Tính toán thời gian làm việc còn lại của các thanh trao đổi nhiệt khi trên bề mặt của chúng xuất hiện các vết rỗ do trầm tích đồng gây ra

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KĨ THUẬT HẠT NHÂN VÕ THỊ VIỆT KIỀU – 1410704 TÍNH TỐN THỜI GIAN LÀM VIỆC CÒN LẠI CỦA CÁC THANH TRAO ĐỔI NHIỆT KHI TRÊN BỀ MẶT CỦA CHÚNG XUẤT HIỆN CÁC VẾT RỖ DO TRẦM TÍCH ĐỒNG GÂY RA KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ HẠT NHÂN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN THỊ NGUYỆT HÀ KHÓA 2014 – 2018 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ii LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Kĩ thuật hạt nhân dạy dỗ, bảo em suốt 4.5 năm học tập Trường Đại học Đà Lạt Em cảm ơn gia đình tạo điều kiện cho em đến trường tập thể lớp HNK38 bên cạnh giúp đỡ em việc học tập Cuối em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến GV.TS Nguyễn Thị Nguyệt Hà, cám ơn giúp em hồn thành khóa luận tận tình dạy dỗ dạy em suốt thời gian làm khóa luận Lâm Đồng, tháng 12 năm 2018 Võ Thị Việt Kiều iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ads Adsorb Hấp thụ AP Advanced Passive Hệ thống an toàn thụ động cải tiến EPR European Pressurised Reactor Lò phản ứng áp lực châu Âu IAEA International Atomic Energy Cơ quan lượng nguyên tử Agency quốc tế ICRP IEC International Commission on Ủy ban quốc tế bảo vệ phóng Radiological Protection xạ International Electrotechnical Ủy ban kĩ thuật điện quốc tế Commission INSAG International Nuclear Safety Tổ chức an toàn hạt nhân quốc Group tế ISO International Organization for Cơ quan thiết lập tiêu chuẩn Stadardization quốc tế PWR Pressurized Water Reactors Lò nước áp lực SCC Stress Crossion Crack Nứt mơi trường ăn mịn có ứng suất áp vào VVER Vodo – Vodyanoi Kiểu lò phản ứng nước áp lực Energetichesky Reaktor thiết kế Nga iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các thơng số thiết kế lị VVER – 1000 .3 Bảng 1.2 Các thơng số bình sinh nhà máy điện hạt nhân loại lò VVER – 1000 điều kiện hoạt động bình thường .7 Bảng 1.3 Thành phần loại thép không gỉ .9 Bảng 2.1 Mô đun đàn hồi cho số vật liệu 16 Bảng 4.1 Kết tính tốn vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích .42 Bảng 4.2 Kết tính tốn vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn 44 Bảng 4.3 Kết tính tốn vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn 45 Bảng 4.4 Kết tính tốn thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt 47 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ nhà máy điện hạt nhân loại lò VVER – 1000 Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo lị VVER – 1000 Hình 1.3 Bình sinh Hình 1.4 Mặt cắt dọc bình sinh .6 Hình 1.5 Ảnh hưởng hàm lượng Cr tới tốc độ ăn mòn 10 Hình 2.1 Khuyết tật Schottky (a) khuyết tật Frenkel (b) .12 Hình 2.2 Biến vị mạng tinh thể (a); Sự di chuyển biến vị (b) 13 Hình 2.3 Ứng suất kĩ thuật .13 Hình 2.4 Ứng suất kéo (a) ứng suất nén (b) xác định theo lực tác dụng lên đồng 14 Hình 2.5 Các vùng điểm