بخشی از مقاله
چکیده
جریان شتاب یافته - Flow Accelerating Corrosion - ، با تخریب لایه محافظ اکسیدي روي سطح داخلی لولهها و محفظههاي کربن استیل، سبب وقوع خوردگی در سیستم لولهکشی نیروگاه میشود. بر خلاف بسیاري از خوردگی هاي منجر به شکست، هیچگونه ترکی تا زمان پارگی کامل لوله و محفظه مربوطه، در خط لوله ظاهر نمی گردد؛ لذا، وقوع این پدیده، در صورتی که به موقع شناسایی نشود و از پیشرفت آن ممانعت به عمل نیاید، منجر به شکست خط لوله آب تغذیه اصلی به بخارساز در نیروگاه هستهاي میگردد.
با توجه به اینکه شکست خط تغذیه اصلی آب نیروگاه، در زمره حوادثی است که میتواند سبب آسیب به قلب راکتور شود، انجام فعالیتهاي نظارتیِ تشخیصی و اصلاحی به هدف پیشگیري از رخداد پدیده FAC، اجتناب ناپذیر و بلکه حیاتی است. از سویی دیگر، ماهیت شکست پیش از نشتی خط لوله در معرض FAC، و موانع فنی و مسائل هزینهاي در مقوله اجراي بازرسیهاي نامبرده، سبب پیچیدگی، در کنار تنوع اجراي آنها شدهاست.
این مطالعه، ضمن ارائه روشی جهت تعیین نقاط کاندید براي انجام بازرسی بر مبناي ریسک - Risk-Based Inspection - و توصیف اجمالی از روش هاي مختلف بازرسی، کارآیی و مزایاي اجراي روش بازرسی میدان گردابی پالسی - Pulsed Eddy Current - با هدف تشخیص خوردگی ناشی از FAC در خط لوله اصلی تغذیه آب به بخارساز یک نیروگاه تحت فشار را تشریح میکند.
این تکنیک میزان خوردگی ناشی از FAC را بر مبناي سنجش ضخامت دیواره لولهها اندازه میگیرد. اجراي موثر این روش، علاوه بر افزایش کارآیی و کاهش هزینه انجام RBI، سبب کاهش فرکانس شکست خط لوله در نقاط مستعد FAC و در نتیجه فرکانس آسیب به قلب در نیروگاه هستهاي میشود.
مقدمه
یکی از مهمترین مکانیسم هاي تخریب لوله هاي موجود در سیستم پایپینگ نیروگاه ها علی الخصوص نیروگاه هاي هسته اي خوردگی ناشی از جریان می باشد که در طول سال ها موجب تخریب بسیاري از لوله ها و تجهیزات در انواع نیروگاه ها شده است. FAC یا خوردگی شتاب یافته ناشی از جریان سیال یکی از مهمترین خوردگی هایی است که در نیروگاه هاي قدرت بسیار شایع بوده و با وجود مطالعات گسترده هنوز به عنوان یکی از موضوعات بسیار داغ پژوهشی مد نظر پژوهشگران می باشد.
پایه FAC بر اساس تخریب شتابدار لایه محافظ اکسید تشکیل شده بر روي سطوح به جهت جریان سیال می باشد که این مورد در سیستم هایی که تحت اثر جریان دو فازي ممکن است قرار گیرند بسیار حادتر مشاهده می شود. این فرآیند در آخر منجر به نابودي جداره هاي داخلی لوله ها، اتصالات و سیستم ها شده و به طبع آن منجر به نشت سیال از مدارهاي نیروگاهی می گردد. یکی از این مدارهاي نیروگاهی سیستم piping آب تغذیه است که چندین مورد شکست مرتبط با آن به دلیل از بین رفتن لایه داخلی فلز که به علت خوردگی شتاب یافته ناشی از جریان است، مشاهده شده است.
با توجه به این که شکست piping آب تغذیه در زمره حوادثی است که می تواند سبب آسیب به قلب راکتور شود، انجام فعالیت هاي نظارتی تشخیصی و اصلاحی با هدف پیشگیري از رخداد پدیده ي
FAC، اجتناب ناپذیر و بلکه حیاتی است. یکی از این فعالیت ها انجام بازرسی بر مبناي ریسک - 1RBI - است.
