I
PREVERJANJE PREPUŠČANJA IZOLACIJSKIH VENTILOV
ZADRŽEVALNEGA HRAMA
magistrsko delo
Študent: Tomaž Knez
Študijski program: Magistrski študijski program 2. stopnje Energetika
Mentor: red. prof. dr. Jurij Avsec
Lektor(ica): Alenka Cizel, prof.
Krško, september 2016
III
ZAHVALA
Mentorju red. prof. dr. Juriju Avsecu in sodelavcu Francu Umeku se zahvaljujem za
strokovno pomoč. Nalogo posvečam svojima sinovoma, Juretu in Mihi.
IV
PREVERJANJE PREPUŠČANJA IZOLACIJSKIH VENTILOV
ZADRŽEVALNEGA HRAMA
Ključne besede: jedrska elektrarna, zadrževalni hram, ventil, puščanje
UDK: 621.311.25:621.646.49:62-531.8(043.2)
Povzetek
Zadrževalni hram v nuklearnah elektrarnah je zadnja pregrada pred morebitnim izpustom
radioaktivnih snovi v okolje, zato je potrebno preverjati njeno tesnjenje. Zaključno delo
vsebuje opis elektrarne in vrste ventilov. V razčlenitvi meritev puščanj, ki se izvajajo po
zahtevah iz ameriške zakonodaje, so opisi in zahteve vseh vrst in načinov puščanja s
primerom iz prakse.
V
REACTOR CONTAINMENT ISOLATION VALVES LEAK RATE
TEST
Key words: nuclear power plant, primary containment, valve, leak
UDK: 621.311.25:621.646.49:62-531.8(043.2)
Abstract
Primary containment in nuclear power stations is the last barrier against any release of
radioactive substances into the environment, so it is necessary to check its sealing. This
master thesis contains a description of the nuclear power plant and all types of valves. The
analysis of leakage measurements, carried out according to the requirements of the US
legislation, involves descriptions and requirements of all types and methods of leakage
based on practical examples.
VI
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ............................................................................................................................................... 1
2 NUKLEARNA ELEKTRARNA KRŠKO........................................................................................ 2
2.1 DELOVANJE ELEKTRARNE........................................................................................................... 3
2.2 ZADRŽEVALNI HRAM .................................................................................................................... 8
2.1.1 Opis betonskega ščita .............................................................................................................. 10
2.1.2 Opis jeklenega zadrževalnega hrama ...................................................................................... 11
2.1.3 Odprtine v zadrževalnem hramu .............................................................................................. 12
3 VENTILI ........................................................................................................................................ 13
3.1 VRSTE DALJINSKO UPRAVLJANIH VENTILOV ...................................................................... 17
3.1.1 Ročna manipulacija z ventili ................................................................................................... 17
3.1.2 Elektromotorni pogon ventilov ................................................................................................ 18
3.1.3 Pnevmatski pogon ventilov ...................................................................................................... 19
3.1.4 Hidravlični pogon ventilov ...................................................................................................... 20
3.1.5 Elektromagnetni pogon ventilov .............................................................................................. 20
3.2 VRSTE ZAPORNIH ELEMENTOV VENTILOV ........................................................................... 21
3.2.1 Krogelni ventil ......................................................................................................................... 21
3.2.2 Kroglični ventil ........................................................................................................................ 22
3.2.3 Zasun ....................................................................................................................................... 22
3.2.4 Loputa ...................................................................................................................................... 23
3.2.5 Čepasti ventil ........................................................................................................................... 24
3.2.6 Iglasti ventil ............................................................................................................................. 25
3.2.7 Membranski ventil ................................................................................................................... 25
3.2.8 Protipovratni ventil.................................................................................................................. 26
4 MERITEV PUŠČANJA ................................................................................................................. 28
4.1 TESTI TIPA A .................................................................................................................................. 30
4.2 TESTI TIPA B ................................................................................................................................... 31
4.3 TESTI TIPA C ................................................................................................................................... 34
4.4 PRAKTIČNI PRIMERI POŠKODB VENTILOV ............................................................................ 53
4.5 REZULTATI PUŠČANJ ................................................................................................................... 60
5 SKLEP ............................................................................................................................................ 62
VIRI IN LITERATURA.......................................................................................................................... 63
VII
PRILOGE ................................................................................................................................................ 65
PRILOGA A: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA
DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV ............................................................... 65
PRILOGA B: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA .......................................................... 66
VIII
KAZALO SLIK
Slika 2.1: Shema delovanja NEK [4]..................................................................................... 4
Slika 2.2: Reaktorska posoda [4] ........................................................................................... 5
Slika 2.3: Letna proizvodnja električne energije iz NEK [6] ................................................ 8
Slika 2.4: Notranjost zadrževalnega hrama [4] ..................................................................... 9
Slika 2.5: Shema zadrževalnega hrama [4] ......................................................................... 10
Slika 3.1: Sestavni deli ventila [11] ..................................................................................... 14
Slika 3.2: Dvigajoče se vreteno (rising stem) [7] ................................................................ 15
Slika 3.3: Nedvigajoče se vreteno (non rising stem) [7] ..................................................... 16
Slika 3.4: Fiksna pritrditev ročice ali kolesa [8] .................................................................. 17
Slika 3.5: Ročna manipulacija preko reduktorja [9] ............................................................ 17
Slika 3.6: Shema elektromotornega pogona [8] .................................................................. 18
Slika 3.7: Ventil z elektromotornim pogonom [4] .............................................................. 18
Slika 3.8: Direktno delujoči in reverzibilni aktuator [12] ................................................... 19
Slika 3.9: Primer ventila s pnevmatskim aktuatorjem [13], [4]........................................... 19
Slika 3.10: Hidravlični aktuator [14], [4] ............................................................................ 20
Slika 3.11: Elektromagnetni pogon [15], [4] ....................................................................... 21
Slika 3.12: Krogelni ventil [10] ........................................................................................... 21
Slika 3.13: Prikaz delovanja krogličnega ventila [4] ........................................................... 22
Slika 3.14: Kroglični ventil [16] .......................................................................................... 22
Slika 3.15: Shematski prikaz zasuna [7] .............................................................................. 23
Slika 3.16: Loputa [4] .......................................................................................................... 24
Slika 3.17: Čepasti ventil [4] ............................................................................................... 24
Slika 3.18: Shematski prikaz iglastega ventila [17] ............................................................ 25
Slika 3.19: Shematski prikaz ventila z gumijasto diafragmo [18] ....................................... 26
Slika 3.20: Prikaz delovanja protipovratnega ventila [19] .................................................. 27
Slika 4.1: Penetracija za izhod v sili [4] .............................................................................. 29
Slika 4.2: Penetracija za osebni prehod [4] ......................................................................... 29
Slika 4.3: Penetracija za vnos/iznos opreme [4] .................................................................. 30
IX
Slika 4.4: Električna penetracija z enojnim modulom [4] ................................................... 32
Slika 4.5: Električna penetracija s tremi moduli [4] ............................................................ 32
Slika 4.6: Električna penetracija skozi betonski del zadrževalnega hrama [4] ................... 33
Slika 4.7: Delni načrt električne penetracije [4] .................................................................. 33
Slika 4.8: Shema mehanske penetracije .............................................................................. 34
Slika 4.9: Enostavni primer testiranja ventilov [4] .............................................................. 46
Slika 4.10: Shema delovanja instrumenta za meritev puščanja ........................................... 48
Slika 4.11: Sprednja stran instrumenta Volumetrics, model 14342 .................................... 50
Slika 4.12: Sprednja stran instrumenta Volumetrics, model 14380 .................................... 50
Slika 4.13: Merilni set za vodno merjenje puščanja ventilov [4] ........................................ 52
Slika 4.14: Testna cev za priključitev kontinuiranega vodnega vira [4] ............................. 52
Slika 4.15: Neravna tesnilna površina [4] ........................................................................... 53
Slika 4.16: Rja v cevovodu [4] ............................................................................................ 54
Slika 4.17: Prašni delci v ventilu [4] ................................................................................... 54
Slika 4.18: Obloge na ventilu [4] ........................................................................................ 55
Slika 4.19: Kristaliziran bor ob tesnilu vretena [4] ............................................................. 55
Slika 4.20: Sledi prepuščanja na sedežu ventila [4] ............................................................ 56
Slika 4.21: Sledi prepuščanja na disku ventila [4]............................................................... 57
Slika 4.22: Risi na disku ventila [4] .................................................................................... 58
Slika 4.23: Plavi odtis po sanaciji [4] .................................................................................. 58
Slika 4.24: Poškodba teflonskega sedeža [4] ...................................................................... 59
Slika 4.25: Ventil po sanaciji [4] ......................................................................................... 59
X
KAZALO TABEL
Tabela 2.1: Tehnični podatki NEK [2] .................................................................................. 5
Tabela 2.2: Proizvodnja električne energije v prvi polovici leta 2016 [6] ............................ 8
Tabela 4.1: Vpliv vzdrževalnih del na test puščanja [4]...................................................... 36
Tabela 4.2: Število ventilov in njihovi premeri ................................................................... 42
Tabela 4.3: Izračun efektivnega premera izolacijskih ventilov ........................................... 43
Tabela 4.4: Porazdelitev dovoljenih puščanj ....................................................................... 44
Tabela 4.5: Položaj ventilov za test ventila 8046 ................................................................ 47
Tabela 4.6: Položaj ventilov za test ventila 8047 ................................................................ 48
Tabela 4.7: Merilna območja instrumentov ......................................................................... 51
Tabela 4.8: Rezultati meritev tipa A .................................................................................... 60
Tabela 4.9: Rezultati meritev tipa B in tipa C ..................................................................... 60
XI
UPORABLJENI SIMBOLI
La – dovoljeno puščanje (allowable leak)
Pa – izračunan najvišji tlak v zadrževalnem hramu v primeru jedrske nesreče
Pd – dizajniran tlak zadrževalnega hrama
XII
UPORABLJENE KRATICE
NEK – Nuklearna elektrarna Krško
NRC – uprava za jedrsko varnost – neodvisna agencija vlade ZDA (US Nuclear
Regulatory Commission)
NEI – inštitut za jedrsko energijo (Nuclear Energy Institute)
URSJV – Uprava Republike Slovenije za jedrsko varnost
FSAR – končno varnostno poročilo (Final Safety Analysis Report)
USAR – posodobljeno varnostno poročilo (Updated Final Safety Analysis Report)
PWR – lahkovodni tlačni reaktor (Pressurized Water Reactor)
ASME – American Society of Mechanical Engineers
LOCA – izlivna nezgoda (Loss of coolant accident)
ANSI – Ameriški državni inšitut za standarde (American National Standards
Institute)
ANS – ameriško združenje jedrskih strokovnjakov (American Nuclear Society)
CIVD – efektivni premer izolacijskih ventilov (Containment Isolation Valves
Diameter)
MOV – motorno upravljan ventil (motor operated valve)
AOV – ventil, upravljan z zrakom (air operated valve)
SOV – elektromagnetno upravljan ventil (solenoid operated valve)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
1
1 UVOD
V zadrževalnem hramu jedrskih elektrarn se nahajajo primarni sistemi, ki se povezujejo s
sekundarnimi. Vsi ti sistemi morajo fizično prehajati iz zadrževalnega hrama v sekundarne
zgradbe, kar pomeni, da je potrebno biti nanje še posebno pozoren, saj je potrebno v
primeru proženja varnostnih funkcij te prehode izolirati.