khác đường cong ứng suất-biến dạng 16 Hình 2.6 Hành vi dẻo giòn vật liệu 17 Hình 2.7 Các dạng nứt 18 Hình 3.1 Vết nứt gãy liên kết hạt (a) vết nứt xuất phát từ bên hạt (b) .20 Hình 3.2 Các trình diễn đầu vết nứt 21 Hình 3.3 Các giai đoạn trình SCC theo thời gian .23 Hình 3.4 Mối quan hệ tốc độ lan truyền vết nứt dòng giải phóng từ anode 26 Hình 3.5 Môi trường ảnh hưởng đến phân bố Crom 27 Hình 3.6 Mơ hình vỡ lớp màng 28 Hình 3.7 Sơ đồ thể tỉ lệ mật độ điện tích oxy hóa/thời gian đốivới biến dạng đỉnh nứt mặt bên không biến dạng vết nứt 29 Hình 3.8 Mối liên hệ thơng số kiểm sốt hình thành vết nứt SCC .29 vi Hình 3.9 Sơ đồ mơ hình vỡ lớp màng cho thấy hình thành lớp màng giịn dọc theo biên giới hạt vỡ lớp màng giòn ứng suất dẫn đến khởi tạo lan truyền vết nứt 30 Hình 3.10 Sơ đồ biểu diễn mơ hình hấp phụ 32 Hình 3.11 Sơ đồ vỡ hóa học gây rạn nứt liên kết 33 Hình 4.1 Sự hình thành trầm tích đồng ống trao đổi nhiệt 36 Hình 4.2 Mơ hình hình thành vết nứt xun qua thành ống trao đổi nhiệt .37 Hình 4.3 Thành ống trao đổi nhiệt T 37 Hình 4.4 Vết nứt trầm tích đồng dọc theo biên giới hạt thép không gỉ austenitic 38 Hình 4.5 Vết nứt thép khơng gỉ trầm tích đồng 38 Hình 4.6 Biểu đồ cho thấy gia tăng khối lượng đồng trầm tích theo thời gian vận hành 40 Hình 4.7 Biểu đồ cho thấy thay đổi độ sâu vết rỗ thành ống trao đổi nhiệt có đồng trầm tích theo thời gian .40 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích .43 Hình 4.9 (a) Đồ thị biểu diễn vận tốc phát triển vết nứt theo độ sâu vết nứt khoảng thời gian τ1 ; (b) Đồ thị biểu diễn vận tốc phát triển vết nứt theo độ sâu vết nứt khoảng thời gian τH 46 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt theo độ sâu vết nứt theo thời gian τH 48 vii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN LOẠI LÒ VVER – 1000 .2 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Bình sinh nhà máy điện hạt nhân loại lò VVER – 1000 1.2.1 Cấu tạo bình sinh 1.2.2 Vật liệu bình sinh 1.2.3 Mơi trường làm việc bình sinh 10 1.3 Kết luận chương 11 CHƯƠNG 2- MỘT VÀI KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC VẬT LIỆU .12 2.1 Khuyết tật 12 2.2 Biến vị .12 2.3 Ứng suất biến dạng 13 2.3.1 Khái niệm ứng suất, biến dạng 13 2.3.2 Đường cong ứng suất – biến dạng 15 2.3.3 Nứt 18 2.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG 3- NỨT DO MƠI TRƯỜNG ĂN MỊN VÀ CÓ ỨNG SUẤT ÁP VÀO 20 3.1 Khái niệm nứt môi trường ăn mịn có ứng suất áp vào (SCC) .20 3.2 Các thơng số kiểm sốt lan truyền SCC 21 3.3 Khởi tạo SCC 22 3.4 Các chế lan truyền SCC .24 3.4.1 Cơ chế hòa tan 25 3.4.2 Nứt gãy liên kết hạt (intergranular) 26 3.4.3 Mơ hình giải hịa tan trượt mơ hình vỡ lớp màng 27 viii 3.4.4 Mơ hình gãy học 30 3.5 Kết luận chương 34 CHƯƠNG 4- SỰ HÌNH THÀNH VẾT NỨT CỦA THÀNH ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT KHI XUẤT HIỆN TRẦM TÍCH ĐỒNG VÀ TÍNH TỐN THỜI GIAN LÀM VIỆC CÒN LẠI CỦA CÁC ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT .35 4.1 Đồng trầm tích bình sinh 