Ảnh hưởng của môi trường làm việc đến tuổi thọ của thép pearlit 10гн2мфа trong nhà máy điện hạt nhân loại vver – 1000

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN  BẾ VĂN TUẤN ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG LÀM VIỆC ĐẾN TUỔI THỌ CỦA THÉP PEARLIT 10 ГН МФА TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN LOẠI VVER – 1000 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN LÂM ĐỒNG, 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN  BẾ VĂN TUẤN – 1410722 ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG LÀM VIỆC ĐẾN TUỔI THỌ CỦA THÉP PEARLIT 10ГН2МФА TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN LOẠI VVER – 1000 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NGUYỄN THỊ NGUYỆT HÀ KHÓA 2014 – 2018 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Đà Lạt, ngày……tháng… năm …… NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Đà Lạt, ngày……tháng… năm …… LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin cảm ơn Quý thầy cô khoa Kỹ Thuật Hạt Nhân Quý thầy cô trường Đại học Đà Lạt nhiệt tình truyền dạy kiến thức tạo mơi trường học tập thuận lợi cho em suốt thời gian học tập trường Đại học Đà Lạt q trình thực khóa luận tốt nghiệp Em xin bày tỏ biết ơn đến Cô giáo hướng dẫn Nguyễn Thị Nguyệt Hà tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên truyền đạt vốn kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho em q trình học tập thực khóa luận Và cuối cùng, chân thành cám ơn bạn lớp Kỹ Thuật Hạt Nhân K38 gia đình sát cánh năm học qua, dành tin tưởng, giúp đỡ để hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Lâm Đồng, tháng 11 năm 2018 BẾ VĂN TUẤN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Những kết số liệu khóa luận chưa cơng bố dưới hình thức Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước Nhà trường cam đoan Lâm Đồng, tháng 11 năm 2018 Sinh viên BẾ VĂN TUẤN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT AGR BWR FBR GCR IAEA KL LPƯHN LWGR NMĐHN PHWR PWR SCC SG VVER MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VVER-1000 .2 1.1 Sơ lược lò phản ứng hạt nhân 1.2 Lò phản ứng hạt nhân VVER-1000 1.2.1 Giới thiệu lò phản ứng hạt nhân VVER-1000 1.2.2 Bình sinh 1.2.3 Thép pearlit 10ГН2МФА bình sinh 1.2.4 Môi trường làm việc bình sinh TÓM TẮT CHƯƠNG CHƯƠNG - SỰ NỨT DO MƠI TRƯỜNG ĂN MỊN VÀ ỨNG SUẤT TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN 2.1 Tổng quan nứt mơi trường ăn mịn ứng suất 2.2 Khởi tạo SCC 11 2.3 Lan truyền SCC 13 2.4 Ảnh hưởng hydro đến thép pearlit 18 2.5 Phương pháp tính tốn tích tụ hydro 20 2.6 Phương pháp tính tốn hệ số cường độ ứng suất 21 TÓM TẮT CHƯƠNG 24 CHƯƠNG - KẾT QUẢ TÍNH TỐN SỰ TÍCH TỤ HYDRO, HỆ SỐ CƯỜNG ĐỘ ỨNG SUẤT VÀ THỜI GIAN LÀM VIỆC CÒN LẠI CỦA THÉP PEARLIT 10ГН2МФА 25 3.1 Kết tính tốn nồng độ hydro thép pearlit 25 3.2 Kết tính tốn hệ số cường độ ứng suất 28 3.3 Kết tính tốn mức độ hư hỏng tích tụ hydro thép pearlit 10ГН2МФА 31 3.4 Kết tính tốn thời gian làm việc cịn lại đến hư hỏng .33 TĨM TẮT CHƯƠNG 34 KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Mơ hình lị phản ứng hạt nhân WWER-1000 Hình 1.2 Bình sinh Hình 2.1 a Vết nứt SCC hạt; b Vết nứt SCC bên