V skladu z ameriško zakonodajo je potrebno preverjati puščanje zadrževalnega hrama in
vseh prehodov. Te zahteve izhajajo iz 10CFR50 app. J, kjer je:
10 – oznaka za energijo in velja za vse osebje in organizacije, ki imajo licenco od
NRC za uporabo nuklearnih materialov in za obratovanje jedrskih objektov
CFR – (code of federal regulation) zvezni zakonik Združenih držav Amerike
50 – licenciranje proizvodnje in izkoriščenosti objektov
app. J – dodatek, ki predpisuje testiranje puščanja zadrževalnega hrama vodno
hlajenih reaktorjev
V zaključnem delu bodo prikazane zahteve in načini izpolnjevanja teh zahtev v Nuklearni
elektrarni Krško.
NRC je ameriška uprava za jedrsko varnost, ki upravlja komercialne nuklearne elektrarne
in ostalo uporabo nuklearnega materiala (npr. v medicini) skozi izdajanje licenc,
inšpekcijske preglede in uveljavljanje svojih zahtev. V Sloveniji je za to odgovorna Uprava
Republike Slovenije za jedrsko varnost (URSJV), ki je pristojna za opravljanje
specializiranih strokovnih in razvojnih upravnih nalog ter inšpekcijskega nadzora.
Uporaba merskih enot, ki ne spadajo med dovoljene merske enote, je v jedrski elektrarni
Krško dovoljena do izteka dobe trajanja njene eksploatacije po odredbi ministrstva za
šolstvo, znanost in šport [1]. Ker so viri in literatura iz ZDA ali iz jedrske elektrarne Krško,
so uporabljane iste merske enote, kot jih uporabljamo pri svojem delu.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
2
2 NUKLEARNA ELEKTRARNA KRŠKO
Investitorja prve jedrske elektrarne v takratni Jugoslaviji sta bila Savske elektrarne
Ljubljana in Elektroprivreda Zagreb, ki sta z investicijsko skupino izvedla pripravljalna
dela, razpis in izbrala najugodnejšega ponudnika. Avgusta 1974 sta investitorja sklenila
pogodbo o dobavi opreme in graditvi jedrske elektrarne, moči 632 MW, z ameriškim
podjetjem Westinghouse Electric Corporation, projektant je bilo podjetje Gilbert
Associates Inc., izvajalca del na gradbišču sta bili domači podjetji Gradis in Hidroelektra,
montažo pa sta izvajala Hidromontaža in Đuro Đaković. Prvega decembra 1974 je bil
položen temeljni kamen za Nuklearno elektrarno Krško. [2]
Elektrarna je bila zgrajena v skladu z zvezno in republiško zakonodajo ob upoštevanju
ameriških predpisov in standardov za gradnjo jedrskih objektov in priporočil Mednarodne
agencije za jedrsko energijo. [3] Vsi deli jedrske elektrarne so obravnavani v končnem
varnostnem poročilu (FSAR), ki zajema naslednjih 17 poglavij [4]:
Splošni opis elektrarne
Značilnosti lokacije
Projektiranje zgradb, delov opreme in sistemov
Reaktor
Sistem reaktorskega hladila
Tehnične varnostne meje
Instrumentacija in regulacija
Električni sistemi
Pomožni sistemi
Sekundarni sistemi
Predelava radioaktivnih odpadkov
Radiološka zaščita
Organizacija poslovanja
Začetni preizkusi in prvi zagon
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
3
Analiza nezgod
Tehnične specifikacije
Zagotovitev kvalitete
Končno varnostno poročilo je bilo pogoj za pridobitev obratovalnega dovoljenja. Končno
varnostno poročilo se mora periodično in z modifikacijami tudi obnavljati ter se imenuje
USAR.
2.1 DELOVANJE ELEKTRARNE
Elektrarna je zasnovana na tehnologiji lahkovodnega tlačnega reaktorja (PWR), toplotne
moči 2000 MW. S posodabljanjem elektrarne se je izboljševal tudi njen izkoristek. Leta
2000 sta bila zamenjana uparjalnika in s tem se je moč na generatorju povečala s 664 na
707 MW, v letih 2006 in 2007 so bili zamenjani nizkotlačni turbini in toplotni
izmenjevalniki v sekundarnem krogu, s tem se je moč na generatorju povečala na 727 MW.
V prihodnosti je še predvidena zamenjava visokotlačne turbine, ki naj bi doprinesla še
približno 10 MW, kar bi znašalo 737 MW. V reaktorju, kjer je 121 gorivnih elementov z
obogatenim uranom, poteka nadzorovana jedrska verižna reakcija, pri kateri se ob cepitvi
uranovih jeder sprošča toplota. Moč reaktorja in s tem izgorevanje goriva se uravnavata s
spuščanjem in dvigovanjem kontrolnih palic in s koncentracijo borove kisline v primarni
vodi. Ta voda odvaja toploto, ki se sprošča pri verižni reakciji [5].
Delovanje elektrarne je prikazano na sliki 2.1. V primarnem sistemu sta primarni črpalki,
ki zagotavljata kroženje vode po primarnem krogu, in tlačnik z grelci in prhami za
vzdrževanje konstantnega tlaka. Preko sten cevi v uparjalnikih se toplota prenaša do
sekundarnega kroga, potem pa se ohlajena voda vrača v reaktor.
Sekundarni krog je na bistveno nižjem tlaku, zato se segreta voda v uparjalnikih upari. Na
lopaticah dveh nizkotlačnih in visokotlačne turbine se energija pare pretvarja v mehansko
energijo (vrtenje generatorja, ki je na isti gredi kot turbine). Preko generatorja pa dobimo
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
4
električno energijo [5]. Po oddanem delu para sekundarnega dela kondenzira v
kondenzatorju, kjer se ohladi preko tercialnega kroga.
Slika 2.1: Shema delovanja NEK [4]
Na sliki (2.2) so prikazani glavni deli reaktorske posode, in sicer: pogonski mehanizmi
regulacijskih svežnjev, glava reaktorske posode, zgornja oporna plošča, plašč sredice,
zgornja plošča sredice, gorivni elementi, spodnja nosilna plošča sredice, oporno dno,
toplotna ovojnica, vodila regulacijskih svežnjev, dvižni drogovi regulacijskih svežnjev,
vstopni in izstopni šobi ter vodila za instrumentacijo [4].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
5
Slika 2.2: Reaktorska posoda [4]
V tabeli 2.1 so zbrani tehnični podatki NEK: elektrarna na splošno, gorivo, reaktorsko
hladilo, regulacijske palice, uparjalnik, turboagregat in transformatorji. [2]
Tabela 2.1: Tehnični podatki NEK [2]
Elektrarna
Tip reaktorja: Lahkovodni tlačni reaktor
Toplotna moč reaktorja: 1994 MW
Električna moč na sponkah generatorja: 727 MW
Moč na pragu elektrarne: 696 MW
Toplotni izkoristek: 36 %
Gorivo
Število gorivnih elementov: 121
Število gorivnih palic v gorivnem elementu: 235
Razporeditev gorivnih palic: 16 x 16
Dolžina gorivnih palic: 3,658 m
Debelina srajčke: 0,572 mm
»se nadaljuje«
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
6
»nadaljevanje«
Gorivo
Gradivo srajčke: Zircaloy-4
Kemična sestava goriva: UO2
Premer tablete goriva: 8,192 mm
Dolžina tablete goriva: 9,8 mm
Skupna količina urana: 48,7 t
Reaktorsko hladilo
Snov: H2O
Dodatki: H3BO3
Število hladilnih zank: 2
Skupni masni pretok: 9021 kg/s
Tlak: 15,41 MPa (157 ata)
Celotna prostornina: 197 m3
Temperatura na vstopu v reaktor: 287 °C
Temperatura pri izstopu iz reaktorja: 324 °C
Število črpalk: 2
Zmogljivost črpalke: 6,3 m3/s
Moč motorja črpalke: 5,22 MW
Regulacijske palice
Število regulacijskih svežnjev: 33
Število absorpcijskih palic v svežnju: 20
Celotna teža regulacijskega svežnja: 52,2 kg
Nevtronski absorber: Ag-In-Cd
Odstotna sestava: 80-15-5 %
Uparjalnik
Material: INCONEL 690 TT
Število uparjalnikov: 2
Tlak pare pri izstopu: 6,5 MPa (63,5 ata)
Temperatura pare pri izstopu: 280,1 °C
Temperatura napajalne vode pri vstopu: 219,4 °C
Masni pretok pare iz obeh uparjalnikov: 1088 kg/s
Višina uparjalnika: 20,6 m
Teža uparjalnika: 345 t
Število U-cevi v uparjalniku: 5428
Celotna površina prenosa toplote: 7177 m2
»se nadaljuje«
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
7
»nadaljevanje«
Uparjalnik
Zunanji premer U-cevi: 19,05 mm
Debelina U-cevi: 1,09 mm
Turboagregat
Maksimalna moč: 730 MW
Pretok pare: 1090 kg/s
Vstopni tlak sveže pare: 6,4 MPa (63 ata)
Temperatura sveže pare: 280,7 °C
Vrtilna hitrost turbine: 157 rad/s (1500 vrt./min)
Vlažnost pare ob vstopu: 0,10 %
Kondenzacijski tlak (vakuum): 5,1 kPa (0,052 ata)
Povprečna temperatura kondenzata: 33 °C
Število glavnih napajalnih črpalk: 3
Zmogljivost napajalne črpalke: 50 %
Nazivna moč generatorja: 850 MVA
Nazivna napetost: 21 kV
Nazivna frekvenca generatorja: 50 Hz
Nazivni cos ø: 0,876
Transformatorji
Blokovna transformatorja
Nazivna moč: 2 x 500 MVA
Prestavno razmerje: 21/400 kV
Transformatorja lastne rabe
Maksimalno dovoljena trajna moč: 2 X 30 MVA
Pomožni transformator
Maksimalno dovoljena trajna moč: 60 MVA
Prestavno razmerje: 105/6,3/6,3 kV
Letna proizvodnja električne energije v NEK znaša od leta 2001 preko 5 TWh, v letu 2014
pa je bila proizvodnja električne energije rekordna, in sicer preko 6,3 TWh, kar se vidi na
sliki 2.3.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
8
Slika 2.3: Letna proizvodnja električne energije iz NEK [6]
Mesečna proizvodnja v letu 2016 se vidi v tabeli 2.2.
Tabela 2.2: Proizvodnja električne energije v prvi polovici leta 2016 [6]
Električna energija (GWh) po: POSTAVKA , MESEC
januar februar marec april maj junij
Proizvodnja na generat. –
jedrska elektrarna 544 510 544 525 542 521
Proizvodnja na pragu –
jedrska elektrarna 517 485 518 501 516 496
2.2 ZADRŽEVALNI HRAM
Zadrževalni hram je po zagotavljanju integritete goriva, gorivni srajčki, primarnem sistemu
četrta varnostna pregrada pred radioaktivnimi izpusti v okolje. Zgradba zadrževalnega
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
9
hrama je sestavljena iz betonskega ščita, ki predstavlja zaščito, in iz jeklenega
zadrževalnega hrama. Imenuje se tudi reaktorska zgradba.