RBI ابزاري مدیریتی جهت تشخیص و اولویت بندي ریسک هاي مربوط به سیستم هاي تحت فشار و ارائه برنامه بازرسی بر اساس ریسک هاي محاسبه شده می باشد. در تکنیک RBI ابتدا میزان احتمال و پیامد از کار افتادگی تجهیزات تحت فشار محاسبه شده و از حاصل ضرب این دو فاکتور - یعنی احتمال و پیامد - میزان ریسک بدست می آید.
سپس بر اساس اندازه ریسک بدست آمده، تجهیزات اولویت بندي شده و برنامه بازرسی براي آن ها تعریف می شود. در این تکنیک فاصله زمانی ثابتی براي بازرسی تجهیزات تعریف نمی شود، بلکه هر قسمت بازه زمانی و برنامه جداگانه اي جهت بازرسی دارد. میزان یک برنامه بازرسی توسط یک تعادل بین هزینه هاي تعیین انتخاب مکان بازرسی و انجام بازرسی ها و هزینه هاي شکست باالقوه مشخص می شود .[1] در یک سیستم piping آب تغذیه مکان هاي با بیشترین نرخ FAC باید مورد بازرسی قرار بگیرند.
در این مقاله در ابتدا مکان هاي بحرانی وقوع FAC معرفی شده اند.
سپس تکنیک هاي مختلف بازرسی و سنجش دیواره با ذکر مزایا و معایب به طور مختصر توضیح داده شده اند و به طور ویژه بازرسی به روش جریان گردابی پالسی به کار گرفته شده است. براي تعیین سطح ریسک سیستم هاي مستعد FAC یک ماتریس کیفی ریسک پیشنهاد شده است که بر اساس پارامترهاي موثر بر وقوع FAC و کلاس ایمنی ریسک در جریان سیستم است.
از نتایج این ماتریس می توان سیستم هاي مورد نظر براي انجام بازرسی را انتخاب کرد. بعد از اینکه سیستم براي بازرسی کاندید شد و مورد بازرسی قرار گرفت، یک ماتریس ریسک براي تعیین سطح ریسک نقاط آن معرفی می شود که مولفه هاي آن بر اساس تعداد نقاط و میزان از دست رفتن ضخامت دیواره است. سپس با توجه به نتایج دو ماتریس قبل، ماتریس جدیدي براي تعیین برنامه بازرسی با در نظر گرفتن درجه اهمیت سیستم و درجه اهمیت نقاط سیستم معرفی می شود.
انتخاب مکان هاي بحرانی جهت بازرسی:
انتخاب مکان هاي بحرانی براي FAC به وسیله ي قضاوت مهندسی و استفاده از نرم افزارها انجام می شود. در ابتدا باید یک لیستی از مکان هاي مستعد FAC ایجاد شود.
این مکان ها ممکن است شامل سیستم هاي بخار کمکی ، تخلیه دیگ بخار، بازچرخش پمپ آب تغذیه بویلر ، کندانسور، مکش آب تغذیه ، تخلیه آب تغذیه به گرمکن مقدماتی، تخلیه و مکش پمپ تقویت کننده ي آب تغذیه، بخار gland توربین ، خشک کن گرمکن آب تغذیه ، خشک کن آبشاري هواگیر1 ، اسپري بازگرمایش و اسپري مافوق داغ است. علاوه بر این از دست رفتن بخش قابل توجهی از دیواره در مجاورت اتصالات نازل ورودي بخار در پوسته گرمکن آب تغذیه فشار بالا و فشار پایین است. FAC همچنین در خطوط بازگرمایش سرد نیروگاه هاي هسته اي وجود دارد.
بنابراین اطلاعات عملی مانند مواد مورد استفاده در لوله، ضخامت نامی دیواره - NWT - ، قطر، نرخ جریان، دما و فشار طراحی، کیفیت بخار، پرتوگیري افراد و نواحی آشفته باید جمع آوري شود. مذاکره با اپراتورهاي نیروگاه، پرسنل حفاظت و مهندسان سیستم ها در شناسایی مسائل ویژه لحاظ شده در انتخاب فرآیندها مفید است.