hạt Hình 2.2 Sơ đồ trình diễn đỉnh vết nứt 11 Hình 2.3 Sơ đồ mơ tả ba giai đoạn trình nứt SCC 13 Hình 2.4 Sơ đồ biểu diễn mơ hình hấp thụ 16 Hình 2.5 Sơ đồ vỡ hóa học gây rạng nứt liên kết 17 Hình 2.6 Phân tử nước phân tử hydroni 19 Hình 2.7 Các q trình lý hóa diễn đỉnh vết nứt 19 Hình 2.8 Mơ tả trạng thái hydro thép pearlit 19 Hình 2.9 Vùng đàn hồi vật liệu 22 Hình 3.1 Sự tích tụ nồng độ hydro thép pearlit theo thời gian 27 Hình 3.2 Sự phụ thuộc hệ số cường độ ứng suất thép pearlit 31 theo thời gian 31 Hình 3.3 Mức độ hư hỏng tích tụ hydro thép pearlit theo thời gian (chỉ tích tụ hydro) 33 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các loại lò sử dụng Bảng 1.2 Các thơng số bình sinh Bảng 1.3 Thành phần hóa học thép 10ГН2МФА, tỉ lệ % Bảng 3.1 Các thơng số để tính nồng độ H2 thép pearlit 25 Bảng 3.2 Kết tính tốn tích tụ nồng độ hydro thép pearlit .25 theo thời gian 25 Bảng 3.3 Các thơng số dùng để tính ảnh hưởng hydro tới hệ số cường độ ứng suất thép pearlit 28 Bảng 3.4 Kết tính toán ảnh hưởng hệ số cường độ ứng suất thép pearlit theo thời gian 28 Bảng 3.5 Kết ngưỡng hệ số cường độ ứng suất ăn mòn 31 ở số giá trị độ pH 31 Bảng 3.6 Mức độ hư hỏng tích tụ hydro thép pearlit theo thời gian 31 Bảng 3.7 Thời gian làm việc lại đến hư hỏng 33 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10 10.5 11 11.5 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Hình 3.1 Sự tích tụ nồng độ hydro thép pearlit theo thời gian 27 Nhận xét: Sự tích tụ nồng độ hydro thép pearlit phụ thuộc vào thời gian giá trị độ pH môi trường làm việc Từ hình 3.1, ta thấy với giá trị độ pH = nồng độ hydro tích tụ thép tăng nhanh đạt giá trị giới hạn khoảng thời gian khoảng tháng nhanh so với môi trường có giá trị pH = (tốn khoảng 45 tháng) Do đó, mơi trường làm việc có giá trị pH thấp tốc độ tích tụ hydro vật liệu nhanh 3.2 Kết tính tốn hệ số cường độ ứng suất Từ công thức hệ sô cường độ ứng suất (2.31) thông số ở bảng 3.3 ta có kết tính tốn hệ số cường độ ứng suất theo thời gian ở bảng 3.4 Bảng 3.3 Các thơng số dùng để tính ảnh hưởng hydro tới hệ số cường độ ứng suất thép pearlit [10] Ứng suất căng σs (MPa) Mô đun young E (MPa) Hệ số η2 Hệ số thay đổi thể tích hợp kim ∆ Hệ số Posion γ Hệ số khuếch tán hydro thép không gỉ D (m /s) Nồng độ CO Nồng độ CH Hệ số khuếch tán oxy thép D0 (m /s) Bán kính hạt nhân r (m) Bảng 3.4 Kết tính tốn ảnh hưởng hệ số cường độ ứng suất thép pearlit theo thời gian 30 Hình 3.2 Sự phụ thuộc hệ số cường độ ứng suất thép pearlit theo thời gian Ngưỡng hệ số cường độ ứng suất (KISCC) giá trị hệ số cường độ ứng suất ứng với nồng độ hydro giới hạn cho phép thép Pearlit ( CH lim Kết tính tốn KISCC cho ở bảng 3.5 Bảng 3.5 Kết ngưỡng hệ số cường độ ứng suất ăn mòn ở số giá trị độ pH Hệ số cường độ ứng suất 1/2 KISCC (MPa.m ) Nhận xét: Từ hình 3.2, ta thấy giá trị hệ số cường độ ứng suất thép pearlit theo thời gian mơi trường làm việc có giá trị pH = tăng nhanh tháng đầu, giá trị pH = tăng bình thường Do đó, hệ số cường độ ứng suất trong thép pearlit ở môi trường làm việc có độ pH thấp tăng nhanh tới giá trị cực đại Từ Bảng 3.5 ta thấy, ngưỡng hệ số cường độ ứng suất giảm dần theo giá trị Ở mơi trường có giá trị pH