Slika 2.4: Notranjost zadrževalnega hrama [4]
Funkcije betonskega ščita so zagotavljanje osnovne biološke zaščite, zaščite zadrževalnega
hrama od vremenskih vplivov in razmeroma nepropustne strukture, ki omogoča
prezračevalni in filtrirni sistem za zmanjševanje uhajanja radioaktivnih snovi v okolje s
tem, da se ohranja rahlo negativni zračni tlak v vmesnem prostoru med betonskim ščitom
in jeklenim zadrževalnim hramom. Zadrževalni hram v prerezu je prikazan na sliki 2.5.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
10
Slika 2.5: Shema zadrževalnega hrama [4]
2.1.1 Opis betonskega ščita
Betonski ščit sestoji iz ojačane konstrukcije iz armiranega betona, ki obdaja zadrževalni
hram in je valjaste oblike s sferičnim segmentom kupole in temelja. Temelj je skupen za
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
11
reaktorsko zgradbo in pomožne zgradbe, ki jo obkrožajo.
Valjasta stena se razteza od vrha temelja do višine 55 m in ima notranji premer 35,12 m in
debelino stene 0,76 m. Kupola betonskega ščita ima notranji polmer 22,59 m in je debeline
0,61 m. Obročni nosilec na vrhu zagotavlja bočno oporo kupole.
Betonski ščit ima tri večje odprtine. Dostop do notranjosti zadrževalnega hrama je
omogočen z dvojnimi vrati z medprostorom za prehod osebja s premerom 2,92 m in z vrati
za prehod v sili s premerom 1,52 m. Tretji in hkrati največji preboj stavbe je loputa s
premerom 7,2 m, namenjena za vnos in iznos opreme in je zaščitena z odstranljivimi
betonskimi bloki na zunanji strani. [4]
2.1.2 Opis jeklenega zadrževalnega hrama
Material zadrževanega hrama je jeklo, sestoji iz valja, hemisferične kupole in
torisferičnega dna. Jekleni zadrževalni hram je praktično velika posoda, postavljena na
betonsko podlago, ki je del betonskega temelja. Sama posoda je projektirana, izdelana in
postavljena skladno z ASME kriteriji, sekcija III. Med samimi notranjimi deli in jekleno
posodo je dovolj razmika, da pri nobenih obremenitvah ne pride do stikov, kar bi povečalo
možnost rjavenja jeklene posode. Zadrževalni hram je zasnovan tako, da zadrži energijo in
radioaktivni material, ki bi izhajal v primeru nezgode z izgubo hladila (LOCA) in zagotovi
visoko stopnjo tesnosti med normalnim delovanjem in pod pogoji, ki nastanejo med
nezgodo.
Zadrževalni hram je zgradba potresne strukture kategorije I z notranjim prostim volumnom
zraka 4·104 m
3. Njegov dizajn sta: relativni notranji tlak 3,15 kg/cm
2 pri istočasni
temperaturi 128 °C pri nezgodnih pogojih,
največja nastala razlika z zunanjim tlakom približno 0,1 kg/cm2 zaradi nenamernega
delovanja pršilnega sistema zadrževalnega hrama. [4]
Osnovne dimenzije zadrževalnega hrama so [4]:
Notranji premer valja – 32,08 m
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
12
Višina cilindra – 44,55 m
Polmer kupole – 16,05 m
2.1.3 Odprtine v zadrževalnem hramu
Večje odprtine v zadrževalnem hramu so vrata za prehod osebja, vrata za prehod v sili in
odprtina za vnos opreme.
Manjše penetracije v zadrževalni hram so električne penetracije, skozi katere so prepeljani
kabli za električno napajanje opreme v zadrževalnem hramu, mehanska penetracija za
prenos goriva, ventilacijski kanali in penetracije s cevovodi različnih sistemov.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
13
3 VENTILI
Mehanska naprava za uravnavanje ali izolacijo pretoka medija in tlaka znotraj nekega
procesa ali sistema se imenuje ventil. Funkcije ventilov so:
zaustavitev oziroma sprostitev pretoka medija (izolacijski in protipovratni
ventili),
regulacija količine pretoka medija (regulacijski ventili),
preusmeritev pretoka medija (večpotni ventili),
regulacija sistemskega oz. procesnega tlaka izza ventila (kontrolni ventili),
razbremenitev prekomerno povišanega tlaka komponente oz. cevovoda
(varnostni in razbremenilni ventili).
Ventile delimo na več načinov [20], in sicer glede na:
a. konstrukcijo zapornih elementov: – krogelni
z okroglim zapornim elementom
zasun
igličasti ventil
čepasti ventil
loputa
b. funkcijo/namen: – regulacijski ventil
osamitveni ventil
protipovratni ventil
razbremenilni ventil
varnostni ventil
c. vrsto pogona: – ročno upravljanje
elektromotorni pogon
elektromagnetni pogon
pnevmatski pogon
hidravlični pogon
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
14
Ne glede na to, da obstaja več različnih izvedb in tipov ventilov, imajo vsi sestavne dele, ki
so prikazani na sliki 3.1.
Slika 3.1: Sestavni deli ventila [11]
Telo ventila (body) se imenuje tudi ohišje, je tlačna meja ventila in obenem osnovni
element, ki skupaj drži vse ostale sestavne dele. Telo ventila je odkovek ali odlitek,
izvedbe pa so med sabo zelo različne. Priključki ventila so lahko varjeni, prirobnični ali
navojni. [4]
Funkcija pokrova ventila (bonnet) je zapiranje odprtine na telesu ventila, omogoča
razstavljanje oziroma sestavljanje notranjih delov ventila (vreteno in pladenj) ter obdelavo
sedeža ventila. Včasih pokrov ventila služi tudi kot podpora in vodilo notranjim delom
ventila. Pokrov ventila je tudi tlačna meja zgornjega dela ventila in je največkrat narejen z
istim postopkom in iz istega materiala kot telo ventila. Pokrov ventila je običajno
privijačen na telo ventila, v izjemnih primerih pa zavarjen. [4]
Tipični zaporni deli ventila so pladenj, sedež in vreteno. Za dobro delovanje ventila je
potrebno dobro naleganje sedeža in pladnja. Poznamo dve osnovni gibanji zapornih
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
15
elementov, in sicer rotacijsko gibanje, pri katerem pladenj z rotacijo tvori odprtino za
pretok medija, in drsno gibanje, pri katerem se pladenj dviga ali spušča iz ali v sedež in s
tem tvori odprtino za pretok medija. [4]
Sedež ventila (seat ring) predstavlja mesto, kjer bo pladenj zatesnil ventil in onemogočil
nadaljnji pretok medija. Površina sedeža je navarjena s trdo kovino, kot je stelit, obenem
pa je tudi fino obdelana, da zagotovi dobro tesnjenje. [4]
Pladenj (wedge, disc ali plug), tako kot telo ventila in pokrov, tvori tlačno mejo ventila in
omogoča oziroma preprečuje pretok medija skozi ventil. Pladnji so kovani in v nekaterih
primerih tako kot sedež ventila navarjeni na predelu tesnjenja s trdo kovino. Na predelu
tesnjenja mora imeti pladenj fino površino, ki bo zagotovila dobro tesnjenje ventila, ko je
ventil zaprt. [20]
Vreteno ventila (stem) je namenjeno nastavitvi pladnja. Običajno je kovano in pritrjeno na
pladenj z navojem ali varjeno skupaj. Zunanja površina vretena je fino obdelana za boljše
tesnjenje tesnil vretena. Vretena razdelimo na dva tipa, in sicer glede na samo gibanje
vretena. Dvigajoče vreteno je prikazano na sliki 3.2. Pri tej izvedbi vidimo dvigovanje
vretena, ki se dviguje skupaj s pladnjem ventila pri odpiranju ventila vretena. Na sliki 3.3
vidimo nedvigajoče vreteno, kjer se dviga samo pladenj ventila, vreteno pa se vrti na isti
višini.
Slika 3.2: Dvigajoče se vreteno (rising stem) [7]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
16
Slika 3.3: Nedvigajoče se vreteno (non rising stem) [7]
Ventil ima na vseh spojih vgrajena tesnila (gland packing ali gasket), ki preprečujejo
puščanje medija iz ventila v okolico. Ravno tako je potrebno tesniti tudi prostor okoli
vretena ventila. To se izvaja s tesnilnim paketom, ki je sestavljen ali iz vnaprej izdelanih
tesnilnih obročev ali iz obročev, rezanih iz tesnilnih vrvic. Materiali tesnil so različni in se
jih izbira glede na medij. Pri tesnilih vretena ventila je pomembno, da so pravilno
montirana in ustrezno močno privita, da ne ovirajo upravljanja z ventilom in obenem
tesnijo [4].
Aktuator ali pogon ventila upravlja s pladnjem in vretenom in je lahko izveden na pokrovu
ventila ali na njegovem jarmu. Ventili se lahko upravljajo na različne načine, in sicer ročno
z ročnim kolesom na vretenu ventila ali z daljinsko upravljanimi pogoni, ki so podrobneje
opisani v poglavju 3.1.
Poznano je veliko različnih vrst ventilov, ki jih ločimo po konstrukciji zapornih elementov.
Po konstrukciji zapornih elementov ločimo ventile z drsečim steblom (krogelni, igličasti,
zasun in membranski ventil) ter ventile z rotirajočim steblom (čepasti, ventil z okroglim
zapornim elementom in loputa) [4].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
17
3.1 VRSTE DALJINSKO UPRAVLJANIH VENTILOV
Poleg ročnih pogonov poznamo tudi pogone daljinsko vodenih aktuatorjev, kjer s
posrednim medijem upravljamo z vretenom ventila. Ti so:
elektromotorni pogon,
elektromagnetni pogon,
pnevmatski pogon‚
hidravlični pogon.
3.1.1 Ročna manipulacija z ventili
Poznamo dve vrsti ročno upravljanih ventilov, in sicer ventile s fiksno pritrjenim kolesom
ali ročico na vreteno ali jarem ter ventile z uporabo reduktorja za doseganje večjih sil pri
manipuliranju.
Slika 3.4: Fiksna pritrditev ročice ali kolesa [8]
Slika 3.5: Ročna manipulacija preko reduktorja [9]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
18
3.1.2 Elektromotorni pogon ventilov
Elektromotorni pogoni omogočajo ročno in avtomatsko manipuliranje z ventilom.
Uporabljajo se večinoma za polno odpiranje in zapiranje ventila, čeprav pogon omogoča
tudi natančno določanje hoda vretena ventila. Pogon ima na strani montirano tudi ročno
kolo, ki, ko je pogon vključen, omogoča ročno manipulacijo z ventilom. Pri uporabi
motornega pogona je ventil opremljen tudi s končnimi stikali, ki ustavijo delovanje
motorja pri doseganju polno odprte ali polno zaprte pozicije. [20]
Slika 3.6: Shema elektromotornega pogona [8]
Slika 3.7: Ventil z elektromotornim pogonom [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
19
3.1.3 Pnevmatski pogon ventilov
Pnevmatski pogoni se uporabljajo predvsem za avtomatsko daljinsko vodenje ventilov.
Omogočajo regulacijo ventila kot tudi tako imenovano »ON – OFF« delovanje ventila. Kot
medij, ki poganja pogon, se uporablja zrak. Zrak se ob sprožitvi signala za manipuliranje
sprosti v komoro aktuatorja, kjer s pomočjo tlaka ustvari silo na diafragmo, ta pa se
prenese na vreteno in pladenj ventila. Poznamo direktno delujoče (»direct acting«) in
reverzibilne (»reverse acting«) aktuatorje. Pri direktno delujočih aktuatorjih tlak zraka
zapira ventil, vzmet pa odpira. Kadar tlak zraka odpira ventil, vzmet pa zapira, imamo
reverzibilni aktuator. Pravilna izbira aktuatorja je pomembna pri ventilih, ki se morajo pri
izgubi zraka postaviti v varno pozicijo [20].