قضاوت مهندسی در انتخاب مکان هاي بحرانی از دست رفتن دیواره معمولا بر مبناي ارزیابی ترکیب پارامترهایی نظیر شیمی ضعیف آب، مقادیر پتانسیل کاهش اکسیداسیون - ORP2 - دماهاي کاربردي سیال، آشفتگی بیشتر، خرابی هاي گذشته و پرتوگیري افراد در نواحی مورد نظر است. سپس مکان هاي بحرانی براي سنجش دیواره می تواند بر مبناي ارزیابی ریسک براي هر سیستم اولویت بندي شود.
تکنیک هاي بازرسی و سنجش دیواره:
وقتی که مکان هاي مورد نظر براي بازرسی انتخاب شدند، بازرس تصمیم می گیرد که کدام تکنیک بازرسی استفاده شود. در حال حاضر تعدادي تکنیک کاربردي سنجش غیر مخرب - NDE3 - وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خود را دارد.
روش التراسونیک:
ضخامت یک لوله می تواند از طریق اندازه گیري زمان عبور یک پالس با انرژي آلتراسونیک تعیین شود. در این حالت اندازه گیري هاي دقیق می تواند حاصل شود اما عایق لوله در ابتدا باید برداشته شود، چون probe آلتراسونیک باید در تماس با فلز باشد. این یک کار پر هزینه است، بخصوص وقتی عایق پنبه نسوز است که نیازمند به کار گیري اندازه گیري هاي ایمن دقیق است. همچنین اغلب نیاز به آماده سازي سطوح به منظور برداشتن مواد زائد می باشد که ممکن است از تماس اساسی جلوگیري کند. موضوع دیگر مورد توجه این است که اندازه گیري ها باید زمانی انجام شود که نیروگاه off-load است تا بازرسان در معرض دماهاي شدید قرار نگیرند.
در شرایط ویژه، به عنوان مثال وقتی که خاموشی نیروگاه نامطلوب است، اندازه گیري هاي ضخامت ممکن است به وسیله ي میله هاي - probe - مقاوم انجام شود، اما فقط براي بازرسی با ابعاد کوچک باید در نظر گرفته شود. یک روش جایگزین به جاي برداشتن عایق استفاده از pinducers است که در واقع میله هاي التراسونیک قلمی شکل هستند که می توانند در داخل عایق در مکان هاي مجزا قرار داده شوند، اگرچه اشعه التراسونیک به خوبی مبدل هاي متداول شکل نمی گیرد و اندازه گیري ها داراي دقت کمتر است.
روش رادیوگرافی:
رادیو گرافی این مزیت را دارد که نیازي نیست عایق برداشته شود، بنابراین در حالتon-line می تواند استفاده شود. گرچه عملکرد آن کند است، نیاز به شاخص گذاري و تنظیمات دقیق دارد و به لحاظ جنبه هاي ایمنی ملاحظات دقیقی مورد نیاز است، چون اغلب بر فعالیت هاي دیگر نیروگاه اثر می گذارد. یک مزیت ویژه روش رادیوگرافی نسبت به روش هاي دیگر NDE این است که یک تصویر آسان قابل تفسیر از قسمت مورد نظر تولید می شود که نواحی پوسیده شده را نشان می دهد.
یک عیب این روش این است که تعیین مقادیر دقیق ضخامت مشکل است. چون امواجی که یک بخشی از دیواره ي لوله را طی می کنند تصویري را تولید می کنند که ترکیبی از همه ي مقادیر ضخامت در یک بخش ویژه است و یک مقدار براي یک نقطه خاص نیست. توموگرافی با استفاده از یک سري از عکس هاي کنترل شده ي دقیق براي ساختن یک طرح مقطعی که از طریق آن ضخامت هاي دیواره می تواند تعیین شود، بر این مشکل غلبه می کند، اما از لحاظ محاسباتی خیلی فشرده است و براي بازرسی لوله هاي بلند مناسب نیست.
رادیوگرافی صفحه فسفر یک روش متفاوت است که یک تصویر قابل مشاهده بر روي صفحه نمایش در زمان واقعی تولید می کند. این روش فرآیند بازرسی کلی را از طریق حذف زمان مورد نیاز براي ایجاد فیلم هاي فوتوگرافیک سرعت می بخشد و نیاز به سطوح با تشعشع بالا را کاهش می دهد. همچنین زوایاي مطلوب براي نشان دادن خوردگی شتاب یافته ناشی از جریان را نشان می دهد.
روش اپتیکال:
خوردگی شتاب یافته ناشی از جریان می تواند به وسیله ي قرار دادن یک دوربین به صورت مستقیم در یک لوله آب تغذیه مشاهده شود.