35 4.2 Phương pháp tính tốn thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt 37 4.3 Tính tốn nhận xét .42 4.3.1 Tính tốn vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích (VCu) 42 4.3.2 Tính tốn vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn 1(V1) giai đoạn (VH) (hình 4.2 hình 4.7) 44 4.3.3 Tính tốn thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt τocm 46 4.4 Kết luận chương 48 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 ix Hình 4.1 Sự hình thành trầm tích đồng ống trao đổi nhiệt Đồng tạo thành hai oxit thông thường (Cu2O CuO) hydroxit thông thường (Cu(OH)2) mơi trường nước cấp (từ phương trình 4.1 tới phường trình 4.5) [8] 4Cu + O2 → 2Cu2O (4.1) 2Cu + H2O → Cu2O + H2 (4.2) 2Cu2O + O2 → 4CuO (4.3) Cu2O + H2O → 2CuO + H2 (4.4) Cu(OH)2 ↔ CuO + H2O (4.5) Lớp trầm tích đồng hình thành khơng bề mặt ống trao đổi nhiệt, mà độ dày chúng Các electron cho việc khử đồng từ dạng oxit thực thơng qua q trình chuyển đổi từ hydroxit sắt hóa trị sang hóa trị 3: 2H2O  2H++ 2OH– (4.6) _ 2Fe(OH) + 2OH–  2Fe(OH) +2 е (4.7) _ е + Сu 2+  Сu (4.8) 36 4.2 Phương pháp tính tốn thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt Như đề cập trên, trầm tích bình sinh có chứa đồng Khi bình sinh hoạt động, cặp “đồng (trong trầm tích) / thép (vật liệu vỏ ống trao đổi nhiệt bình sinh hơi)” bị hòa tan cục vết rỗ hình thành bề mặt ống trao đổi nhiệt Hình 4.2 mơ tả mơ hình hình thành vết nứt xuyên qua thành ống trao đổi nhiệt tác động đồng thời trình hư hại như: hình thành vết rỗ trầm tích đồng, mỏi thiết bị nứt thành phần Clo O2 mơi trường gây Hình 4.2 Mơ hình hình thành vết nứt xun qua thành ống trao đổi nhiệt Trong đó: rCu – Bán kính trầm tích đồng, h1– Phần kim loại bị hỏng hình thành vết rỗ (phần lấp đầy oxit thành phần thép), h2 – Phần hư hỏng hình thành chế nứt ăn mịn Clo oxy, 𝑇 = ℎ1 + ℎ2 độ dày thành ống trao đổi nhiệt Hình 4.3 Thành ống trao đổi nhiệt T [5] 37 Để hình dung rõ vết nứt trầm tích đồng ta quan sát hình 4.4 hình 4.5 Hình 4.4 Vết nứt trầm tích đồng dọc theo biên giới hạt thép không gỉ austenitic [6] Hình 4.5 Vết nứt thép khơng gỉ trầm tích đồng [6] Thể tích oxit thành phần hợp kim ln lớn thể tích kim loại mà từ oxit hình thành Điều nguyên nhân làm cho hợp kim phải chịu thêm ứng suất học cục phụ Thêm vào đó, ứng suất tổng cộng thúc đẩy biến dạng vi mơ, hay thúc đẩy hình thành trượt biến vị Tùy thuộc vào giá trị lượng khuyết tật hợp kim mà biến vị hình thành: • Hoặc cụm phẳng (các dãy đồng diện) giới hạn hay vài nút mạng cấu trúc tinh thể Sự hình thành gọi chế chuyển 38 tiếp biến dạng dẻo từ nút mạng sang nút mạng (cơ chế thường xảy thép austenitic) • Hoặc cụm phẳng nằm gần theo phía nút mạng (sự hình thành thường xảy thép cacbon) Đối với việc hình thành trầm tích đồng, tồn nhận định sau Đầu tiên, hiệu điện cặp “đồng / thép” lớn nhiều so với hiệu điện trường hợp hình thành vết rỗ khác trường hợp khơng quan sát Thứ hai, trình phát triển vết rỗ, mật độ dòng điện anod catot thời gian