CZ307076B6

CZ307076B6 - Způsob nedestruktivní indikace provozní degradace feromagnetického materiálu tlakových nádob a svědečný vzorek k jeho provádění

Info

Publication number: CZ307076B6
Application number: CZ2007-699A
Authority: CZ
Inventors: Ivan Tomáš
Original assignee: Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2018-01-03
Also published as: CZ2007699A3

Description

Způsob nedestruktivní indikace provozní degradace feromagnetického materiálu tlakových nádob a svědečný vzorek k jeho provádění

Oblast techniky

Vynález se týká testování provozní bezpečnosti tlakových nádob.

Dosavadní stav techniky

Makroskopická kontrola bezpečné kvality materiálu feromagnetického kovového pláště tlakových nádob například jaderných reaktorů se v současné době provádí mechanickým zkoušením svědečných vzorků pomocí Charpy testů. Svědečné vzorky jsou vyrobeny z materiálu shodného s materiálem pláště testované nádoby, mají tvar podlouhlých hranolků a po celou dobu provozní existence reaktoru jsou vystaveny stejnému působení radiace, tlaku i teploty jako sám plášť. Oprávněně se tedy předpokládá, že provozní degradace pláště tlakové nádoby je totožná s degradací svědečných vzorků a testy se provádějí na nich.

V časových periodách určených předpisem výrobce tlakové nádoby se z reaktoru vyjme určený počet svědečných vzorků pro danou zkoušku, typicky 12 kusů, umístí se do manipulačního prostoru, dále chráněný prostor, zabezpečeného proti ozáření obsluhy svědečnými vzorky, které se v reaktoru staly radioaktivními, podrobí se v chráněném prostoru Charpy testům, při kterých se řízené mění teplota vzorků při jednotlivých testech, a vyhodnotí se okamžitý stav kvality materiálu. Charpy test je svojí povahou statistický a destruktivní, svědečné vzorky jsou po testu zničené, nadále už nepoužitelné a je třeba je deponovat na bezpečném místě, neboť jsou po pobytu v reaktoru samy radioaktivní.

Nevýhodou dnešního stavuje destruktivní charakter používaných Charpy testů, neboť po každé sérii testů se zmenší počet svědečných vzorků, které jsou pro příště ještě v reaktoru k dispozici. Další nevýhodou je složitá mechanická a teplotní manipulace svědečnými vzorky při provádění Charpy testů, která je znásobena tím, že vzorky jsou radioaktivní a Charpy testy je nutno provádět v chráněném prostoru mimo reaktor. Mechanický charakter Charpy testu, tj. přerážení svědečných vzorků úderem kladiva při různých teplotách, je komplikovaný a technicky i finančně náročný proces.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob nedestruktivní indikace provozní degradace feromagnetického materiálu tlakových nádob a svědečný vzorek k jeho provádění podle tohoto vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že vhodný svědečný vzorek umístěný v tlakové nádobě reaktoru je testován magneticky, přičemž způsob jeho magnetování a výběr indikátoru/ů degradace jeho materiálu je předem jednou pro vždy určen z nezávislé referenční zkoušky, jak je uvedeno níže.

Vhodným tvarem a předem navinutými, neměnnými cívkami svědečného vzorku se zajistí jeho snadné a dostatečné zmagnetování magnetizační cívkou i jeho jednoznačná a spolehlivá indukční napěťová odezva ve snímací cívce. Svědečný vzorek má jádro s magneticky uzavřeným tvarem, je na něm navinuta alespoň jedna magnetizační cívka a alespoň jedna snímací cívka a je zhotoveno z materiálu stejného jako plášť tlakové nádoby. Nejvýhodnějším tvarem je magneticky uzavřený prsten.