Slika 3.8: Direktno delujoči in reverzibilni aktuator [12]
Slika 3.9: Primer ventila s pnevmatskim aktuatorjem [13], [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
20
3.1.4 Hidravlični pogon ventilov
Hiravlični pogoni so po načinu delovanja zelo podobni pnevmatskim pogonom. Ti pogoni
uporabljajo bat za spremembo tlačnega signala v pomik vretena. Kot hidravlični medij se
uporablja običajno olje, redkeje tudi voda. [20]
Slika 3.10: Hidravlični aktuator [14], [4]
3.1.5 Elektromagnetni pogon ventilov
Ventile z elektromagnetnim pogonom, imenovanim tudi solenoidni pogon, se odpre, ko je
električna tuljava pod napetostjo in s tem potegne kotvo z vretenom v zgornji položaj. Za
zapiranje pa električna tuljava ni pod napetostjo, sama teža vretena in vzmet nad kotvo
premakneta ventil v zaprto pozicijo. [20] Primer ventila z elektromagnetnim pogonom je
prikazan na sliki 3.11.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
21
Slika 3.11: Elektromagnetni pogon [15], [4]
Solenoidni ventili se pogosto uporabljajo za oskrbo pnevmatskih pogonov z zrakom.
3.2 VRSTE ZAPORNIH ELEMENTOV VENTILOV
3.2.1 Krogelni ventil
Ime krogelni ventil (globe) izhaja iz okrogle oblike votline, kjer so nameščeni zaporni
elementi. Zaporni element ni krogla, ampak je različnih oblik, kot so čep, cilinder, disk …
Ventil se odpira in zapira sorazmerno s premikom vretena. Zaradi oblike izvedbe dajejo
možnost dobre regulacije, vendar zaradi preusmeritve toka pride do padca tlaka. [4]
Slika 3.12: Krogelni ventil [10]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
22
3.2.2 Kroglični ventil
Kroglični ventil (ball valve) je ventil, ki ima kroglo za zaporni element. Ta rotira okoli osi
prečno glede na pretok. Konstrukcija krogle in izvrtina skozi kroglo sta izvedeni tako, da
ne ovirata pretoka. Uporaben je kot osamitveni ventil, za regulacijo pa ni najbolj primeren.
[4]
Slika 3.13: Prikaz delovanja krogličnega ventila [4]
Slika 3.14: Kroglični ventil [16]
3.2.3 Zasun
Zasuni (gate) so ventili, pri katerih je disk v obliki klina ali ravne plošče. Disk se z
vretenom spušča ali dviga v sedež oziroma iz sedeža in tako izvaja funkcijo zapiranja in
odpiranja ventila. Sam disk tesni po obodu z obeh strani v samem sedežu ventila v ohišju.
Tesnjenje ventilov je kvalitetno, če so tesnilne površine čiste, ravne in gladko spolirane.
Ventili se uporabljajo predvsem za izolacijo pretokov v sistemih, niso pa primerni za
regulacijo pretokov. Namenjeni so za razne vrste medijev in različne parametre sistemov.
Njihova slabost je, da se lahko pri slabši izdelavi ventila zaradi geometrije v sistemih z
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
23
zelo visoko temperaturo in tlakom v določenem spletu okoliščin pojavi blokada ventila v
zaprtem položaju. Če se vroči ventil zapre in se ga nato hladnega skuša odpreti, lahko pride
do blokade oz. tako imenovanega »thermalbinding-a«. Za operiranje z ventilom se
uporabljajo različni pogoni. Uporabljajo se lahko ročni pogoni z ročnim kolesom, ki z
rotacijo vleče vreteno iz ventila ali ga potiska navznoter proti sedežu. Bolj redka je
uporaba pnevmatskega pogona, medtem ko je motorni pogon kar stalnica sploh za večje
ventile. [4, 20]
Slika 3.15: Shematski prikaz zasuna [7]
3.2.4 Loputa
To so ventili, pri katerih je loputa največkrat ravna plošča, ki okoli po robu tesni na ohišje.
Včasih so bili sedeži teh ventilov predvsem v mehki izvedbi (teflon, guma …), v zadnjem
času pa je razvoj omogočil izdelavo vrhunskih ventilov z metalnimi sedeži, ki so tako
primerni tudi za višje tlake in popolno tesnjenje. Lopute z mehkimi sedeži so zelo primerne
za medije, ki niso popolnoma čisti (sem spadajo razne umazane vode). Lopute niso
primerne za finejše regulacije v sistemih, ampak za zaporo, čeprav se zadnje čase
uporabljajo tudi v tej smeri. Pri teh ventilih je disk vseskozi v pretoku ventila in tako
povzroča določen pretočni upor. [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
24
Slika 3.16: Loputa [4]
3.2.5 Čepasti ventil
Čepasti ventili so ventili, pri katerih je zaporni element valj ali odrezani stožec. Princip je
popolnoma enak kot pri krogličnem ventilu, le da je zaporni element tu drugačne oblike.
Zaradi uspešnega razvoja ventilov s kroglo se ti ventili uporabljajo vse manj. [4]
Slika 3.17: Čepasti ventil [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
25
3.2.6 Iglasti ventil
Iglasti ventil ima za zaporni element ošiljen valj oziroma disk v obliki igle. Ventili nimajo
kletke, ampak je sam disk ventila največkrat voden v samem ohišju ventila, upravljanje pa
je ročno. V osnovi so ventili namenjeni dušenju pretoka – regulaciji pretoka v smislu
fiksne nastavitve, niso pa primerni za regulacijo pretoka. Uporabni so za vse vrste medijev
in za najvišje parametre sistema. [4]
Slika 3.18: Shematski prikaz iglastega ventila [17]
3.2.7 Membranski ventil
Membranski ventil (diphragm valve) ima, kot že ime pove, za zaporni element membrano
(diafragmo). Diafragma je največkrat iz mehkega materiala, kot sta guma, neopren ali
plastika, obstajajo pa tudi specialne izvedbe z metalno diafragmo. Medij je popolnoma
ločen od vretena in zgornjih delov ventila, vključno s pokrovom ohišja. To pomeni, da ni
potrebno skrbeti za tesnjenje ob vretenu ventila. Ti ventili imajo tudi zelo nizek pretočni
upor in so primerni za uporabo v različnih medijih, ki so tudi agresivni, niso pa primerni za
visoke tlake. Upravljanje je možno ročno ali s pnevmatskim aktuatorjem. [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
26
Slika 3.19: Shematski prikaz ventila z gumijasto diafragmo [18]
3.2.8 Protipovratni ventil
Protipovratni ventili so ventili, katerih namen je preprečiti povratni tok medija, s tem
omogočimo pretok po cevovodu samo v eno smer. Sam dizajn teh ventilov je največkrat
preprost in ventili nimajo običajno dodatnega pogona. Diski ventilov so odvisni od tlačnih
parametrov in so samodelujoči ali pa imajo vgrajeno še dodatno vzmet, ki pomaga zapirati
sam ventil. Pretok medija skozi ventil le-tega odpre in ga drži odprtega, medtem ko se ob
zaustavitvi pretoka ventil zapre in povratni tok ga še bolj zapira oz. pritiska z večjo silo na
disk v smeri zapiranja. V določenih primerih imamo tudi protipovratni ventil z zunanjim
pogonom, ki lahko pritisne vreteno ob pladenj ventila v sedež in tako ne dovoli, da bi se
ventil odprl pod silo pretoka, to so tako imenovani »STOP-CHECK« ventili. V tem
primeru deluje kot izolacijski ventil. [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
27
Slika 3.20: Prikaz delovanja protipovratnega ventila [19]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
28
4 MERITEV PUŠČANJA
Ameriška zakonodaja v 10 CFR 50 Dodatek J, ''Primary Reactor Containment Leakage
Testing for Water-Cooled Power Reactors'', predpisuje testne zahteve za preverjanje
prepuščanja zadrževalnega hrama, vključujoč sisteme in posamezne komponente, ki imajo
prehod v zadrževalni hram reaktorjev, hlajenih z vodo. Predpisuje tudi kriterij skupnega
prepuščanja teh testiranj. Namen teh testiranj je zagotoviti, da puščanje zadrževalnega
hrama, sistemov in komponent ne preseže dovoljenih puščanj, specificiranih v tehničnih
specifikacijah in s tem tudi pravilno vzdrževanje komponent v življenjski dobi elektrarne.
Trenutna revizija Dodatka J dovoljuje dve opciji izvajanja teh testov, ki se enostavno
imenujeta opcija A in opcija B. Natančnejša navodila in smernice glede testiranj podajajo
dokumenti NEI 94-01, ''Industry Guideline for Implementing Performance-Based Option
of 10 CFR Part 50, Appendix J'', ki ga je izdal inštitut za nuklearno energijo ZDA,
imenovan NEI, NRC Regulatory Guide (RG) 1.163, ''Performance-Based Containment
Leak Test Program'', ki ga je izdala ameriška uprava za jedrsko varnost, NRC ter
ANSI/ANS 56.8, "Containment System Leakage Testing Requirements”, ki ga je izdal
ameriški inštitut za standardizacijo.
Meritve, ki so zahtevane, so razdeljene na tri dele. Prvi so testi tipa A, ki zajemajo test
prepuščanja celotnega zadrževalnega hrama. V drugi skupini so testi tipa B, kjer so
vključene mehanske penetracije. Med mehanske penetracije sodijo penetracije električnih
vodnikov, penetracije glavnih parovodov, penetracije glavne napajalne vode, penetracija za
izhod v sili, prikazana na sliki 4.1, penetracija za osebni prehod, prikazana na sliki 4.2, in
največja penetracija, ki služi za vnos oziroma iznos opreme, prikazana na sliki 4.3, in je za
betonskim ščitom.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
29
Slika 4.1: Penetracija za izhod v sili [4]
Slika 4.2: Penetracija za osebni prehod [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
30
Slika 4.3: Penetracija za vnos/iznos opreme [4]
V zadnji skupini so testi tipa C, kamor spadajo testi prepuščanja izolacijskih ventilov
zadrževalnega hrama.
4.1 TESTI TIPA A
Opcija A je zahtevala tri uspešno izvedene zaporedne teste ILRT, imenovane tudi testi tipa
A, v enakomernem časovnem zaporedju v desetih letih. Z leti so se pridobile izkušnje iz
vseh ameriških elektrarn in se je ta zahteva po frekvenci testiranja analizirala. Analize so
pokazale zelo ugodne rezultate, zato so razvili opcijo B. Ta dovoljuje redkejše testiranje,
ko sta dva zaporedna testa uspešno izvedena. Opcija B ne daje zahtev za število ILRT
testiranj, test pa mora biti izveden vsaj enkrat v desetih letih, če so bili prejšnji testi uspešni
brez večjih rezultatskih nihanj. V zadnji reviziji dokumenta NEI 94-01 se glede na izkušnje
iz preteklosti dovoljujejo testi vsaj enkrat v petnajstih letih. V Krškem se test izvaja enkrat
na 10 let.
Test se izvaja s tlakom Pa , dovoljeno puščanje pa je 1·La.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
31
4.2 TESTI TIPA B
Mehanske in električne penetracije so posebne odprtine v zadrževalnem hramu in spadajo
v skupino testov tipa B. Pri teh penetracijah je potrebno preveriti mehove, tesnilne mase,
tesnila in delovanje vratnih mehanizmov.