không đổi Thứ ba, vận tốc chuyển đồng từ trạng thái dung dịch sang dạng trầm tích bề mặt ống trao đổi nhiệt tỉ lệ với nồng độ hợp chất đồng chứa ammoniac nước vịng thứ cấp Thứ tư, hình dạng đồng trầm tích xem khơng đổi (một cách tương đối) Dòng điện cặp “đồng / thép” phụ thuộc vào diện tích bề mặt phần trầm tích đồng tích tụ cục Diện tích bề mặt đoạn catốt phần tỉ lệ với khối lượng lũy thừa 2/3 Điều giải thích cách đơn giản sau Vì giả thiết hình dạng trầm tích đồng khơng đổi có dạng hình nên kích thước (bán kính trầm tích đồng) tỉ lệ với bậc ba khối lượng Diện tích bề mặt trầm tích đồng ống trao đổi nhiệt tỉ lệ với bình phương bán kính Cụ thể phần diện tích bề mặt tham gia vào phản ứng khử cực hydro catốt từ giá trị phần diện tích tìm dịng điện catốt Từ đó, vận tốc tan anốt (vận tốc phát triển độ sâu vết rỗ) tỉ lệ với khối lượng đồng có trầm tích theo lũy thừa 2/3 Sự tăng khối lượng phần đồng tích tụ cục tỉ lệ với tốc độ chuyển đồng sang trạng thái trầm tích Có thể biến đổi hình 4.2 sang biểu đồ tính tốn để dự báo thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt trường hợp có vết rỗ hình thành chúng theo hình 4.6 hình 4.7 39 Hình 4.6 Biểu đồ cho thấy gia tăng khối lượng đồng trầm tích theo thời gian vận hành Trong đó: 𝜏1 – Thời gian hoạt động trước phát đồng trầm tích, 𝜏𝐻 – Thời gian hoạt động đến ngày dự báo, 𝜏 𝑜𝑐𝑚 – Thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt đến vết rỗ phát triển xuyên qua thành ống, МCu (𝜏1 ) – Khối lượng đồng trầm tích thời gian 𝜏1 (trầm tích ghi nhận lúc ban đầu ống trao đổi nhiệt), МCu (𝜏𝐻 ) – Khối lượng đồng trầm tích thời gian 𝜏𝐻 (trầm 𝑙𝑖𝑚 tích ghi nhận đến ngày dự báo), 𝑀𝐶𝑢 – Giá trị tới hạn khối lượng đồng trầm tích Hình 4.7 Biểu đồ cho thấy thay đổi độ sâu vết rỗ thành ống trao đổi nhiệt có đồng trầm tích theo thời gian Trong đó: h1 – Độ sâu vết nứt, h1(𝜏1 ) – Độ sâu vết nứt thời gian hoạt động 𝜏1 , h1(𝜏𝐻 ) – Độ sâu vết nứt thời gian hoạt động 𝜏𝐻 (đến ngày dự báo), ℎ1 + ℎ2 = T – Bề dày thành ống trao đổi nhiệt, 𝜏 𝑜𝑐𝑚 – Thời 40 gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt đến vết rỗ phát triển xuyên qua thành ống Tốc độ trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích tính tốn liệu phân tích thành phần hóa học mẫu trầm tích, lấy từ bề mặt ống trao đổi nhiệt: 𝑍𝐶𝑢 = 𝑀𝐶𝑢 (𝜏𝐻 )−𝑀𝐶𝑢 (𝜏1 ) 𝜏𝐻 −𝜏1 (4.1) Trong đó: 𝑀𝐶𝑢 (𝜏𝐻 )⁡và 𝑀𝐶𝑢 (𝜏1 ) khối lượng đồng đo mẫu trầm tích lấy từ ống trao đổi nhiệt thời gian hoạt động 𝜏𝐻 𝜏1 tương ứng khoảng thời gian vận hành 𝜏1 ÷ 𝜏𝐻 , 𝜏𝐻 𝜏1 tương ứng thời gian hoạt động theo ngày tính toán thời gian hoạt động vào ngày ghi lại có mặt đồng trầm tích Sự thiếu hụt tương đối độ dày thành ống trao đổi nhiệt ngày tính tốn 𝜏𝐻 tính sau (hình 4.6): ℎ1 (𝜏𝐻 )/(ℎ1 + ℎ2 ), ℎ1 (𝜏𝐻 ) độ sâu vết nứt thời gian 𝜏𝐻 : đo điều khiển dịng xốy, phương pháp khác, ℎ1 + ℎ2 độ dày thành ống trao đổi nhiệt 𝑙𝑖𝑚 Tồn giá trị giới hạn khối lượng trầm tích đồng 𝑀𝐶𝑢 ống trao đổi nhiệt, mà đạt đến giá trị hình thành vết nứt xuyên qua thành ống hình thành