در این حالت دسترسی از طریق یک شیر جدا یا دریچه عبور تجهیزات مورد نیاز است، اما براي غربال گري سریع پایپینگ با اندازه طولانی مناسب است. در این حالت اندازه گیري کمی ضخامت دیواره یا از دست دادن فلز به علت از دست دادن حس مقیاس در مشاهده ي تصاویر مشکل است.
هیچ یک از تکنیک هاي NDE به تنهایی نمی تواند ادعا کند که سریع و دقیق است، نیاز به برداشتن عایق ندارد و قابل استفاده وقتی که نیروگاه On-load است می باشد. اما ترکیبی از دو یا چند تکنیک می تواند این شرایط را ارضا کند.
جدول:1 مزیت ها و معایب تکنیک هاي NDE
دورتر - سطح داخلی - قسمت مورد نظر است. دستگاه زمان رسیدن سیگنال به سطح داخلی را با زمان هاي رسیدن بدست آمده از نمونه هاي کالیبراسیون مقایسه می کند و ضخامت دیواره را محاسبه می کند. مزایاي این روش این است که براي اندازه گیري ضخامت دیواره لازم نیست که عایق برداشته شود و به صورت آنلاین و با دقت خوب انجام می شود.
تعیین ماتریس ریسک براي سیستم هاي مستعدشلاطف :
براي تعیین سطح ریسک خط تغذیه اصلی آب به مولد بخار، آنالیز ریسک به روش کیفی انجام می شود. نتیجه آنالیز کیفی ریسک، ارائه یک درجه بندي ریسک با دسته بندي دو مولفه ریسک - احتمال وقوع از کار افتادگی و پیامد آن - می باشد. دسته احتمال وقوع از کار افتادگی و دسته پیامدهاي وقوع از کار افتادگی براي تعیین موقعیت هر واحد عملیاتی بر روي ماتریس ریسک استفاده می شود. هنگامی که نتایج بر روي ماتریس نشان داده می شود، موقعیت هر واحد بر روي ماتریس نشان دهنده ي سطح ریسک واحد مورد ارزیابی است.
نتایج ماتریس ریسک می تواند براي تعیین نواحی بحرانی تر استفاده شود. همچنین می توان از این نتایج براي تصمیم گیري در مورد این که چه بخشی از واحد فرآیندي نیازمند بیشترین توجه در حین بازرسی و یا دیگر فعالیت هاي تخفیف دهنده ي ریسک می باشد، استفاده نمود.
دو مولفه در نظر گرفته شده در ماتریس ریسک شامل احتمال وقوع FAC و پیامدهاي وقوع FAC است. مولفه احتمال وقوع FAC بر اساس پارامترهاي تاثیرگذار بر FAC مشخص می شود، که شامل دما، فشار، مقدار اکسیژن، سرعت جریان، نوع مواد به کار رفته و pH است. یک احتمال کیفی با در نظر گرفتن تاثیر همه ي این پارامترها براي سیستم خط تغذیه اصلی آب به مولد بخار بیان می شود. با توجه به این که سیستم تغذیه آب به مولد بخار از جمله مکان هاي مستعد FAC با توجه به پارامترهاي مشخص شده است، مولفه احتمال وقوع FAC در نظر گرفته شده براي آن، بالا - - HIGH است.
تکنیک جریان گردابی پالسی به وسیله ي اندازه گیري زمان انتشار یک پالس جریان گردابی وقتی که در لوله نفوذ می کند کار می کند.
سنسورها شامل یک سیم پیچ فرستنده و گیرنده و یک دستگاه است که یک سري از پالس هاي جریان پله اي به سیم پیچ فرستنده می فرستد. یک جریان گردابی در پوشش عایق و در سطح نزدیک تر قسمت مورد نظر وقتی که جریان فرستنده تغییر می کند، ایجاد می شود. سپس جریان ها به طور همزمان در داخل فلز منتشر می شوند و گسترش پیدا می کنند. سنسور، میدان مغناطیسی جریان هاي داخل لوله و پوشش را حس می کند. وقتی که جریان ها به طور کامل در دیواره لوله منتشر می شوند
شکل :1 ناحیه با ریسک FAC بالا با در نظر گرفتن گستره پارامترهاي تاثیرگذار