Opcija A je zahtevala izvajanje testov tipa B vsak remont, opcija B pa vsak tretji remont,
razen v primeru, če ni drugače zahtevano v tehničnih specifikacijah, ki so 16. poglavje
posodobljenega varnostnega poročila. Sem spadajo vrata za osebni prehod in prehod v sili,
ki se morajo testirati vsak remont.
Merjenje puščanj teh penetracij se lahko izvaja s tlakom Pa na različne načine z zrakom,
dušikom ali tlačnim medijem, specificiranim v tehničnih specifikacijah za posamezno
elektrarno. Prvi način je z merjenjem plinov na obodu penetracije, drugi je z merjenjem
hitrosti padanja tlaka v testni komori, tretji način pa je s stalno instaliranim certificiranim
sistemom, ki je vedno pod tlakom.
Med mehanske penetracije spadajo električne penetracije in penetracije, ki imajo za obod
še dodaten kovinski obod, ki je navarjen na zunanjost zadrževalnega hrama. Ta obod ima
znotraj še meh, ki preprečuje poškodbe pri temperaturnih raztezanjih.
Električne penetracije vsebujejo tesnilo in indikator tlaka, preko katerega se preverja in
posledično izračunava puščanje posamezne penetracije. V Nuklearni elektrarni Krško je 52
takšnih penetracij, ki so v dveh različnih izvedbah. Izvedba z enojnim modulom je
prikazana na sliki 4.4, pogostejša izvedba s tremi moduli pa je prikazana na sliki 4.5.
Prehod električne penetracije skozi betonski del zadrževalnega hrama je zatesnjen s
tesnilnim negorljivim polnilom in je prikazan na sliki 4.6.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
32
Slika 4.4: Električna penetracija z enojnim modulom [4]
Slika 4.5: Električna penetracija s tremi moduli [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
33
Slika 4.6: Električna penetracija skozi betonski del zadrževalnega hrama [4]
Delni načrt električne penetracije z enojnim modulom je prikazan na sliki 4.7.
Slika 4.7: Delni načrt električne penetracije [4]
Mehanske penetracije z mehom so večinoma cevovodi sekundarnih sistemov, ki so
povezani s primarnim sistemom. Večja dva sistema sta sistem napajalne vode in sistem
glavne pare. Mehanska penetracija z mehom je prikazana na sliki 4.8.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
34
Slika 4.8: Shema mehanske penetracije
4.3 TESTI TIPA C
V to skupino testiranj spadajo vsi izolacijski ventili zadrževalnega hrama različnih
velikosti. Velikost ventilov je od 3/8 cole oziroma palca (oznaka ") do največjih 48-
colskih. Zahtevi 10 CFR 50, Appendix J, Option B in NEI 94-01 sta, da se test izvaja v
osnovi s tlakom Pa vsaj enkrat na 30 mesecev. Tlak Pa je izračunani najvišji tlak v
zadrževalnem hramu v primeru nesreče in je naveden v tehničnih specifikacijah ter
projektnih dokumentih. Pa tlak za Nuklearno elektrarno Krško znaša 44,8 psig, kar je 3,15
kp/cm2 oziroma preračunano 3,089 bara.
𝑃 =44,8[𝑝𝑠𝑖𝑔]
14,504[𝑝𝑠𝑖𝑔
𝑏𝑎𝑟]
= 3,089[𝑏𝑎𝑟] (4.1)
V skladu z Regulatory Guide 1.163 se penetracije, in s tem posledično ventili, ki direktno
povezujejo atmosfero zadrževalnega hrama in atmosfero ostalih prostorov elektrarne,
smatrajo za zelo pomembne in se jih zaradi tega ne sme podaljšati na testni interval 60
mesecev.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
35
Ostali ventili so lahko v skupini s podaljšanim testnim intervalom. Za uvrstitev ventilov na
podaljšani testni 60-mesečni interval morajo biti vsi ventili vsaj dvakrat testirani z
intervalom vsaj enkrat na 30 mesecev, kar pomeni vsak remont. Ta dva testa morata biti
uspešna, za razglasitev ventilov za testiranje na podaljšani interval pa se mora analizirati
tudi pogoje uporabe, vrsto ventila in vpliv možne okvare ventila na varnost elektrarne.
V primeru puščanja ventila po meritvi na podaljšanem testnem intervalu je potrebno
analizirati vzrok puščanja in odpraviti vzroke, da se ponovno puščanje ne pojavi oziroma
se ne pojavi tudi na ventilih iste vrste. Vse rezultate meritev puščanja je potrebno trendirati
in v primeru naraščanja dokazati, da na naslednjem testu s podaljšanim intervalom ne pride
do prekoračitve administrativne limite. V takem primeru je potrebno test izvesti v krajšem
intervalu. Test najdenega stanja se mora narediti za ventile, na katerih se bo izvajalo
vzdrževanje, popravilo, prenastavitve ali modifikacije, ki lahko vplivajo na tesnjenje
ventila. Po končanih delih se mora narediti še test puščenega stanja. V primeru obeh
zadovoljivih testov ventil ostane na listi ventilov s podaljšanim testnim intervalom. Testni
interval se smatra od dne, ko je nek test izvršen, do začetka naslednjega testa. Če se
časovni interval izteče v času, ko ni potrebna integriteta zadrževalnega hrama, se lahko
testiranje prestavi, vendar samo za toliko časa, da je test končan, preden se vstopi v stanje
elektrarne z zahtevano integriteto zadrževalnega hrama. To podaljšanje lahko odstopa za
največ 25 % testnega intervala, vendar ne sme presegati 15 mesecev oziroma se mora
skrajšati na najbližji remont.
Rezultati puščanja vseh ventilov in penetracij se seštejejo, s tem da se za ventile, ki so na
podaljšanem intervalu, upošteva zadnji izmerjeni rezultat. Dovoljeno skupno puščanje je
določeno v NEI 94-01 in v tehničnih specifikacijah za vsako elektrarno posebej. To
puščanje je 0,6·La. Ker ima večina penetracij vsaj dva ventila, se dodeli penetraciji
minimalno in maksimalno puščanje. Minimalno puščanje je puščanje za ventil v
penetraciji, kateremu je izmerjeno manjše puščanje. Maksimalna vrednost pa je vrednost
puščanja ventila z večjim izmerjenim puščanjem.
Po NEI 94-01 ni potrebno testirati ventilov, ki ne predstavljajo potencialnega izpusta
atmosfere zadrževalnega hrama med nezgodo elektrarne in ki imajo meje s kvalificiranim
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
36
tesnilnim sistemom, testnih priključkov varnostne kategorije 2 in seizmične kategorije 1 z
zaprtim ventilom, manjšim od 1 inča, z instaliranim čepom.
Test se mora izvajati iz zadrževalnega hrama, razen v primerih, ko je dokazano, da so
rezultati meritev iz nasprotne smeri ekvivalentni oziroma bolj konzervativni.
Vsem posegom na izolacijskih ventilih in pogonih ventilov, ki bi lahko posledično
zmanjšali tesnjenje ventilov, morajo imeti narejen test puščanja po končanih vzdrževalnih
delih. Podrobnejša vzdrževalna dela in zahteve za testiranje puščanja sledijo v tabeli 4.1.
Tabela 4.1: Vpliv vzdrževalnih del na test puščanja [4]
Vzdrževalna aktivnost Tip ventila Zahtevani
LLRT Komentar
Menjava elektromagnetnega
ventila kontrolnega zraka
aktuatorja
AOV NE Potrebno je preveriti samo
pravilno delovanje ventila Odspojitev linij kontrolnega
zraka AOV NE
Zamenjava vzmeti
aktuatorja AOV DA
Dela na diafragmi aktuatorja AOV DA
Dela na diafragmi ventila AOV
ROČNI DA
Odspajanje električnih
vodnikov
AOV
MOV
SOV
NE Preveriti čase cikliranja
ventila
Čiščenje in mazanje vretena
AOV
MOV
ROČNI
NE
Odspajanje ali menjava
aktuatorja
AOV
MOV DA
Dela na notranjih delih
ventila VSI DA
Dela na tesnilih vretena VSI DA
Odstranitev ali zamenjava
tuljave solenoidnega
aktuatorja
SOV NE Preveriti čase cikliranja
ventila
Menjava notranjih delov
ventila VSI DA
»se nadaljuje«
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
37
»nadaljevanje«
Vzdrževalna aktivnost Tip ventila Zahtevani
LLRT Komentar
Odstranitev ali zamenjava
motorja MOV NE
Če zamenjava ni “ena za
ena”, je potrebna
inženirska evaluacija
Odstranitev ali zamenjava
vretena ventila
MOV Potrebna je inženirska
evaluacija
Menjava startnega
kontaktorja motorja MOV NE
Če zamenjava ni “ena za
ena”, je potrebna
inženirska evaluacija
Odstranitev ali menjava
delov sklopke MOV NE
Menjava reduktorja MOV
Potrebna je inženirska
evaluacija
Menjava ali nastavitev
končnih stikal MOV
Menjava ali nastavitev
momentnih stikal MOV
Menjava ali nastavitev
vzmeti MOV
Glede na to, da je testni interval določen glede na zgodovino puščanja vsake komponente,
je za vsako komponento določena administrativna meja dovoljenega puščanja. Ta
administrativna meja predstavlja maksimalno dovoljeno puščanje brez dodatnih ukrepov za
posamezno komponento. V Nuklearni elektrarni Krško imamo določeno administrativno
limito za vsak ventil posebej. Te administrativne limite so določene glede na velikost
ventilov. Namen admistrativne limite je vzdrževati opremo v dobri kondiciji, hkrati nam
določa, kdaj je potrebno ventil servisirati izven rednih servisnih pregledov.
Še strožja je opozorilna limita, ki je 75 % administrativne limite. V primeru puščanja
komponente nad opozorilno limito in pod administrativno limito naj bi bila komponenta po
možnosti ali servisirana s ponovitvenim testom ali planirana sanacija za naslednji remont.
Takšen primer ni razglašen kot odpoved funkcije.
V primeru puščanja komponente nad administrativno limito je za to komponento
razglašena odpoved funkcije. Takšni primeri se morajo obravnavati vsak posebej. Čeprav
so administrativne in opozorilne limite uvedene zaradi vzdrževanja zadrževalnega hrama
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
38
vedno v dobrem stanju, je potrebno poudariti, da je edina omejitev za obratovanje
elektrarne skupno puščanje vseh komponent, manjše kot 0,6·La. Evaluirati se mora skupno
puščanje, v primeru, ko je dokazano, da vpliv tega posameznega puščanja ne vpliva na
varnost elektrarne, se to puščanje dovoli do naslednjega remonta. Torej servis mora biti
narejen še v istem remontu, razen v določenih primerih, ko status elektrarne več ne
omogoča takšnih posegov in bi se s tem remont občutno podaljšal.
Analiza puščajočega ventila mora zajemati ugotavljanje vzroka puščanja ventila in akcije
za odpravo teh vzrokov. Identificirati je potrebno, če ventil spada v skupino, kjer je
verjetnost istega vzroka tudi na drugih ventilih. V tem primeru je potrebno testirati še vse
ostale ventile. V primeru možnosti pogostejših ponovitev istih vzrokov je potrebno
razpisati pogostejšo frekvenco testiranj.
V analizi je potrebno preveriti proizvajalčeva priporočila in izkušnje iz industrije, če je
dizajn komponente prepoznan kot podvržen k hitrejši degradaciji izvrševanja funkcije.
Tudi za takšno komponento je potrebno predpisati priporočen testni interval.
Potrebno je prepoznati, če zaradi takšne odpovedi komponente obstaja povečana možnost
izpustov radioaktivnih snovi iz zadrževalnega hrama v nezgodnih situacijah in
zagotavljanja varnostne funkcije zadrževalnega hrama. Raziskani morajo biti faktorji, kot
sta velikost poti iz zadrževalnega hrama in povezave med različnimi sistemi. V primeru
obstoja nevarnosti je potrebno potem določiti novi priporočeni testni interval.
V primeru novih priporočenih testnih intervalov zaradi omenjenih vzrokov se mora
komponenta testirati v skladu s temi priporočili. Če posebnih priporočil ni, potem se mora
testni interval določiti glede na zgodovino testiranj določene komponente.
Za vsako komponento posebej se mora spremljati historiat, ki vsebuje datum zadnjih
testiranj, datum naslednjega testiranja in velikosti puščanj pri vseh že izvedenih testih. Na
podlagi rezultatov se določa za vsako komponento posebej naslednji datum testa.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
39
Izračun dovoljenega puščanja zadrževalnega hrama (La) temelji na masi zraka v
zadrževalnem hramu. Omejitev je splošna za vse nuklearne elektrarne in je omenjena v
posodobljenem varnostnem poročilu:
La = 0,2 % mase / 24 ur (4.2)
𝑚 =𝑃∙𝑉
𝑅∙𝑇∙ 𝑀𝑎 =
59,5∙1,413∙106
10,73∙528∙ 29 (4.3)
𝑚 = 430352 𝑙𝑏𝑚,
kjer je:
m = masa zraka v zadrževalnem hramu (lbm libre-mass, pound-mass)
P = 44,8 (psig) = Pa = 59,5 (psia)
V = volumen zraka v zadrževalnem hramu (ft3)
R = splošna plinska konstanta (psia) (ft3)/(lbm mole) (°R)
T = temperatura zraka 68 (°F) = 528 (°Ra – Rankine)
Ma = relativna molska masa zraka (lbm/mol)
Iz tega sledi:
𝐿𝑎 =0,2
100∙ 𝑚 =
0,2
100∙ 430352 = 861 𝑙𝑏𝑚/24ℎ (4.4)
𝐿𝑎 = 35,86 𝑙𝑏𝑚/ℎ
Iz tega sledi izračun dovoljenega puščanja v standardnih kubičnih feetih na uro (SCFH) pri
nazivnem tlaku Pn = 14,7 psia in temperaturi Tn = 528 °Ra:
𝐿′𝑎 =𝐿𝑎∙𝑅∙𝑇𝑛
𝑃𝑛∙𝑀𝑎=
35,86∙10,73∙528
14,7∙29= 476,6 𝑆𝐶𝐹𝐻 (4.5)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
40
Iz tega preračunamo v standardne kubične centimetre na minuto:
𝐿′𝑎 = 476,6 𝑆𝐶𝐹𝐻 ∙ 471,95𝑆𝐶𝐶𝑀
𝑆𝐶𝐹𝐻= 2,2493 ∙ 105 𝑆𝐶𝐶𝑀 (4.6)
Dovoljeno puščanje testov tipa B in C je 0,6·La = 1,3496·105 SCCM.
Po tehničnih specifikacijah je dovoljeno puščanje za teste tipa C brez ventilov sistema za
prepihovanje zadrževalnega hrama 0,4·La = 8,9972·104 SCCM.
Za teste tipa B in ventile za prepihovanje zadrževalnega hrama je torej dovoljeno puščanje
0,2·La = 4,4986·104 SCCM.
Enota SCCM se uporablja za meritev pretoka, pomeni pa standardni kubični centimeter na
minuto (cm3/min) pri določeni temperaturi in tlaku. Ta enota se uporablja za izračun
količine plinskega medija, ki potuje skozi določeni del v časovni enoti. Temperatura in tlak
sta različna pri različnih državnih regulatornih organih.
0 °C in tlak 1,013 bar sta izbrana za normalne pogoje, zraven enote je še spodaj pripis črke
n (ln/min).
Za standardne pogoje za meritve puščanja (l/min) pa je izbrano 20 °C in 101,325 kPa
(14,696 psia), saj je v času meritev v zadrževalnem hramu takšna temperatura. Zaradi
razlike 20 °C lahko pride pri meritvah do napak, ki znašajo tudi 7 %.
Industrija v Združenih državah Amerike ima za meritev puščanj v industriji standardizirane
merilne enote SCCM ali SCCS, standardni kubični centimeter na minuto ali sekundo. [32]
Razlog za uporabo teh standardiziranih merskih enot je v odpravi nejasnosti pri poročanju
rezultatov in definiranju specifikacij v primeru naročanju uslug za meritve.
Ker je zrak stisljiv plin, je razlika med standardnim kubičnim centimetrom na minuto in
dejanskim kubičnim centimetrom na minuto sorazmerna delovnemu ali testnemu in
normalnemu tlaku. Razmerje je definirano z Boylovim zakonom [32]:
𝑃𝑎𝑡𝑚 ∙ 𝑉𝑎𝑡𝑚č𝑎𝑠⁄ = 𝑃𝑑𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑖 ∙ 𝑉𝑑𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑖
č𝑎𝑠⁄ (4.7)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
41
𝑃𝑎𝑡𝑚 ∙ 𝑃𝑢šč𝑎𝑛𝑗𝑒 𝑆𝐶𝐶𝑚𝑖𝑛⁄ = 𝑃𝑑𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑖 ∙ 𝑃𝑢šč𝑎𝑛𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑗𝑎𝑛𝑠𝑘𝑖 𝑆𝐶𝐶
𝑚𝑖𝑛⁄
(4.8)
𝑃𝑢šč𝑎𝑛𝑗𝑒 𝑆𝐶𝐶𝑚𝑖𝑛⁄ =
𝑃𝑑𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑖
𝑃𝑎𝑡𝑚∙𝑃𝑢šč𝑎𝑛𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑗𝑎𝑛𝑠𝑘𝑖 𝑆𝐶𝐶𝑚𝑖𝑛
⁄
(4.9)
Tlak je definiran kot absolutni tlak.
Meritev s padanjem tlaka v testni komori je kalibrirana meritev puščanja s certificiranim
pretokom v standardiziranih pogojih. Med kalibracijskim postopkom instrument pretvarja
padec tlaka v pretok puščanja testne komponente.
Instrumenti meritve masnega pretoka uporabljajo različne merilnike pretoka in metode za
umerjanje. Merilniki termalnega masnega pretoka so kalibrirani na standardnih pogojih,
merilniki laminarnih pretokov merijo pretoke pri delovnih ali testnih pogojih, izmerjeni
pretok pa se mora potem še prilagoditi na temperaturo in tlak, da dobimo rezultat pri
standardiziranih pogojih. Sistemi za meritev puščanja masnih pretokov z referenčnim
volumnom morajo biti kalibrirani, da pravilno prikazujejo razmerje med testnim in
referenčnim volumnom. Čeprav je po slovenskih in evropskih normah veljavnost
kalibracije eno leto, se mora kalibracija izvajati vsakih šest mesecev po ameriški
zakonodaji za preverjanje puščanja. Izvaja pa jo za instrument pooblaščena organizacija.
Sistemi, ki uporabljajo izvor s konstantnim tlakom, ne potrebujejo kalibracije za
prikazovanje standardnega puščanja.
Kot že omenjeno, po zakonodaji ni določeno, koliko lahko posamezna komponenta
prepušča, zato se je v Nuklearni elektrarni Krško pristopilo k določevanju administrativnih
limit preko preračunavanja. Te administrativne limite nam zagotavljajo, da seštevek
puščanj vseh komponent za teste tipa B in C ne bo presegel zakonsko določene meje
0,6·La, ki znaša 134958 SCCM, hkrati pa so osnova za trendiranje puščanja posameznih
komponent, ki nas opozarja na morebitno degradacijo in zagotavlja pravilno testno
frekvenco. Administrativne limite so zasnovane na efektivnem premeru izolacijskih
ventilov (CIVD).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
42
Tabela 4.2: Število ventilov in njihovi premeri
Velikost
ventila (“) Število ventilov Zmnožek
3/8 9 3,375
1/2 7 3,5
3/4 19 14,25
1 13 13
2 8 16
2 1/2 4 10
3 35 105
4 14 56
6 14 84
8 6 48
10 6 60
12 4 48
139 461,125
Seštevek posameznih testiranih izolacijskih ventilov zadrževalnega hrama zanaša 461,125
inčev.
Za CIVD je določeno 492 inčev, ki vsebuje dejanski premer vseh ventilov razen
protipovratnih, za katere je dejanski seštevek povečan za 50 % in s tem umetno dovoljeno
večje puščanje protipovratnim ventilom. Vzrok za to dovoljeno večje puščanje je v
slabšem tesnjenju protipovratnih ventilov pri razliki tlakov 3,15 kp/cm2. K skupnemu
premeru so prišteti tudi tlačni ventili primarnega sistema, ki niso del testnega programa po
10 CFR 50, dodatek J. S tem smo dejansko še bolj konzervativni od zakonskih zahtev.
Ker je za ventile, ki spadajo v teste tipa C, dovoljeno puščanje 0,4·La, ki znaša 89972
SCCM, je potrebno za posamezni inč premera ventila izračunati dovoljeno puščanje:
𝐴𝑑𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑣𝑛𝑎 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑎
𝑖𝑛č=
89972 𝑆𝐶𝐶𝑀
492 𝑖𝑛č= 182,87 (
𝑆𝐶𝐶𝑀
𝑖𝑛č) (4.10)
Prikaz dejanskih premerov je v tabeli 4.3.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
43
Tabela 4.3: Izračun efektivnega premera izolacijskih ventilov
Opis Vrednost Enota
Skupni premer ventilov tipa C 383 Inč
Premer vodno testiranih ventilov 78 Inč
50 % povečanje zaradi
protipovratnih ventilov 31 Inč
Skupni premer 492 Inč
0,4 La / skupni premer 182,87 SCCM/inč
Administrativna limita za posamezni ventil je torej določena po izračunu 182,87,
pomnoženo z dejanskim premerom ventila, razen za protipovratne ventile, kjer je
upoštevano povečanje za 50 %.
Administrativne limite za vrata za osebni prehod v zadrževalni hram in za izhod v sili
imajo zakonsko določeno maksimalno puščanje 0,05·La, kar je 11246 SCCM. Za
administrativno vrednost dovoljenega puščanja smo določili 10321 SCCM. Razliko pri
obeh vratih, ki znaša 1852 SCCM, smo določili kot administrativno vrednost vsem ostalim
mehanskim in električnim penetracijam, ki nimajo omejitev po tehničnih specifikacijah.
Pri delu z zaprtimi sistemi, ki pridejo v uporabo šele v primeru nezgode (meritev sestave
atmosfere v zadrževalnem hramu), bi v primeru puščanja le-tega lahko prišlo do
nekontroliranega izpusta radioaktivnih snovi izven zadrževalnega hrama. Za preprečitev
takega nezaželenega dogodka je potrebno preprečiti puščanje teh sistemov. To sta sistem
za meritev vodika v zadrževalnem hramu in sistem za vzorčenje po nezgodnih situacijah.