thấp, nồng độ hydro tăng nhanh khoảng thời gian ngắn nên ngưỡng hệ số cường độ ứng suất cao so với mơi trường có độ pH cao 3.3 Kết tính tốn mức độ hư hỏng tích tụ hydro thép pearlit 10ГН2МФА Từ cơng thức (2.15) ta tính mức độ hư hỏng tích tụ hydro thép pearlit bảng 3.6.Trong khóa luận này, tính tốn mức độ hư hỏng, xét đến hư hỏng có tích tụ hydro mà không xét tới tác nhân hư hỏng khác Bảng 3.6 Mức độ hư hỏng tích tụ hydro thép pearlit theo thời gian Thời gian (tháng) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10 10.5 11 11.5 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Hình 3.3 Mức độ hư hỏng tích tụ hydro thép pearlit theo thời gian (chỉ tích tụ hydro) Nhận xét: Từ hình 3.3, cho thấy giá trị pH = nồng độ hydro tăng nhanh làm vật liệu hư hại nhanh đạt giá trị (ngưỡng thép hư hỏng) tháng giá trị pH = - thép hư hỏng 29 tháng Ta thấy, thép pearlit nhạy cảm mơi trường làm việc có độ pH thấp, từ ta tăng giá trị pH môi trường làm việc lên để kéo dài tuổi thọ thép pearlit lâu 3.4 Kết tính tốn thời gian làm việc cịn lại đến hư hỏng Từ cơng thức (2.16) ta tính thời gian làm việc lại đến hư hỏng bảng 3.7 Ở đây, tính tốn lúc hydro tích tụ đến ngưỡng giá trị hydro CH Bảng 3.7 Thời gian làm việc lại đến hư hỏng Thời gian lại đến hư hỏng τMi (giờ) pH = Nhận xét: Từ số liệu bảng 3.7, ta thấy thời gian làm việc cịn lại môi trường pH = cao gấp 43 lần mơi trường có pH = Như vậy, đối với vật liệu thép 33 pearlit làm việc mơi trường có giá pH thấp thời gian lại đến hư hỏng ngắn Thời gian làm việc vật liệu bị nhiều yếu tố khác tác động, ta xét mức độ hư hỏng tích tụ hydro gây TÓM TẮT CHƯƠNG Trong chương ta đã: - Tính tốn tích tụ hydro thép pearlit Kết cho thấy tích tụ hydro thép pearlit phụ thuộc vào giá trị pH môi trường, độ pH thấp tốc độ tích tụ nhanh - Tính tốn hệ số cường độ ứng suất theo thời gian hai trường hợp: môi trường có giá trị pH = pH = Ta thấy hệ số cường độ ứng suất tăng tích tụ hydro tăng - Tính tốn mức độ hư hỏng tích tụ hydro thép pearlit Tính tốn thời gian làm việc cịn lại đến hư hỏng Ta thấy ta tăng giá trị pH mơi trường làm việc thời gian làm việc thép pearlit dài 34 KẾT LUẬN Sau hồn thành khóa luận tốt nghiệp ta thu kết sau: - Tìm hiểu cở số loại LPƯHN phổ biến LPƯHN loại VVER1000 - Tìm hiểu mơi trường làm việc khắc nghiệt bình sinh mà vật liệu thép pearlit phải chịu đựng - Nghiên cứu mô hình lan truyền vết nứt ảnh hưởng hydro tới lan truyền vết nứt thép pearlit - Tính tốn ảnh hưởng hydro tới thép pearlit với kết sau: nồng độ hydro tích tụ thép pearlit phụ thuộc vào giá trị pH môi trường làm việc Với giá trị pH = tốc độ tích tụ hydro thép pearlit tăng nhanh so với môi trường có giá trị pH = Do đó, giá trị pH mơi trường ảnh hưởng đến tốc độ tích tụ hydro thép pearlit, pH thấp tốc độ tích tụ hydro vật liệu nhanh - Tính tốn hệ số cường độ ứng suất vật liệu mơi trường có giá trị pH khác theo thời gian với kết sau: hệ số cường độ ứng suất tăng nhanh độ pH nhỏ - Tính tốn mức độ hư hỏng tích tụ hydro theo thời gian, ta thu kết quả: Thép pearlit 10ГН2МФА hư hỏng nhanh làm việc mơi trường có giá trị pH thấp - Tính tốn thời gian làm việc cịn lại đến hư hỏng, ta thấy thời gian làm việc cịn lại thép pearlit mơi trường có giá trị pH = cao gấp 43 lần so với mơi trường giá trị pH = Do đó, tăng cao giá trị pH môi trường làm việc lên kéo dài tuổi thọ thép pearlit dài Thép pearlit 10ГН2МФА vật liệu ứng dụng rộng rãi thành phần, thiết bị NMĐHN loại VVER-1000, đặc biệt bình sinh Từ liệu khóa luận cho thấy hydro có ảnh hưởng đến thép pearlit 10ГН2МФА (làm tăng độ giòn vật liệu làm tăng hệ số cường độ ứng suất), dẫn tới ảnh hưởng trình hoạt động tuổi thọ thiết bị sử dụng loại thép Bài khóa luận trình bày cơng thức lý thuyết, sử dụng tính tốn cơng thức bán thực nghiệm tích tụ hydro vật liệu hệ số cường độ ứng suất phụ thuộc vào nồng độ hydro để chứng minh ảnh hưởng hydro tới thép pearlit 10ГН2МФА Từ làm sở cho nghiên cứu khác để đề xuất biện pháp nhằm giảm mức độ hư hỏng, giúp kéo dài tuổi thọ vật liệu, bảo đảm thiết bị NMĐHN hoạt động an toàn 35 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Đăng Khoa, Phân Tích Hệ Thống An Tồn Trong Lị Phản Ứng WWER-1000 Bằng Phần Mềm Mơ Phỏng IAEA, khóa luận tốt nghiệp kĩ sư kĩ thuật hạt nhân khóa 2012-2017 [2] Trần Minh Hùng, Tính Tốn Hệ Số Cường Độ Ứng Suất Tại Đỉnh Vết Nứt Xảy Ra Trên Ống Trao Đổi Nhiệt Của Bình Sinh Hơi Nhà Máy Điện Hạt Nhân VVER-1000, khóa luận tốt nghiệp kỹ sư hạt nhân khóa 2013-2018 [3] Đề Tài Độc Lập Cấp Nhà Nước, Nghiên Cứu, Phân Tích, Đánh Giá Và So Sánh Hệ Thống Cơng Nghệ Nhà Máy Điện Hạt Nhân Dùng Lị VVER-1000 Giữa Các Loại AES-91, AES-92 & AES-2006”, Mã số: ĐTĐL.2011-G/82 [4] WWER-1000 REACTOR SIMULATOR WORKSHOP MATERIAL, International Atomic Energy Agency IAEA, 2011 [5] WWER-1000 STEAM GENERATOR INTEGRITY, A Publication Of The Extrarudgetary Programme On The Safety Of Wwer And Rrmk Nuclear Power Plants, International Atomic Energy Agency, July 1997 [6] Ladislav Kander, Karel Matocha, Aleš Korčák, Effect Of Intercritical Annealing On Mechanical Properties Of 10GN2MFA Grade Steel Used For Nuclear Power Station, 2007 [7] Dahberg T, Ekberg A, Failure fracture fatigue, Student litteratur, Lund, Sweden 2002 [8] Ananya Bhattacharya, Stress Corrosion Cracking of Duplex Stainless Streels in Caustic Solutions, Georgia Institute of Technology Atlana, GA, December 2008 [9] Russell H.Jones, book Stress-corrosion Cracking, Copyright 1992 by ASM International Нгуен Тхи Нгует Ха, Экспериментально-Теоретическое Моделирование Развития Трещин В Конструкционных Сплавах Оборудования Аэс, едеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Национальный Исследовательский Университет «МЭИ», 2016 [10] 37 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN  BẾ VĂN TUẤN – 1410722 ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG LÀM VIỆC ĐẾN TUỔI THỌ CỦA THÉP PEARLIT 10ГН2МФА TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN LOẠI VVER – 1000. .. suất thời gian làm việc lại thép Pearlit 10ГН2МФА Kết luận Tài liệu tham khảo CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VVER- 1000 1.1 Sơ lược lò phản ứng hạt nhân Nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN)... 1.2.3 Thép pearlit 10ГН2МФА bình sinh 1.2.4 Mơi trường làm việc bình sinh TÓM TẮT CHƯƠNG CHƯƠNG - SỰ NỨT DO MÔI TRƯỜNG ĂN MÒN VÀ ỨNG SUẤT TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN