CS244353B1

CS244353B1 - A method for monitoring the residual lifetime of a heat exchanger, in particular a steam generator and apparatus for carrying out the method

Info

Publication number: CS244353B1
Application number: CS84769A
Authority: CS
Inventors: Oldrich Matal; Josef Rybnicek; Stanislav Houska
Original assignee: Oldrich Matal; Josef Rybnicek; Stanislav Houska
Priority date: 1984-02-02
Filing date: 1984-02-02
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS76984A1

Abstract

V případě způsobu a zařízení pro sledování zbytková životnosti výměníku tepla se především zaznamenávají změny v čase rozdílů teplot ve stěně výměníku tepla a současně je registrován jejich počet, který se v prvním kroku nejprve normuje dělením a dovoleným počtem časových změn rozdílů teplot pro daný materiál stěny a její zatížení a dále pak je průběžně sumarizován a srovnáván s hodnotou jedna a ve druhém kroku je potom k němu přiřazen charakteristický rozměr možné trhliny ve stěně výměníku tepla, který se nejprve normuje dělením s kritickým charakteristickým rozměrem trhliny pro daný materiál stěny tohoto výměníku a její zatížení a déle potom je srovnáván s hodnotou jedna. Ve vybraných místech ve stěně výměníku tepla jsou k ní v kolmých řezech instalovány alespoň dva termočlánky. Způsob je možno využít především v jaderné energetice.In the case of a method and device for monitoring the residual service life of a heat exchanger, changes in temperature differences in the heat exchanger wall over time are primarily recorded and their number is simultaneously registered, which in the first step is first normalized by dividing by the permissible number of time changes in temperature differences for the given wall material and its load and then is continuously summarized and compared with the value one and in the second step is then assigned to it the characteristic dimension of a possible crack in the heat exchanger wall, which is first normalized by dividing by the critical characteristic dimension of the crack for the given wall material of this exchanger and its load and then is compared with the value one. At least two thermocouples are installed in selected places in the heat exchanger wall in perpendicular sections to it. The method can be used primarily in nuclear power.

Description

(54) Způsob sledování zbytkové životnosti výměníku tepla, zejména parního generátoru a zařízení k provádění tohoto způsobu(54) A method for monitoring the residual life of a heat exchanger, in particular a steam generator, and apparatus for carrying out the method

V případě způsobu a zařízení pro sledování zbytková životnosti výměníku tepla se především zaznamenávají změny v čase rozdílů teplot ve stěně výměníku tepla a současně je registrován jejich počet, který se v prvním kroku nejprve normuje dělením a dovoleným počtem časových změn rozdílů teplot pro daný materiál stěny a její zatížení a dále pak je průběžně sumarizován a srovnáván s hodnotou jedna a ve druhém kroku je potom k němu přiřazen charakteristický rozměr možné trhliny ve stěně výměníku tepla, který se nejprve normuje dělením s kritickým charakteristickým rozměrem trhliny pro daný materiál stěny tohoto výměníku a její zatížení a déle potom je srovnáván s hodnotou jedna. Ve vybraných místech ve stěně výměníku tepla jsou k ní v kolmých řezech instalovány alespoň dva termočlánky. Způsob je možno využít především v jaderné energetice.In the case of a method and apparatus for monitoring the residual life of a heat exchanger, in particular, changes in the time of temperature differences in the wall of the heat exchanger are recorded and at the same time their number is registered. its load and then it is continuously summarized and compared with the value of one and in the second step is then assigned a characteristic dimension of a possible crack in the wall of the heat exchanger, which is first standardized by dividing with the critical characteristic dimension and is then compared to a value of one for longer. At least two thermocouples are installed perpendicular to the heat exchanger wall at selected locations. The method can be used primarily in nuclear power.

- 1 244 353- 1 244 353

Vynález se týká způsobu a zařízení pro sledování zbytkové životnosti výměníku tepla, zejména parního generátoru jaderné elektrárny·The invention relates to a method and apparatus for monitoring the residual life of a heat exchanger, in particular a steam generator of a nuclear power plant.

Namáhání výměníku tepla, zejména parního generátoru jaderné elektrárny za provozu, je zpravidla kombinované. Napjatost stěny výměníku tepla je zpravidla vyvolána vedle vnitřního zatížení přetlakem a dalších statistických zatížení i účinky teplotních polí· Jestliže suma věech napětí ve stěně nebo uzlech výměníku v místech působení místních teplotních napětí a v místech koncentrace napětí přesáhne určitou hodnotu, přípustnou pra konstrukční materiál stěny, je třeba nejprve výpočtově provádět kontrolu na nízkocyklevou únavu, neboli v obecnějším slova smyslu kontrolu Životnosti. Tento výpočet je v jaderné energetice užíván. Yychází však vždy ze zadaných nebo volených okrajových podmínek, které mohou a nemusí být v souladu se skutečnými podmínkami provozu výměníku tepla. dosud základní slabina všech výpočtů životnosti nově konstruovaných a nově vyráběných i většinou opakovaně vyráběných výměníků tepla, zejména pro jadernou energetiku. Neznalost skutečných okrajových podmínek nedovoluje tedy předem výpočtově stanovit zbytkovou životnost výměníku tepla po určité době a druhu provozu, což zejména u parních generátorů ohrožuje bezpečnost provozu jaderné elektrárny a zvyšuje nebezpečí dlouhodobého výpadku elektrárny z titulu oprav nebo předčasných výměn celých výměníků. Přitom dále není známa metoda, jak na hotovém výměníku tepla, za jeho provozu zejména na jaderné elektrárně, stanovovat, jejich zbytkovou životnost po určité době a druhu jejich provozu.The heat exchanger, in particular the steam generator of the nuclear power plant, during operation is usually combined. In addition to internal overpressure and other statistical loads, the effects of temperature fields are usually caused by the stress of the heat exchanger wall. · If the sum of all the stresses in the wall or heat exchanger nodes at local temperature stresses and stress concentration points exceeds a certain value it is first necessary to perform a check for low-fatigue fatigue, or more generally, to check the service life. This calculation is used in nuclear energy. However, it is always based on specified or selected boundary conditions, which may or may not be in accordance with the actual operating conditions of the heat exchanger. hitherto a fundamental weakness of all life cycle calculations of newly designed and newly produced and mostly re-manufactured heat exchangers, especially for nuclear power. The lack of knowledge of the actual boundary conditions therefore does not allow to calculate in advance the residual life of the heat exchanger after a certain time and type of operation, which in particular for steam generators jeopardizes the safety of nuclear power plant operation. Furthermore, it is not known how to determine on the finished heat exchanger, during its operation, in particular at a nuclear power plant, their residual lifetime after a certain time and the type of their operation.

Uvedené nedostatky z podstatné části řeší způsob a zařízení pro sledování zbytkové životnosti výměníku tepla, zejména parního generátoru jaderné elektrárny podle vynálezu. Podstata způsobu spočívá v tom, že jsou zaznamenávány změny v čase rozdílů teplot ve stěně výměníku tepla a registrován jejich počet, který je nejprve v prvním kroku dělením normován s dovoleným počtem časových změn rozdílů teplot pro daný materiál stěny a její zatížení a poté neustále sumarizován s předchozími normovanými údaji a srovnáván aSaid deficiencies are substantially solved by a method and apparatus for monitoring the residual life of a heat exchanger, in particular a steam generator of a nuclear power plant according to the invention. The essence of the method is to record changes in the time of temperature differences in the wall of the heat exchanger and register their number, which is first standardized by the first division by the permissible number of time changes of temperature differences for the wall material and its load and then continuously summarized with previous standardized data and compared and

