مکانیکی آن در شرایط مختلف تست شود و بر اساس استاندارد مورد ارزیابی واقع گردند.

لذا در این پژوهش سعی خواهد شد. برخی عوامل تأثیرگذ ار مخربی که بر روی پارامترهای شاخص کیفیت فلز کره فولادی مؤثرند شناسایی بشود و تا حد امکان مورد مطالعه قرار گیرند. به این منظور بر روی فولاد این کره غظیم تعدادی تست مکانیکی همانند کشش و تست ضربه (چقرمگی شکست). با شرایط مختلف و متفاوت انجام شده و نتایج مورد حاصل از آن با نتایج مورد ارائه. توسط کارخانه در زمان تولید و مونتاژ مقایسه گردید. میزان انحراف از معیارهای مورد ارائه توسط کارخانه سازنده، معرف میزان تأثیرات شرایط مخرب بر روی فلز کره و نهایتاً ایمنی نیروگاه خواهد بود.

کلیات پژوهش

بخش فلزی سیستم Steel Containment یا Containment. به منظور جلوگیری از پخش مواد و پرتوهای رادیواکتیو به محیط. در زمان وقوع حوادث سختی که منجر به از دست رفتگی صحت کارکرد سیستم های اولیه می شود طرحی شده است. اجزای اصلی (Hermetic Confinement System) عبارتند از:

1. بدنه فلزی
2. محل ورود و خروج مواد و تجهیزات
3. محل ورود و خروج پرسنل
4. محل ورود و خروج اضطراری
5. محل عبور لوله ها
6. محل عبور کابل ها

دیاگرام سیستم ¹HSC به همراه المنت های اصلی و نحوه قرارگیری اجزاء ساختمانی در شکل زیر نمایان و مشخص است.

المنت های اصلی و نحوه قرارگیری اجزاء ساختمان Containment برش عمودی ساختمان راکتور ˚0 تا ˚180

بررسی کره فلزی فولادی

براساس طراحی در 2FSAR عمر مورد انتظار Containment چهل و پنج سال برآورد شده است. طبق طرح عمر مفید آن 35 سال بوده که طبق شرایط برای 10 سال نیز می تواند تمدید شود.

به این گونه که در پایان سال دهم اگر حادثه نشست بزرگ اتفاق افتاد کانتینمنت. بتواند خواص ذاتی خود را حفظ نموده و در زمان حادثه نیازی به بازرسی نداشته باشد. براساس محاسبات طراحی احتمال تخریب و از دست رفتن صحت کارکرد کانتینمنت بیشتر از

نخواهد بود.

اهداف تحقیق

براساس این پژوهش و اطلاعات مورد حاصل از تست های مکانیکی نمونه های فولاد کره فلزی. و مقایسه آن با اطلاعات کارخانه سازنده در بدو تولید. می توان میزان انحراف ایجادی در خواص مکانیکی را محاسبه نمود. و بر اساس آن افت خواص مکانیکی و تأثیر آن را بر روند ایمنی نیروگاه حساب نمود.

با استفاده از دیتاهای مورد حاصل و همچنین پردازش و آنالیز آنها می توان نحوه تست های بهره برداری. و همچنین نوع و نحوه پوشش دهی سطوح داخلی و خارجی این کره را مورد بازنگری قرار داد و بهینه سازی نمود.

فرضیه ها

1- تأثیرات و عوامل محیطی (شرایط آب و هوایی و…) و انسانی (نحوه مونتاژ و تعمیرات، جوشکاری ها، بمباران و…) در اثر گذشت زمان طولانی، بر استحکام فولاد کره فلزی می تواند بسیار منفی باشد.

2-تست های Operating , Commissioning هرچند که بر اساس استانداردهای خاص انجام می گیرد. لیکن خود می تواند منشأ تأثیرات نامطلوب باشد.

روش تحقیق (مواد و روش ها)

الف- نمونه گیری

هیچگاه نمی توان یک سیستم ایمن نیروگاه اتمی در حال تولید را بدون جایگزین نمودن سیستم رزروش از مدار خارج نمود، و یا نقص کرد. حال آن که شرط اساسی برای اجرای صحیح روند تحقیق، تهیه نمونه کاملاً مشابه با فلز کانتینمنت بود. از این رو با برقراری هماهنگی های لازمه مقدار مکفی از این فولاد. از بدنه کانتینمنت واحد دو نیروگاه اتمی بوشهر برش دهی شد و به کارگاه نمونه سازی انتقال یافت.