Penetracija za vnos in iznos opreme ima za tesnjenje dvojno tesnilo. Za test se vmesni
prostor med tesniloma natlači s testnim tlakom in izmeri morebitno puščanje obeh tesnil
hkrati. Zaradi velikosti te penetracije, ki znaša 23 feet, kar je 701 cm, bi bil na efektivnem
premeru izolacijskih ventilov prevelik vpliv in s tem tudi nesmiselne administrativne meje
puščanja za normalne ventile. Določena administrativna meja za to penetracijo nam pusti
bolj smiselni pregled za degradacije in učinkovitost tesnjenja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
44
Sistem glavne napajalne vode in sistem glavne pare obratujeta na zelo visokih
temperaturah. Pri mehanskih penetracijah teh sistemov se zaradi načina izvedbe testira spoj
zunanjosti cevi na zadrževalnem hramu preko meha, ki omogoča te temperaturne raztezke.
Tem mehanskim penetracijam je določena administrativna limita 100 SCCM.
Za posamezno električno penetracijo je določena administrativna meja 1 SCCM,
opozorilna limita pa je 0,6 SCCM in bazira na zahtevah v proizvajalčevih instalacijskih
navodilih.
Servisna penetracija je odprta samo med remontom, povezuje zadrževalni hram in vmesni
prostor zadrževalnega hrama in tako ne more direktno povezati atmosfer zadrževalnega
hrama in zunanjosti. Preventivno se testirata slepi prirobnici, ki sta instalirani vedno, ko se
zahteva integriteta zadrževalnega hrama. Natančnejša porazdelitev dovoljenih puščanj za
vse penetracije in skupine penetracij je prikazana v tabeli 4.4.
Tabela 4.4: Porazdelitev dovoljenih puščanj
Penetracija Omejitev po tehničnih
specifikacijah (SCCM)
Predpisana
administrativna
limita (SCCM)
Dovodni ventili za prepihovanje
zadrževalnega hrama 0,05·La 11246,5 11246
Izstopni ventili za prepihovanje
zadrževalnega hrama 0,05·La 11246,5 11246
Penetracija za osebni prehod 0,05·La 11246,5 10321
Penetracija za izhod v sili 0,05·La 11246,5 10321
Sistem za meritev vodika v
zadrževalnem hramu
Ni določeno 500
»se nadaljuje«
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
45
»nadaljevanje«
Penetracija Omejitev po tehničnih
specifikacijah (SCCM)
Predpisana
administrativna
limita (SCCM)
Sistem za vzorčenje po nezgodnih
situacijah
Ni določeno 500
Penetracija za vnos/iznos opreme
Ni določeno 100
Mehanska penetracija za prenos goriva Ni določeno 100
Slepa prirobnica penetracije za prenos
goriva
Ni določeno 100
Mehanska penetracija sistema
napajalne vode – zanka 1 Ni določeno 100
Mehanska penetracija sistema
napajalne vode – zanka 2 Ni določeno 100
Mehanska penetracija sistema
glavne pare – zanka 1 Ni določeno 100
Mehanska penetracija sistema
glavne pare – zanka 2 Ni določeno 100
Slepi prirobnici servisne penetracije
Ni določeno 100
Električne penetracije (skupno 52) Ni določeno 52
0,2·La skupno dovoljeno puščanje
penetracij tipa B in dovodnih ter
izstopnih ventilov za prepihovanje
zadrževalnega hrama
44986 44986
0,6·La dovoljenega puščanja 134958 134958
0,4·La dovoljeno puščanje
penetracij tipa C 89972 89972
La za NEK 224930 224930
Navodila za meritve puščanja zadrževalnega hrama tipa B in C so opisana v posebnem
postopku. Med testne zahteve spada zahteva, da mora biti zapiranje izolacijskih ventilov
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
46
zadrževalnega hrama izvedeno z normalnim zapiranjem brez dodatnega dotegovanja ali
kakršnegakoli nastavljanja ventilov, kot je na primer ročno zategovanje daljinsko vodenega
ventila po zapiranju. Tudi večkratno zapiranje za izboljšavo testnih rezultatov ni
dovoljeno. Vse sisteme je potrebno zdrenirati in odzračiti do te mere, da se zagotovi, da so
izolacijski ventili posameznega sistema lahko testirani z zrakom pri predpisani testni tlačni
razliki preko posameznega izolacijskega ventila. Po končanem testiranju morajo biti testni
priključki zaprti z instaliranimi čepi.
V stanju elektrarne, ko je že zahtevana integriteta zadrževalnega hrama, se lahko še
izvajajo testi prepuščanja ventilov s posebno pozornostjo, saj mora biti vedno vzdrževana
enojna bariera za preprečitev izpusta radioaktivnih snovi iz zadrževalnega hrama. Pred
gretjem sistemov elektrarne morajo biti vsa dela in testiranja končana ter integriteta
zadrževalnega hrama vzpostavljena z dvojno bariero. To je lahko avtomatski, ročni,
protipovratni ventil ali pa slepa prirobnica. Električno napajanje oziroma instrumentacijski
zrak morata biti razpoložljiva za upravljanje s posameznimi ventili.
Za lažje izvajanje testov je priporočeno, da imajo izvajalci testa, ki se nahajajo na več
različnih lokacijah, med seboj vzpostavljeno dodatno komunikacijsko zvezo z radijskimi
postajami.
Za primer testiranja izolacijskih ventilov zadrževalnega hrama je predstavljen enostavni
primer testiranja ventilov z oznakama 8046 in 8047 na sliki 4.9.
Slika 4.9: Enostavni primer testiranja ventilov [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
47
Pri testiranju nepovratnega ventila 8046 se mora vzpostaviti položaj ventilov, kot je
prikazano v tabeli 4.5.
Tabela 4.5: Položaj ventilov za test ventila 8046
Oznaka ventila
Položaj ventila med
normalnim
obratovanjem
Položaj ventila za
test
LCV-178 Odprt Zaprt
LCV-179 Odprt Zaprt
8045 Odprt Zaprt
8047 Odprt Odprt
11507 Zaprt Odprt
11508 Zaprt Odprt
11509 Zaprt Odprt
Na ventilih 11507, 11508 in 11509 se penetracija zdrenira in potem pripravi za test. Ko so
ventili iz tabele 4.4 v položaju za test, se z instrumentom za testiranje puščanja priključimo
na priključek pri ventilu 11508. Cevovod se med ventili LCV-178, LCV-179, 8045 in 8046
napolni z zrakom in natlači na testni tlak. Instrument meritve puščanja z vzdrževanjem
konstantnega tlaka 3,15 kp/cm2 pokaže, kolikšen pretok zraka je potreben za vzdrževanje
testnega tlaka v izoliranem delu cevovoda, kar se ovrednoti kot puščanje merjenega ventila
8046.
Za meritev puščanja ventila 8047 je potrebno vzpostaviti položaj ventilov, kot je prikazan
v tabeli 4.6.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
48
Tabela 4.6: Položaj ventilov za test ventila 8047
Oznaka ventila
Položaj ventila med
normalnim
obratovanjem
Položaj ventila za
test
LCV-178 Odprt Zaprt
LCV-179 Odprt Zaprt
8045 Odprt Zaprt
8047 Odprt Zaprt
11507 Zaprt Odprt
11508 Zaprt Zaprt
11509 Zaprt Odprt
Z instrumentom se priklopimo na priključek pri ventilu 11507. Cevovod se med ventili
LCV-178, LCV-179, 8045 in 8047 napolni z zrakom in natlači na testni tlak. Instrument
meritve puščanja nam pokaže, kolikšno puščanje je v tem delu cevovoda. Če se med
meritvijo sumi, da nam prepušča kateri od ventilov LCV-178, LCV-179 ali 8045, potem se
pripravi razširjena izolacija, da izločimo puščajoči ventil. V primeru, da tega suma ni,
potem se ti dve meritvi pripišeta izolacijskima ventiloma zadrževalnega hrama 8046 in
8047.
Shema meritve z metodo masnega pretoka je prikazana na sliki 4.10.
Slika 4.10: Shema delovanja instrumenta za meritev puščanja
Hitro polnjenje
Kalibr. priključek
Vstopni
priključek
Regulator
tlaka
V1 V2
Merilniki pretoka
V3
Tlačni indikator
SMER PRETOKA →
Izstopni
priključek
LOW
MEDIUM
HIGH
Vent
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
49
Dovod zraka, ki je v našem primeru instrumentacijski zrak z razvodom po celi elektrarni,
se priključi na vstopni priključek. Na izstopni priključek priključimo cev na merilni
priključek pri ventilu, na katerem izvajamo meritev. Z regulatorjem tlaka nastavimo tlak
testnega zraka na 44,8 psig oziroma 3,15 kp/cm2, katerega odčitavamo na indikatorju tlaka.
Tlačni indikator bo na začetku pokazal padec tlaka, dokler se testni volumen ne napolni do
željenega tlaka. Ventil V3 mora biti v poziciji za meritev, z ventilom V1 polnimo merilno
linijo preko položaja hitro polnjenje, ker je v tej liniji manj upora kot preko merilnih
zaslonk za meritev pretoka. Ko je tlak v cevovodu, na katerem merimo puščanje ventila,
vzpostavljen, prestavimo ventil V1 v položaj za meritev. Ventil V2 mora biti takrat v
položaju za meritev skozi zaslonko z največjim merilnim območjem. Po stabilizaciji
indikacije pretoka se postopoma merilna območja z ventilom V2 prestavljajo proti vedno
bolj natančnemu. Ko je meritev končana, se mora ventil V1 zapreti, ventil V3 pa prestaviti
v položaj »vent«, da se tlačno razbremeni sistem. Po razbremenitvi se merilne cevi še
odstranijo.
Za meritev puščanja uporabljamo dva različna instrumenta proizvajalca Volumetrics z
metodo masnega pretoka. Starejši model je model 14342 in je prikazan na sliki 4.11,
novejši model pa ima oznako 14380 in je prikazan na sliki 4.12. Princip delovanja je kljub
petnajstim letom razlike ostal enak, razlika je samo v teži in velikosti instrumenta.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
50
Slika 4.11: Sprednja stran instrumenta Volumetrics, model 14342
Slika 4.12: Sprednja stran instrumenta Volumetrics, model 14380
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
51
Oba instrumenta imata tri merilna območja, ki so prikazana v tabeli 4.7.
Tabela 4.7: Merilna območja instrumentov
Oznaka merilnega območja Velikost merilnega območja
LOW (NIZKO) 0–200 SCCM
MEDIUM (SREDNJE) 0–2000 SCCM
HIGH (VISOKO) 0–20 SLM (0–20000 SCCM)
Če je indikacija puščanja na visokem območju večja kot 2000 SCCM, potem se ta rezultat
meritve vzame za končnega. V primeru manjše indikacije se prestavi ventil za merilna
območja na srednje merilno območje. Če je indikacija puščanja na srednjem območju večja
kot 200 SCCM, potem se ta rezultat meritve vzame za končnega. V primeru manjše
indikacije se prestavi ventil za merilna območja na nizko merilno območje. Rezultat
meritve na nizkem območju je končni rezultat meritve puščanja za določeni ventil.