244 353 hodnotou jedna· Ve druhém kroku je k registrovanému počtu časových změn rozdílů teplot přiřazen charaterietický rozměr možné trhliny ve etěně ve sledovaném místě výměníku, který je nejprve normován dělením e kritických charakteristickým rozměrem trhliny pro daaý materiál stěny a její zatížení ve sledovaném časovém obdebí a dálo srovnáván 8 hodnotou jedna· Druhý krok jednak zvyšuje přesnost stanovení zbytkové životnosti výměníku a jednak respektuje poznatky lomové mechaniky, zejména v oblasti relativně malých hodnot směn rozdílů teplot v čase ve stěně výměníku tepla·244 353 value of one · In the second step the registered number of time changes of temperature differences is assigned the charateretic dimension of the possible crack in the ethene at the monitored point of the exchanger, which is first standardized by dividing e critical characteristic dimension of the crack for the wall material and its load in the monitored time period. The second step increases the accuracy of the determination of the residual service life of the exchanger and on the other hand respects the knowledge of fracture mechanics, especially in the field of relatively small values of shifts in temperature differences over time in the wall of the heat exchanger.

Podstata zařízení k provádění tohoto způeobu spočívá v tom* že sestává z alespoň dvou termočlánků instalovaných v každém vybraném místě stěny výměníku tepla v kolmých řezech k ní, z nichž první termočlánek js na vnějším povrchu stěny a druhý termočlánek js zabudován ve vrtaném otvoru, končícím blízko vnitřního povrchu stěny, a napojených na záznamové a vyhodnocovací zařízení pro sledování zbytkové životnosti výměníku tepla· íím, že na reálném výměníku tepla, provozovaném napile, např· jaderné elektrárně, jsou instalovány ve zvolených, zpravidla exponovaných místech stěny nebo uzlu alespoň dva termočlánky napojené na záznamové a vyhodnocovací zařízení pro sledování zbytkové životnosti lze naprosto jednoznačně definovat okrajové podmínky pro výpočet zbytkové živótnosti dalších výměníků téhož typí^ vyráběných vo sledované sérii a současně přímo na místě sledovat a jedle způáobu podle vynálezu poměrně přesně odhadovat zbytkovou životnost sledovaného výměníku podle druhu a typu provozníha zatěžování· Přitom termočlánky zachycují v čase rozdíly teplot ve stěně výměníku teple· Zachycené údaje jsou přenášeny do záznamové a vyhodnocovací jednotky zbytkové životnosti· Jak ukázaly experimenty a ověřovací zkoušky navrtáním otvoru apravidla o průměru menším jek 3,5 mm e při jeho vhodném provedení nevzniká ve sledovaném místě stěny výměníků tepla doplňkový koncentrátor napětí· Bezpečnost provozu výměníku tepla se tudíž provedením podle vynálezu nezdění. Ne druhé straně věak způsob i zařízení pre tento způsob zvyšují bezpečnost a spolehlivost provozu a návrhu výměníku tepla a jednoznačně zvyšují jadernou bespečnost parních generátorů·The device consists of at least two thermocouples installed at each selected location of the heat exchanger wall in perpendicular sections thereto, the first thermocouple being on the outer surface of the wall and the second thermocouple being incorporated in a borehole ending near the internal wall surface, and connected to a recording and evaluation device for monitoring the residual life of the heat exchanger by providing at least two thermocouples connected to the selected, usually exposed locations of the wall or node on a real heat exchanger operated in a drill, eg a nuclear power plant the recording and evaluation device for monitoring the residual life can be unambiguously defined by the boundary conditions for the calculation of the residual life of other exchangers of the same type produced in the monitored series and simultaneously monitored on site and firs according to the invention can accurately estimate the residual lifetime of the exchanger to be monitored by the type and type of operating load. and if the diameter is less than 3.5 mm e, if the design is suitable, no additional voltage concentrator is created at the point of view of the heat exchanger walls. On the other hand, the method and equipment for this method increase the safety and reliability of the operation and design of the heat exchanger and clearly increase the nuclear safety of steam generators.

Příklad provedení zařízení pre způsob pro sledování zbytkovéAn exemplary embodiment of a device for a method for monitoring residual

- 3 244 353 životnosti výměníku tepla, zejména parního generátoru podle vynálezu, je znázorněn na přiloženém schematickém výkresu·The life of the heat exchanger, in particular the steam generator according to the invention, is shown in the attached schematic drawing.

Ve stěně 1, parního generátoru na exponovaném místě jsou v kolmém řezu k ní instalovány dva termočlánky» z nichž první termočlánek X. je umístěn na vnějším povrchu 6 stěny χ a druhý termočlánek 2, je zabudován ve vrtaném otvoru ^končícím blízko vnitřního povrchu 2. stěny χ. Termočlánky jsou napojeny na záznamové a vyhodnocovací zařízení χ P^ro sledování zbytkové životnosti parního generátoru· První termočlánek 2 a druhý termočlánek 2. zachycují v čase teploty, které jsou v zařízení χ zaznamenávány v čase jako absolutní teploty i rozdíly teplot ve stěně 1 a jejich změny· Současně je v zařízení X registrován počet změn rozdílů teplot v čase ve stěně χ, který je normován podělením s počtem dovolených časových změn rozdílů teplot pro daný materiál stěny χ a její zatížení, a to v prvním kroku. Ve druhém kroku je registrovanému počtu změn rozdílů teplot přiřazena charakteristická délka možné trhliny, která je normována s kritickou délkou nebe kritickým rozměrem trhliny přípustné pro daný materiál a zatížení stěny χ a srovnávána s hodnotou jedna. Rovněž normované počty v prvním kroku jsou neustále sumarizovány a srovnávány s hodnotou jedna. Blíží-lí se sumy normovaných počtů z prvního kroku nebo normovaný charakteristický rozměr trhliny z druhého kroku hodnotě jedna, blíží se doba, kdy životnost parního generátoru je druhem provozu a zatížení vyčerpána.In the exposed steam generator wall 1, two thermocouples are installed perpendicularly to it, one of which is located on the outer surface 6 of the wall 4 and the second thermocouple 2 is embedded in a borehole terminating near the inner surface 2. walls χ. The thermocouples are connected to the recording and evaluation device χ P ^ro monitoring the residual life of the steam generator 2 · a first thermocouple and a second thermocouple recorded at the time the second temperature, which at the time χ recorded as an absolute temperature and temperature differences in the wall 1 and changes At the same time, the number of changes in temperature difference over time in wall χ is registered in device X, which is normalized by dividing by the number of permissible time changes in temperature difference for the wall material χ and its load in the first step. In the second step, the registered number of temperature difference changes is assigned the characteristic length of the possible crack, which is standardized with the critical length or critical dimension of the crack permissible for the material and wall load χ and compared to one. Also, the standardized numbers in the first step are constantly summarized and compared to a value of one. If the sums of the standardized counts from the first step or the standardized crack dimension from the second step are close to one, the time when the service life of the steam generator is exhausted by the type of operation and load is approaching.

Claims

SCOPE 244 3S3

Method of monitoring the residual life of a heat exchanger, in particular a steam generator of a nuclear power plant, characterized in that changes in the time of temperature differences in the wall of the heat exchanger are recorded and their number is registered. time changes of temperature differences for a given wall material and its load and longer is constantly summarized and compared with the value one and in the second step it is assigned a characteristic dimension of a possible crack in the wall which is first standardized by dividing with the critical characteristic cracks for the wall material and its load and further summarized and compared with the value of one.

2. An apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it comprises at least two thermocouples installed at each selected location of the heat exchanger wall (1) in perpendicular sections thereto, of which the first thermocouple (2) is on the external surface * ( 6) the walls (1) and the second thermocouple (3) are incorporated in a bore (4) terminating near the inner surface (5) of the wall (1) and connected to a recording and evaluation device (7) for monitoring the residual life of the heat exchanger.