بررسی کره فلزی فولادی

در این پژوهش سعی بر آن شد که براساس طراحی صورت گرفته طبق FSAR. دو آزمایش کلی کشش استاتیکی در دماهای مختلف و ضربه دینامیکی نیز در دمای متفاوت انجام گیرد. و نتایج آزمایشات به استخراج شده با نتایج اولیه مورد حاصل توسط کارخانه سازنده و شرکت اینتگره کننده روسی مورد مقایسه واقع گردد. از این طریق می توان میزان انحراف در پارامترها و خصوصیات مکانیکی فلز مورد استفاده در سازه کره فولادی. را از زمان تولید و نصب تا کنون محاسبه نمود.

1- تهیه نمونه های تست کشش در دمای ˚20 سانتی گراد و ˚145 درجه سانتی گراد

به جهت تهیه و ساخت نمونه های تست کشش در دمای اتاق و دمای ˚145 درجه سانتی گراد. از جداول زیر که در استاندارد روسی شماره GOST 1497-84 استفاده گردید. این گوست شامل دستورالعمل چگونگی ساخت و تولید نمونه های تست های کشش استخراجی از فولاد اصلی در دمای اتاق است. بر مبنای ضخامت فلز اصلی نوردی کانتینمنت که در نقاط مختلف کره دارای ضخامت های متفاوت بین 30 تا 40 میلی متر متغیر است. تیپ II با مشخصات مندرج در جدول زیر برای تهیه نمونه مناسب ارزیابی گردید. لازم به توضیح است که بالا بری دمای نمونه ها توسط کوره متصل به ماشین کشش شیمادزو انجام شد.

2- تهیه نمونه های تست ضربه در دمای ˚0 درجه و ˚20- درجه سانتی گراد

برای انجام تست ضربه³ که معمولاً جهت به دست آوری میزان (KCU ,KCV)⁴ چقرمگی⁵ یا Toughness فولاد استفاده می شود. نیاز به ساخت نمونه های بسیار دقیقی است. تعبیه و تنظیم شیارهای V شکل که می بایست درست در وسط نمونه ایجاد شود. به لحاظ اندازه های طولی و زاویه ای بسیار لازم است که دارای دقت فوق العاده ای باشند. دلیل آن این است که درست در این موقعیت است مرکز تجمع تنش ایجاد خواهد شد. و ترک های اولیه شروع و گسترش خواهند نمود. به این منظور و جهت رعایت حساسیت های مورد بیان، نمونه ها براساس نقشه های پیشنهادی در استاندارد GOST 9454-84 تهیه شد. ذکر این نکته ضروریست که براساس این استاندارد نقشه های ساخت نمونه ها در دماهای مختلف مشابه هستند.

ب-انجام آزمون ها

به منظور دستیابی به نتایج لازم در آزمون های کشش استاتیکی در دماهای مختلف از دستگاه یونیورسال پیشرفته و تمام اتوماتیک شیمادزو ژاپنی استفاده شده. و برای انجام تست ضربه دینامیکی از دستگاه تمام اتوماتیک کاپیور روسی. هرکدام از این دستگاه ها دارای این قابلیت هستند که بدون هرگونه دخالت و تماس مستقیم دست اپراتور با سطح نمونه. مراحل تست را با فرمان و کنترل اتوماتیک اپراتور پیش برند. همچنین قادر هستند نتایج مورد حاصل را نیز به صورت کاملاً مکانیزه و کامپیوتری ثبت کنند و گزارش نمایند.

1- تست کشش در دمای ˚20 سانتی گراد و ˚140 سانتی گراد

تست کشش در دمای اتاق براساس الزامات مندرج در استاندارد GOST 1497-84 انجام شد. و سه عدد نمونه⁶ پس از رسیدن به کیفیت سطح مورد اشاره در استاندارد (به لحاظ زبری سطح) مورد تست قرار گرفتند. این استاندارد شامل نکات مهمی است که در حین انجام آزمون می بایست مد نظر قرار گرفته شود.

2-تست ضربه دینامیکی در دمای ˚0 سانتی گراد و ˚20- سانتی گراد

آزمون ضربه نمونه شیاردار تمایل به رفتار ترد را معلوم کرده و برای تعیین دمای تبدیل از رفتار نرم به ترد نیز مناسب است. البته نتایج مورد حاصل هم کمی هستند و کیفی و به همراه ارقام مربوط به چقرمگی شکست اطلاعات مورد نیاز طراح. برای طراحی مطمئن، جهت پرهیز از شکست ترد یا سریع سازه را به وی می دهند. در این تست نیز نمونه می بایست ابتدا به کیفیت سطح مطلوب و در حد استاندارد مورد اشاره در استاندارد GOST 9454-84 می رسید. این عملیات با انجام سنباده کاری با دقت فراوان انجام شد.

تغییر دما بر رفتار ماده تأثیر می گذارد. در فلزات افزایش دما باعث فعال تر شدن نا به جایی ها و در نتیجه کاهش استحکام تسلیم می شود. برعکس، تأثیر کاهش دما، افزایش استحکام تسلیم است. فولادهای کم کربن هنگامی که در نزدیکی صفر درجه سانتی گراد در معرض بارهای ضربه ای قرار می گیرند. از حالت چقرمگی به حالت ترد تغییر رفتار می دهند.

دستگاه دارای یک آونگ (پاندول) با انرژی حداکثری 300 ژول است. که به طور نیمه اتوماتیک با فشار مستقیم هوای فشرده ارسالی از کمپرسور تا زاویه ˚150 بالا رفته. و با دستور اپراتور، رها می شود. این آونگ پس از برخورد با قسمت پشت ناحیه شایر V شکل نمونه را شکسته. و به مسیر خود تا زاویه ای که بر اساس میزان مقاومت فولاد مورد نظر طراحی بشود ادامه خواهد داد. این زاویه معرف میزان مقاومت به شکست یا همان چقرمگی در همان دمای انجام تست است.

تجزیه و تحلیل داده (نتایج)

برای ساخت و تولید فلز کانتینمنت از فولادی با مارک BH51WS با کیفیت عالی مطابق با ویژگی های ماده VdTU12-356 از 2.76 بکارگیری گردید. این فولاد توسط شرکت ((تی سین هیدرین گوتنبرگ ورک)) تولید شد. محدوده دمایی فولاد BH51WS ذر ˚60- تا ˚400 درجه سانتی گراد است. براساس GOST 19821-84 معادل روسی این فولاد10ХСНДاست.

بررسی کره فلزی فولادی

تبصره-تغییرات درصد نیکل تا % 0.15 + مجاز می باشد.

نتایج مورد حاصل از تست های کشش استاتیکی در دمای ˚20 سانتی گراد و ˚145 سانتی گراد

نتایج تست کشش نمونه های شماره 3,2,1 در دمای اتاق و نمونه های شماره 6,5,4 در دمای ˚145 سانتی گراد. به صورت تفصیلی و در نهایت دیاگرام تنش-کرنش آن ها همگی به صورت مکانیزه توسط خود دستگاه محاسبه و رسم شدند. کوره الکتریکی به وسیله المنت های حرارتی که در اطراف نمونه قرار می گیرند. به صورت کاملاً اتوماتیک تأمین می گردد. مرحله انجام کشش در خود کوره انجام می گیرد. و نیاز به بیرون آوری نمونه از کوره و قراردهی در دستگاه کشش ندارد، این کار مستقیماً در خود کوره انجام می پذیرد. این فرایند باعث می گردد که در انجام تست ها کمترین خطای ممکنه را دارا باشیم.

در این بخش نیز نتایج حاصله از انجام تست های ضربه در دماهای متفاوت در قالب جدول زیر ارائه خواهد شد. در این تست مقدار انرژی صرف شده برای شکستن نمونه استاندارد از طریق خواندن عقربه دستگاه. و تقسیم آن بر مساحت مقطع شکست پارامتر دیگری به نام چقرمگی را معرفی می نماید. برای تعیین درصد نرمی و تردی نیز می توان با اندازه گیری مساحت قسمت نرم مقطع شکست به سادگی به دست آورد. البته شایان ذکر است که مجموع مساحت های قسمت های نرم و ترد دقیقاً برابر با مساحت کل سطح مقطع می باشد.