lan rộng vết rỗ khoảng thời gian vận hành xác định (khơng có tham gia trình tạo vết nứt clorua oxy, 𝑙𝑖𝑚 khơng tính tới độ mỏi thiết bị) Giá trị 𝑀𝐶𝑢 nhận sau tiến hành đo đạc xử lý số liệu thực nghiệm Độ sâu tương đối vết rỗ thành ống trao đổi nhiệt tính theo cơng thức 4.2: ℎ1 (𝜏𝐻 ) ℎ1 +ℎ2 = 𝐾𝐶𝑢 (𝑀𝐶𝑢 (𝜏𝐻 ) − 𝑍𝐶𝑢 𝑙𝑖𝑚 𝑀𝐶𝑢 𝜏 𝑜𝑐𝑚 ) (4.2) Trong đó: ℎ1 (𝜏𝐻 ) – Độ sâu vết rỗ vào ngày dự báo (mm), 𝑀𝐶𝑢 (𝜏𝐻 ) – Khối lượng đồng đo mẫu trầm tích lấy từ ống trao đổi nhiệt thời gian hoạt động 𝜏𝐻 (g), 𝑍𝐶𝑢 – Tốc độ trung bình việc chuyển đồng sang trạng 𝑙𝑖𝑚 thái trầm tích (g/giờ), 𝑀𝐶𝑢 – Giá trị tới hạn khối lượng đồng trầm tích (g), 𝜏 𝑜𝑐𝑚 – Thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt đến vết rỗ phát triển xuyên qua thành ống (giờ), 𝐾𝐶𝑢 – Hệ số chuyển đổi, tính theo cơng thức 4.3: 41 𝐾𝐶𝑢 = ℎ1 (𝜏𝐻 )/(ℎ1 +ℎ2 ) (4.3) 𝑀𝐶𝑢(𝜏1 ) ( ) 𝑀𝑙𝑖𝑚 𝐶𝑢 Sử dụng công thức 4.1 đến công thức 4.3 ta suy cơng thức 4.4 với sai số phép đo sau: − 𝛿𝐶𝑢 = ( ℎ1 (𝜏𝐻 ) 𝑙𝑖𝑚 𝑀𝐶𝑢 ℎ1 +ℎ2 𝑀𝐶𝑢 (𝜏1 ) )( ) ( 𝑀 (𝜏 )−𝑀𝐶𝑢 (𝜏1 ) 𝑜𝑐𝑚 𝑀𝐶𝑢 (𝜏𝐻 )− 𝐶𝑢 𝐻 𝜏 𝜏𝐻 −𝜏1 𝑙𝑖𝑚 𝑀𝐶𝑢 ) (4.4) Trong đó: 𝛿𝐶𝑢 – Sai số phép đo, 𝜏 𝑜𝑐𝑚 – Thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt đến vết rỗ phát triển xuyên qua thành ống (giờ) 4.3 Tính tốn nhận xét 4.3.1 Tính tốn vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích (VCu) Vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích tính theo công thức 4.5: 𝑉𝐶𝑢 = 𝑀𝐶𝑢 (4.5) 𝜏𝐻 −𝜏𝑐𝑢 Trong đó: 𝑉𝐶𝑢 – Vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích (g/giờ), 𝑀𝐶𝑢 – Khối lượng đồng đo trầm tích từ khoảng thời gian 𝜏1 đến 𝜏𝐻 (g), 𝜏𝐻 – Thời gian hoạt động đến ngày dự báo (giờ), 𝜏𝑐𝑢 – Thời gian ghi nhận đồng trầm tích (giờ) 42 Bảng 4.1 Kết tính tốn vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích 𝝉𝑪𝒖 (giờ) 22000 26000 29000 31000 34000 36000 38000 40000 42000 𝑴𝑪𝒖 (g) 10 12 14 16 18 20 𝑽𝑪𝒖 (g/giờ) 0.0001 0.0003 0.0004 0.0005 0.0008 0.0010 0.0013 0.0018 0.0025 𝑽𝑪𝒖 (g/năm) 1.6308 x 10-8 2.8539 x 10-8 4.3488 x 10-8 6.0082 x 10-8 8.5616 x 10-8 1.1416 x 10-7 1.5221 x 10-7 2.0548 x 10-7 2.8539 x 10-7 Vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích, VCu (g/giờ) Từ kết tính tốn bảng 4.1 ta có đồ thị biểu diễn vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích theo hình 4.8 0.0030 0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0.0000 10 15 20 25 Khối lượng trầm tích đồng, M Cu (g) Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích Nhận xét: Theo đồ thị hình 4.8 ta thấy vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích tăng theo khối lượng đồng đo trầm tích Với 𝑀𝐶𝑢 tăng từ 4g đến 20g 𝑉𝐶𝑢 tăng từ 0.0001g/giờ đến 0.0025g/giờ, tăng 25 lần Do vậy, đồng tích tụ nhiều vận tốc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích cao dẫn đến việc hình thành vết rỗ trao đổi nhiệt nhanh, vết rỗ nhanh chóng phát triển thành vết nứt 43 4.3.2 Tính tốn vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn 1(V1) giai đoạn (VH) (hình 4.2 hình 4.7) Vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn (giai đoạn khoảng thời gian hoạt động 𝜏1 ) tính theo công thức 4.6: 𝑉1 = ℎ1 (𝜏1 ) (4.6) 𝜏1 /8000 Vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn (giai đoạn khoảng thời gian hoạt động 𝜏𝐻 ) tính theo cơng thức 4.7: 𝑉𝐻 = ℎ1 (𝜏𝐻 ) (4.7) 𝜏𝐻 /8000 Trong đó: 𝑉1 – Vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn (mm/năm), 𝑉𝐻 – Vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn (mm/năm), ℎ1 (𝜏1 ) – Độ sâu vết rỗ thời gian hoạt động 𝜏1 ⁡(mm), ℎ1 (𝜏𝐻 ) – Độ sâu vết rỗ thời gian hoạt động 𝜏𝐻 (mm), 𝜏1 – Thời gian hoạt động trước phát đồng trầm tích (giờ), 𝜏𝐻 – Thời gian hoạt động đến ngày dự báo (giờ), 8000 – Thời gian vận hành ống trao đổi nhiệt năm Bảng 4.2 Kết tính tốn vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn 𝒉𝟏 (𝝉𝟏 ) (mm) V1 (mm/năm) 0.05 0.016 0.10 0.032 0.15 0.048 0.20 0.064 0.25 0.080 0.30 0.096 0.35 0.112 0.40 0.128 0.45 0.144 0.50 0.160 44 Bảng 4.3 Kết tính tốn vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn 𝒉𝟏 (𝝉𝑯 ) (mm) VH (mm/năm) 0.30 0.048 0.35 0.056 0.40 0.064 0.45 0.072 0.50 0.080 0.55 0.088 0.60 0.096 0.65 0.104 0.70 0.112 0.75 0.120 Từ kết tính tốn bảng 4.2 bảng 4.3 ta có đồ thị biểu diễn vận tốc phát triển vết nứt theo độ sâu vết nứt khoảng thời gian 𝜏1 (hình 4.9a) đồ thị biểu diễn vận tốc phát triển vết nứt theo độ sâu vết nứt khoảng thời gian Vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn 1, V1 (mm/năm) 𝜏𝐻 (hình 4.9b) 0.180 0.160 0.140 0.120 0.100 0.080 0.060 0.040 0.020 0.000 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 (a) Độ sâu vết rỗ thời gian τ1, h1(τ1)(mm) 45 0.60 Vận tốc phát triển vết nứt giai đoạn 2, VH (mm/năm) 0.140 0.120 0.100 0.080 0.060 0.040 0.020 0.000 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 (b) Độ sâu vết nứt thời gian τH, h1(τH) (mm) Hình 4.9 (a) Đồ thị biểu diễn vận tốc phát triển vết nứt theo độ sâu vết nứt khoảng thời gian τ1 ; (b) Đồ thị biểu diễn vận tốc phát triển vết nứt theo độ sâu vết nứt khoảng thời gian τH Nhận xét: Theo đồ thị hình 4.9 thấy vận tốc vết nứt tăng theo độ sâu vết nứt khoảng thời gian 𝜏1 𝜏𝐻 Cụ thể, khoảng thời gian 𝜏1 với độ sâu vết nứt tăng từ 0.05mm đến 0.5mm 𝑉1 tăng từ 0.016mm/năm đến 0.160mm/năm tăng 10 lần, khoảng thời gian 𝜏𝐻 với độ sâu vết nứt tăng từ 0.30mm đến 0.75mm 𝑉𝐻 tăng từ 0.048mm/năm đến 0.120mm/năm tăng 2.5 lần, nhỏ gấp so với 𝑉1 Như vậy, giai đoạn ban đầu lúc vết rỗ xuất quan trọng, cần phải kiểm tra, bảo dưỡng thường xuyên để phát kịp thời tổn thương ống trao đổi nhiệt trầm tích đồng, để có giải pháp xử lý thích hợp, hạn chế đến mức tối đa lượng đồng tích tụ ống 4.3.3 Tính tốn thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt τocm Thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt (𝜏 𝑜𝑐𝑚 ) tính theo cơng thức 4.4: − 𝛿𝐶𝑢 = ( ℎ1 (𝜏𝐻 ) 𝑙𝑖𝑚 𝑀𝐶𝑢 ℎ1 +ℎ2 𝑀𝐶𝑢 (𝜏1 ) )( ) ( 𝑀 (𝜏 )−𝑀𝐶𝑢 (𝜏1 ) 𝑜𝑐𝑚 𝑀𝐶𝑢 (𝜏𝐻 )− 𝐶𝑢 𝐻 𝜏 𝜏𝐻 −𝜏1 𝑙𝑖𝑚 𝑀𝐶𝑢 ) với số liệu sau (các số liệu lấy từ phịng thí nghiệm kim loại nhà máy điện hạt nhân trường Đại học Năng Lượng Moscow, Nga): - Độ dày thành