Způsob nedestruktivní indikace provozní degradace feromagnetického materiálu tlakových nádob spočívá v tom, že se do tlakové nádoby umístí nejméně jeden svědečný vzorek a v každém čase r, kdy bude stanoveno provést odečtení úrovně degradace ε_τ materiálu této nádoby, se provede

- 1 CZ 307076 B6 demagnetování a následné magnetování alespoň jednoho svědečného vzorku až do amplitudy Ao magnetizačního proudu, která je větší nebo rovna hodnotám amplitudových souřadnic ďji, T_j2, Ay,... použitých kalibračních křivek vybraných referenční zkouškou, a během tohoto magnetování je zaznamenáváno elektrické napětí indukované ve snímací cívce, načež se části zaznamenaných hodnot, popřípadě derivace těchto hodnot nebo integrály těchto hodnot, porovnají s kalibrační/mi křivkou/křivkami, která/é je/jsou výslednicí referenční zkoušky. Magnetování je možno provádět uvnitř tlakové nádoby nebo na svědečném vzorku vyjmutém z tlakové nádoby.

Magnetické testy charakterizuje jejich nedestruktivnost, neboť materiál svědečného vzorku není testem porušen a jediný svědečný vzorek může být testován po celou dobu života tlakové nádoby. Počet svědečných vzorků se tedy kvůli testům nezmenšuje a vzájemně porovnávané testy degradace jsou prováděny vždy na stejném vzorku, tedy nemají statistický charakter a jejich vzájemné srovnání je absolutní.

Magnetické testy je možné provádět in-situ v tlakové nádobě a vhodnými průchodkami v nádobě se pouze přivedou vodivé přívody, 2 vodiče, k magnetizační cívce a 2 vodiče ke snímací cívce, svědečného vzorku. Odpadá tedy jakákoliv mechanická manipulace během testů, svědečné vzorky není třeba z reaktoru vyjímat, není zapotřebí vybudovat pro testy chráněné prostory, odpadá nebezpečí ozáření obsluhy svědečnými vzorky a odpadá nutnost protiradiačně zabezpečené depozice použitých, destruovaných a dále už potřebných radioaktivních svědečných vzorků jako po mechanických Charpy testech.

Příklady uskutečnění vynálezu

Referenční zkouška se provede na referenčním vzorku, který má stejný tvar, stejný rozměr, stejné magnetizační a snímací cívky a je vyroben ze stejného materiálu jako svědečný vzorek. Referenční zkouška se provede za stejné teploty, za které se budou provádět testy na svědečných vzorcích. Referenční zkouška sestává ze série měření, přičemž všechna měření se provádějí na tomtéž referenčním vzorku. První měření se provede při počátečním nedegradovaném stavu materiálu jeho jádra. Další měření se provedou na referenčním vzorku po vhodně voleném počtu kroků zvyšující se úrovně (ε) degradace jeho materiálu, totožné s druhem degradace, kterému bude svědečný vzorek vystaven při provozu reaktoru.

Před každým měřením se referenční vzorek pečlivě demagnetuje a potom je z demagnetovaného stavu magnetován svojí magnetizační cívkou střídavým proudem F s amplitudou A rostoucí po měřicích krocích od vhodné minimální amplitudy až po vhodnou maximální amplitudu. Trojúhelníkový tvar střídavého proudu je vhodným příkladem průběhu magnetizačního proudu. Během magnetování referenčního vzorku jsou podrobně zaznamenávány hodnoty napěťového signálu μ (F, A) indukovaného ve snímací cívce v závislosti na magnetizačním proudu.

Po skončení všech měření na referenčním vzorku se pro všechna měření zvolí stejný vhodný vyhodnocovací krok ΔΑ, magnetizační amplitudy a stejný vhodný vyhodnocovací krok áF, použitého magnetizačního proudu. Každé měření referenčního vzorku se zpracuje takovým způsobem, aby bylo možno napěťový signál μ (F, A), indukovaný ve snímací cívce, interpolovat do souboru diskrétních μ-indikátorů μ (Fj, Aj). Indikátory se stejnými souřadnicemi ze všech měření provedených na referenčním vzorku se uspořádají do μ-degradačních funkcí μ (Fj, Aj, ε) a vhodným postupem se z nich vybere alespoň jedna optimální (vysoká citlivost, vhodný tvar) μ-degradační funkce μ (F,i, Αρ, ε), která bude pro svědečné vzorky fungovat jako μ-kalibrační křivka. Obdobným způsobem je vhodné diskretizovat také derivaci, popř. integrál signálu μ (F, A) podle F, definovat tak odpovídající μ'-degradační funkce, popř. B-degradační funkce, a vybrat z nich optimální μ-kalíbrační křivky, μ' (F_i2, A_j2, ε), popř. B-kalíbrační křivky, B (F_i3, A_j3, ε).