نتیجه گیری

تمامی نتایج حاصله از انجام تست های مکانیکی اعم از کشش استاتیکی و تست ضربه و تعیین میزان چقرمگی. در مقایسه با نتایج مورد حاصل در هنگام تولید ورق های فولادی کانتینمنت گواه و شاهد این مدعا است. که گذشت زمان و همچنین اثرات مخرب ناشی از وزن، بمباران و… تاکنون تأثیر قابل توجهی بر روی استحکام فلز اصلی این سازه نداشته است.

لذا به جرأت می توان این ادعا را داشت که ضریب ایمنی این بنا در طی این مدت ثابت بوده و تغییری نداشته است. بنابراین نخستین فرضیه و شاید مهمترین آنها، که همانا تأثیرگزاری شرایط اقلیمی و بمباران و همچنین گذشت سالیان متمادی است. با کسب نتایج مختلف این تحقیق، به خودی خود نقض می گردد. بر این اساس می توان به جرأت اثبات نمود که ایمنی نیروگاه اتمی بوشهر در حوزه استحکام و خواص مکانیکی فولاد کره فلزی. کاملاً تأمین بوده و هنوز هم الزامات اولیه کارخانه ای را برآورده می سازد. البته طبق FSAR نیروگاه، هنگام مونتاژ کره فلزی و همچنین راه اندازی خود نیروگاه و نیز در زمان بهره برداری. آزمون های مختلفی بر روی سازه کره فلزی صورت می گیرد.

بررسی کره فلزی فولادی

این آزمون ها شامل تست استحکام، تست نفوذ ناپذیری، تست مختصات هندسی و همچنین آببندی است. که برخی به صورت دوره ای و برخی نیز صرفاً یک بار برای کل مدت بهره برداری نیروگاه برنامه ریزی می شوند. در این میان آن چه ارتباط مستقیم با بحث این پژوهش دارد. تست استحکام کره فلزی است که یک بار برای همیشه آن هم به روش پنوماتیکی است.

بزرگترین و شاید مهمترین چالش این پژوهش تهیه. و قسمتی از کانتینمنت یک نیروگاه اتمی در حال کار با محدودیت های ایمن خاص و منحصر به فرد خویش بود. با توجه به اینکه کارخانه سازنده و همچنین شرکت نصاب کره فولادی آلمانی بوده و پس از مونتاژ… به صورت ناقص-دیگر هیچ گونه ارتباطی با نیروگاه ندارد. بدیهی است امکان ارسال درخواست تهیه نمونه برای انجام هرگونه تست مخرب فراهم نباشد. از طرف دیگر اجازه هیچ گونه برش و برداشت نمونه از فولاد کره فلزی به هر اندازه صادر نخواهد شد. این دو محدودیت بسیار بزرگ باعث شد که برای تهیه و آماده سازی نمونه. مقداری از فولاد کره فلزی واحد دوم که به لحاظ جنس و مدت زمان ساخت. و همچنین دیگر پارامترها دقیقاً مشابه با فولاد کره فلزی واحد یک می باشد برش دهی شود و مورد آزمایش قرار بگیرد.

بررسی کره فلزی فولادی

بابک حسن حسین،داریوش مستی، سید فاضل قاضی اردکانی

نیروگاه اتمی بوشهر

برای پیدا کردن مکان فعالیت استیل دی بر روی کلمه (نقشه) کلید نمایید

استیل دی –Steel day

02166396590– 09922704358

آدرس دفتر مرکزی: تهران – جاده قدیم کرج – بعد از کارخانه شیرپاستوریزه – فتح سیزدهم – مجتمع پایتخت- واحد C9

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی (با کلیک بر روی لینک های زیر به ما بپیوندید)

https://t.me/steel_day تلگرام

https://www.instagram.com/steel_day.ir اینستاگرام

https://twitter.com/MDlakan توییتر

https://www.linkedin.com/in/steel-day-6746a022b/ لینکدین