ống trao đổi nhiệt T = ℎ1 + ℎ2 = 1.5mm 46 - Độ sâu vết nứt thời gian hoạt động 𝜏𝐻 (đến ngày dự báo) h1(𝜏𝐻 ) = 0.3 ÷ 0.7 mm - 𝑙𝑖𝑚 Giá trị tới hạn khối lượng đồng trầm tích 𝑀𝐶𝑢 = 50g/m2 - Khối lượng đồng đo mẫu trầm tích lấy từ ống trao đổi nhiệt thời gian hoạt động 𝜏𝐻 𝑀𝐶𝑢(𝜏𝐻 ) = 25g/m2 - Khối lượng đồng đo mẫu trầm tích lấy từ ống trao đổi nhiệt thời gian hoạt động 𝜏1 𝑀𝐶𝑢(𝜏1) = 5g/m2 - Thời gian hoạt động trước phát đồng trầm tích 𝜏1 = 25000 - Thời gian hoạt động đến ngày dự báo 𝜏𝐻 ⁡= 50000 - Sai số phương pháp 𝛿 = ± 20% Từ số liệu ta tính thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt (bảng 4.4) Bảng 4.4 Kết tính tốn thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt 𝒉𝟏 (𝝉𝑯 ) (mm) 𝝉𝒐𝒄𝒎 (giờ) 0.30 81250.000 0.35 70928.004 0.40 63725.953 0.45 58466.553 0.50 54487.900 0.55 51392.244 0.60 48927.670 0.65 46927.682 0.70 45278.293 0.75 43899.111 Với kết tính tốn thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt bảng 4.4 ta có đồ thị biểu diễn thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt theo độ sâu vết nứt theo thời gian 𝜏𝐻 (hình 4.10) 47 Thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt, τocm (giờ) 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 Độ sâu vết nứt thời gian τH, h1(τH) (mm) Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt theo độ sâu vết nứt theo thời gian τH Nhận xét: Theo đồ thị hình 4.10 ta thấy thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt tỉ lệ nghịch với độ sâu vết nứt thời gian dự báo 𝜏𝐻 , vết nứt sâu thời gian mà ống trao đổi nhiệt làm việc nhỏ Theo kết tính tốn bảng 4.4 thấy với ℎ1 (𝜏𝐻 ) = 0.3 mm thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt đến 10 năm (81250 giờ) vết nứt phát triển đến độ sâu 0.75mm thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt giảm gần nửa (43899.111 giờ) Một vết nứt phát triển xun qua thành ống ta khơng thể sử dụng ống trao đổi nhiệt nữa, vậy, tính tốn hữu ích cho việc dự đoán thời gian làm việc ống trao đổi nhiệt để có thay đổi hợp lý nhất, đảm bảo hoạt động an toàn nhà máy điện hạt nhân 4.4 Kết luận chương Ở chương ta tìm hiểu vấn đề sau: - Nghiên cứu hình thành trầm tích đồng ống trao đổi nhiệt đường mà đồng xâm nhập vào bên bình sinh - Tìm hiểu phương pháp tính tốn thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt bình sinh - Tiến hành tính tốn vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích, vận tốc phát triển vết nứt quan trọng tính tốn thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt xuất trầm tích đồng 48 KẾT LUẬN Qua khóa luận ta tính thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt xuất trầm tích đồng bám ống, từ có thay đổi ống trao đổi nhiệt hợp lý, đảm bảo hoạt động nhà máy điện hạt nhân Khóa luận tìm hiểu vấn đề như: tổng quan nhà máy điện hạt nhân loại lị VVER – 1000; thơng số cấu tạo bình sinh hơi, mơi trường làm việc vật liệu bình sinh hơi; vài khái niệm học vật liệu; vết nứt SCC hình thành chế khởi tạo vết nứt SCC Hiểu vấn đề giúp ta biết trầm tích đồng từ đâu mà có q trình hình thành vết nứt ống trao đổi nhiệt trầm tích đồng Ta tính vận tốc trung bình việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích vận tốc phát triển vết nứt quan trọng ta tính thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt xuất trầm tích đồng bám ống Thời gian làm việc lại ống trao đổi nhiệt (𝜏 𝑜𝑐𝑚 ) phụ thuộc vào độ sâu vết rỗ khoảng thời gian hoạt động đến ngày dự báo (ℎ1 (𝜏𝐻 )), cụ thể với ℎ1 (𝜏𝐻 ) = 0.3 mm 𝜏 𝑜𝑐𝑚 = 81250 ℎ1 (𝜏𝐻 ) = 0.75 mm 𝜏 𝑜𝑐𝑚 = 43899.111 Dựa vào tính tốn chương ta gia tăng tuổi thọ cho ống trao đổi nhiệt việc hạn chế tích tụ đồng lên ống Kiểm tra chất lượng nước cấp, làm nguồn nước cấp làm giảm lượng trầm tích đồng ống, tăng độ pH nước cấp giảm lượng sắt vào bình sinh Tuy nhiên, trầm tích cặn lắng tích tụ theo thời gian việc làm bình sinh cần thiết Có thể sử dụng phương pháp hóa học học để làm bình sinh hơi, thông thường kỹ thuật học phổ biến muốn làm kỹ nên dùng phương pháp hóa học Do ta áp dụng kết hợp hai phương pháp với để có kết tốt 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ananya Bhattacharya, “ Stress Crrosion Cracking of Duplex Stainless Streels in Caustic Solution”, Georgia Institute of Technology Atlana, GA, December 2008 [2] [3] [4] [5] [6] Matt Sinfield, “Copper – Induced Hot Cracking in Austenitic Stainless Steels”, Naval Surface Wardare Center, Carderock Division, Seattle 2005 [7] Mechanical Properties of Engineering Materials [8] Mikko Vepsalainen, “Deposit Formation in PWR Steam Generators” [9] Rusell H.Jones, “Stress – Corrosion Crackong”, Copyright 1992 by ASM International [10] Shervin Shojaee, “Modelling Stress Relaxation in Bolt Loaded CTSspecomens”, Department of Applied Physics, Chanmer University of Technology, Gothenburg Swenden 2014 [11] “Tổng quan hệ thống công nghệ nhà máy điện hạt nhân”, Viện Năng Lượng Nguyên Tử Việt Nam, Hà Nội tháng 4/2011 [12] Trần Minh Hùng, “Tính toán hệ số cường độ ứng suất đỉnh vết nứt xảy ống trao đổi nhiệt bình sinh nhà máy điện hạt nhân VVER – 1000”, Trường Đại học Đà Lạt, 2018 [13] “VVER – 1000 (V – 466B)”, International Atomic Energy Agency IAEA, 2011 [14] Yu.G.Dragunov, S.B.Ryzzhov & A.M.Rogov, “Advanced VVER – 1000 Reactor Plant for Nuclear Power Plant”, Podolsk – Russia, IAEA 50 ... CHƯƠNG 4- SỰ HÌNH THÀNH VẾT NỨT CỦA THÀNH ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT KHI XUẤT HIỆN TRẦM TÍCH ĐỒNG VÀ TÍNH TỐN THỜI GIAN LÀM VIỆC CÒN LẠI CỦA CÁC ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT .35 4.1 Đồng trầm tích bình sinh ... đến việc hình thành vết nứt chế để lan truyền vết nứt 34 CHƯƠNG 4- SỰ HÌNH THÀNH VẾT NỨT CỦA THÀNH ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT KHI XUẤT HIỆN TRẦM TÍCH ĐỒNG VÀ TÍNH TỐN THỜI GIAN LÀM VIỆC CỊN LẠI CỦA CÁC... pháp tính tốn thời gian làm việc cịn lại ống trao đổi nhiệt Như đề cập trên, trầm tích bình sinh có chứa đồng Khi bình sinh hoạt động, cặp ? ?đồng (trong trầm tích) / thép (vật liệu vỏ ống trao đổi