-2CZ 307076 B6

Svědečný vzorek ve tvaru prstenu, např. o rozměrech D/d/t = 20/14/3 mm, kde D = vnější průměr, d = vnitřní průměr, t = tloušťka prstenu, s magnetizační cívkou o několika závitech a se snímací cívkou o několika závitech, které jsou na prstenu navinuty, je umístěn dovnitř tlakové nádoby reaktoru, nejlépe ještě před spuštěním reaktoru, a k oběma cívkám jsou průchodkami přivedeny magnetizační a snímací vodiče.

Pro provedení měření v libovolném okamžiku je vhodným zdrojem proudu připojeným k vodičům magnetizační cívky svědečný vzorek nejprve demagnetován. Bezprostředně poté je svědečný vzorek tímtéž proudovým zdrojem magnetován svojí magnetizační cívkou, a to trojúhelníkovým střídavým proudem F s amplitudou A rostoucí po malých krocích, od minimální amplitudy až po amplitudu Ao, která je větší nebo rovna hodnotě amplitudových souřadnic Aji, Aj₂, A_j3, ... optimálních kalibračních křivek, vybraných referenční zkouškou.

Během magnetování svědečného vzorku jsou podrobně zaznamenávány hodnoty napěťového signálu μ (F, A) indukovaného ve snímací cívce v závislosti na magnetizačním proudu. Následně se provede (se stejně zvolenými kroky ΔΑ a AF jako při referenční zkoušce) diskretizace zaznamenaného napětí μ (F, A) -> μ (Fj, Aj), a pro hodnotu μ (F;i, Aji) se odečte z kalibrační křivky μ (F;i, Aji, ε) hledaná úroveň ε_τ degradace svědečného vzorku a zároveň tedy úroveň degradace ε_τferomagnetického materiálu pláště tlakové nádoby v okamžiku měření τ.

Podobně je možno postupovat s derivací zaznamenaného napětí, popř. s jeho integrálem a zjistit nebo ověřit úroveň degradace ε_τ kalibračních křivek μ' (F_i2, A_j2, ε), popř. B (F_i3, A_j3, ε).

Průmyslová využitelnost

Vynález se týká ochrany životního prostředí proti nebezpečí radioaktivních úniků z tlakových nádob jaderných reaktorů. Pomocí navrhované metody lze indikovat bezpečnost tlakových nádob jaderných reaktorů.

Claims

1. Způsob nedestruktivní indikace provozní degradace feromagnetického materiálu tlakových nádob, vyznačující se tím, že se do tlakové nádoby umístí nejméně jeden svědečný vzorek a v každém čase r, kdy bude stanoveno provést odečtení úrovně degradace ε_τ materiálu této nádoby, se provede demagnetování a následné magnetování alespoň jednoho svědečného vzorku až do amplitudy A_o magnetizačního proudu, která je větší nebo rovna hodnotám amplitudových souřadnic A-_j}, Ap, A_j3, ... použitých kalibračních křivek vybraných referenční zkouškou, a během tohoto magnetování jsou zaznamenávány hodnoty elektrického napěťového signálu indukované ve snímací cívce, načež se části zaznamenaných hodnot, popřípadě derivace těchto hodnot nebo integrály těchto hodnot, porovnají s kalibrační/mi křivkou/křivkami, která/é je/jsou výslednicí referenční zkoušky.

2. Způsob nedestruktivní indikace provozní degradace podle nároku 1, vyznačující se tím, že se magnetování provádí uvnitř tlakové nádoby.

3. Způsob nedestruktivní indikace provozní degradace podle nároku 1, vyznačující se tím, že se magnetování provádí na svědečném vzorku/svědečných vzorcích po jeho/jejich vyjmutí z tlakové nádoby.

-3 CZ 307076 B6

4. Svědečný vzorek k provádění způsobu podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že jeho jádro má magneticky uzavřený tvar, je na něm navinuta alespoň jedna magnetizační cívka a alespoň jedna snímací cívka, a je zhotoveno z materiálu stejného jako plášť tlakové nádoby.