Za ventile, pri katerih se zaradi sistemskih pogojev ne more izolirati del cevovoda, je
predviden tako imenovani vodni test. Pri vodnih testih se morajo protipovratni ventili
testirati pri tlaku največ 3,15 kp/cm2, ostali izolacijski ventili pa se lahko testirajo pri
normalnem sistemskem tlaku. Tlak iz sistema primarne hladilne vode se lahko formira med
protipovratnimi ventili. Ta tlak se lahko uporabi kot testni tlak za testiranje protipovratnih
ventilov in ga je potrebno spremljati z lokalno nameščenimi tlačnimi indikatorji, saj mora
biti v času meritve konstanten in stabilen. Na sliki 4.13 je prikazan princip merjenja
puščanja ventilov z vodo v primeru, da je med ventilom formiran zadosten tlak za izvajanje
meritve. Na tlačnem indikatorju Pt preverjamo, da je v sistemu zadosten tlak, medtem ko
imamo odprta ventila z oznakama TC in drenažni ventil. Po razbremenitvi dela cevovoda,
kjer je priključen merilni set, se fleksibilno cev priključi v merilno posodo, ki mora biti na
začetku meritve prazna. Po preteku ene minute je potrebno zapreti drenažni ventil in
TCventil ter odklopiti merilni set iz TC merilnega priključka za TCventilom. Količina
vode v merilni posodi nam pove, kolikšno je puščanje testiranega ventila oziroma se ga
izračuna po enačbi:
𝐿𝑚 =𝑉𝑧−𝑉𝑘
𝑡 (4.11)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
52
kjer je:
Lm – izmerjeno puščanje (l/min)
Vz – začetni nivo v merilni posodi (l)
Vk – končni nivo v merilni posodi (l)
t – čas meritve (min)
Slika 4.13: Merilni set za vodno merjenje puščanja ventilov [4]
V primeru, da se tlak ni formiral, je potrebno na mestu, kjer je na sliki 4.13 instaliran tlačni
indikator Pt, priključiti drug kontinuiran vodni vir s tlakom vsaj 3,15 kp/cm2
. Priključna
cev s tlačnim indikatorjem je prikazana na sliki 4.14.
Slika 4.14: Testna cev za priključitev kontinuiranega vodnega vira [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
53
4.4 PRAKTIČNI PRIMERI POŠKODB VENTILOV
Na ventilih se pojavljajo puščanja zaradi različnih vzrokov. Eden izmed njih je neravna
površina na tesnilnem delu nepovratnega ventila, prikazana na sliki 4.15.
Slika 4.15: Neravna tesnilna površina [4]
Puščanje se večkrat pojavi tudi zaradi različnih nečistoč v sistemu, lahko je to rja zaradi
vlage v suhih cevovodih, ki so iz črnega jekla, lahko so to korozivni produkti, katere medij
v cevovodu odnaša naprej po sistemu in se odložijo na mesta, kjer je manjši pretok.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
54
Slika 4.16: Rja v cevovodu [4]
Slika 4.17: Prašni delci v ventilu [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
55
Slika 4.18: Obloge na ventilu [4]
Na sliki 4.19 se vidijo posledice puščanja ob vretenu ventila. Ker je v primarnih sistemih
borirana voda, se to puščanje že vizuelno prepozna, saj je na ventilu kristaliziran bor, sama
voda pa je izhlapela.
Slika 4.19: Kristaliziran bor ob tesnilu vretena [4]
Na slikah 4.20, 4.21 in 4.22 se vidi prepuščanja ventilov zaradi poškodbe na sedežu ventila
in obrabe diska ventila. Tesnilne površine ventila je potrebno potem obdelati ali zamenjati
z novimi. Omenjene poškodbe so pogoste pri sistemih, kjer so visoki sistemski tlaki ali
veliki pretoki.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
56
Slika 4.20: Sledi prepuščanja na sedežu ventila [4]
SLEDI PREPUŠČANJA
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
57
Slika 4.21: Sledi prepuščanja na disku ventila [4]
SLEDI PREPUŠČANJA
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
58
Slika 4.22: Risi na disku ventila [4]
Po obdelavi diska se preveri gladkost diska oziroma dobro naleganje s tako imenovanim
plavim odtisom, ki je prikazan na sliki 4.23.
Slika 4.23: Plavi odtis po sanaciji [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
59
Na sliki 4.24 je prikazano slabo stanje teflonskega sedeža ventila. Ventil je bil pred
meritvijo zamenjan z ventilom z druge lokacije, kjer se meritve prepuščanja niso izvajale.
Poškodbe teflonskega sedeža so nastale pri varjenju ventila na novo lokacijo.
Slika 4.24: Poškodba teflonskega sedeža [4]
Slika 4.25: Ventil po sanaciji [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
60
4.5 REZULTATI PUŠČANJ
Rezultati meritev puščanja tipa B in tipa C se seštejejo za vse penetracije. Za penetracije,
ki niso bile merjene v zadnjem remontu, se upoštevajo rezultati zadnjih meritev iz prejšnjih
remontov.
V tabeli 4.8 so prikazani rezultati meritev puščanja zadrževalnega hrama tipa A. Po
specifikacijah je dovoljeno puščanje 1 La, v tabeli pa so izračuni iz administrativne limite,
ki znaša 0,75 La.
Tabela 4.8: Rezultati meritev tipa A
Leto
remonta 1989 1992 1996 1999 2007
Dolgoročni
cilj (%) 40,0 40,0 40,0 40,0 40,0
Kratkoročni
cilj (%) 60,0 60,0 60,0 60,0 60,0
Izmerjeno
puščanje (%) 50,0 51,9 43,4 48,0 32,2
V tabeli 4.9 so prikazani rezultati meritev tipa B in tipa C v odstotkih od dovoljenih 0,6 La.
Tabela 4.9: Rezultati meritev tipa B in tipa C
Leto
remonta 2002 2003 2004 2006 2007 2009 2010 2012 2013 2015
Dolgoročni
cilj (%) 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0
Kratkoročni
cilj (%) 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0
Izmerjeno
puščanje (%) 8,03 10,78 9,24 4,11 5,90 12,75 9,99 8,63 8,23 9,71
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
61
Po prikazanih rezultatih lahko sklepamo, da je zadrževalni hram elektrarne v dobrem
stanju. To pomeni, da je preventivno vzdrževanje izolacijskih ventilov zadrževalnega
hrama ustrezno. Kljub temu se v vsakem remontu izmeri tudi nekaj ventilov s puščanjem
preko administrativne limite, ki pa se jih s korektivnim posegom sanira.
Pravilno in dovolj pogosto vzdrževanje opreme je zelo pomembno za uspešno delovanje
elektrarne tudi v prihodnosti. Trenutno zastavljeni obseg vzdrževanja in določena
frekvenca testiranj se morata tudi v bodoče pravilno prilagajati, kar je še posebej
pomembno za operabilnost ventilov. Velik poudarek bo še posebej potreben na
vzdrževanju opreme tudi v prihodnosti zaradi staranja le-te.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
62
5 SKLEP
Zakonodaja je prepoznala pomembnost celovitosti zadrževalnega hrama, ki je četrta
varnostna pregrada primarnih sistemov v Nuklearni elektrarni Krško. V zaključnem delu so
opisani vsi načini in vse vrste meritev prepuščanja tako samega zadrževalnega hrama kot
tudi vseh penetracij, ki prehajajo v ali iz njega. Poseben poudarek je na izolacijskih ventilih
zadrževalnega hrama, saj je teh tudi največ in imajo tako največji vpliv na možnost
prepuščanja zadrževalnega hrama in s tem možnost izpusta radioaktivnih snovi v okolico v
primeru jedrske nesreče. Preverjanje prepuščanja zadrževalnega hrama je zelo pomembno,
zato daje temu velik pomen tudi Uprava Republike Slovenije za jedrsko varnost, saj sama
ali preko pooblaščenih organizacij spremlja same meritve in rezultate le-teh skozi celoten
remont. Seznani se z rezultati, preden izda dovoljenje za naslednji zagon elektrarne.
Posebno poročilo je potrebno oddati upravi tudi pred izvedbo naslednjega remonta.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
63
VIRI IN LITERATURA
1 Uradni list RS, št 26/2001, odredba 1595, stran 2809.
2 http://www.nek.si/sl/, 20. januar 2015.
3 dr. Dimic V., Elektrika iz jedrskih elektrarn, 1995, str. 60–61.
4 Interno gradivo NEK.
5 Milan Čopič, Zdravko Gabrovšek, Nuklearna elektrarna Krško, NEK Krško, 1999.
6 http://pxweb.stat.si, [12.8.2016].
7 http://www.ijinmarine.net/apps/blog/types-of-valves-used-on-ships-gate,
[16.5.2015].
8 http://www.enggcyclopedia.com/2012/02/valve-actuators/, [20.10.2015].
9 http://www.valmatic.com/actuation_wormgear.html, [20.10.2015].
[10] http://www.ctgclean.com/tech-blog/2012/03/, [17.3.2015].
[11] http://wermac.org/valves/valves_general.html, [17.3.2015].
[12] http://www2.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/control-
hardware-el-pn-actuation/control-valve-actuators-and-positioners.asp, [16.5.2015].
[13] http://www.hindawi.com/journals/aans/2013/410870/fig1/, [3.9.2015].
[14] http://nuclearpowertraining.tpub.com/h1013v2/css/h1013v2_165.htm,
[10.10.2015].
[15] http://nuclearpowertraining.tpub.com/h1013v2/css/h1013v2_166.htm,
[10.10.2015].
[16] https://en.wikipedia.org/wiki/Ball_valve, [10.10.2015].
[17] http://my-ssp-usa.com/Products/Valves/Needle-Valves/Instrument-Needle-
Valves.aspx, [10.10.2015].
[18] http://www.spiraxsarco.com/Resources/Pages/Steam-Engineering-
Tutorials/pipeline-ancillaries/isolation-valves-linear-movement.aspx#close,
[10.10.2015].
[19] http://data.reefaquarium.com/wp-
content/reefer/2013/08/Plumbing8Swingcheckvalvepics.png, [3.9.2015].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
64
[20] Gortnar O., Ventili, Izobraževalni center za jedrsko tehnologijo »Milana Čopiča«,
2000.
[21] Đonlagić D., Tovornik B., Krmilni ventili, 1997.
[22] Decker Karl-Heinz, Elementi strojeva, 1987.
[23] Hrženjak J., Spoznavanje strojnih elementov, 1989.
[24] Smith P., Zappe R.W., Valve selection handbook, fifth edition, 2004.
[25] Nesbitt B., Handbook of Valves and Actuators, 2007.
[26] Mechanical science, modul 4, valves, DOE-HDBK-1018/2-93, 1993.
[27] U.S. Nuclear Regulatory Commission Regulations: Title 10, Code of Federal
Regulations, Appendix J to Part 50—Primary Reactor Containment Leakage
Testing for Water-Cooled Power Reactors.
[28] NEI 94−01, Industry guideline for implementing performance−based option of 10
CFR part 50, appendix J, July 2012.
[29] ANSI/ANS 56.8-1994, Containment system leakage testing requirements.
[30] NUREG/CR-3549, Evaluation of Containment Leak Rate Testing Criteria, March
1984.
[31] Cincinnati Test Systems, Inc., Application bulletin #141, junij 2004.
[32] Nondestructive Testing Handbook, Second Edition.
[33] Training guidelines in non-destructive Testing Techniques: Leak Testing at Level
2, IAEA, 2012.
[34] VOLUMETRICS local leak rate monitor model 14380 user manual, 2007.
[35] Leakage Rate Testing Seminar, Chicago Illinois, 2014.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko
65
PRILOGE
PRILOGA A: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE
ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV