ГОСТ Р 50.05.21-2019
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Система оценки соответствия в области использования атомной энергии
НОРМЫ ДОПУСТИМЫХ НЕСПЛОШНОСТЕЙ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА, СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И НАПЛАВЛЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ
Порядок разработки
Conformity assessment system for the use of nuclear energy. Norms of allowable discontinuities of the base metal, welded joints and deposited surfaces of equipment, pipelines of nuclear power plants. Development procedure
ОКС 27.120.99
Дата введения 2019-08-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (АО "Концерн Росэнергоатом")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 322 "Атомная техника"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 апреля 2019 г. N 123-ст
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
1 Область применения
1.1 Настоящий стандарт устанавливает порядок разработки и применения норм допустимых несплошностей в основном металле, сварных соединениях и наплавленных поверхностях (далее - металле) оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций при проведении оценки соответствия в форме контроля при эксплуатации, проводимого в соответствии с федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии [1], устанавливающими правила контроля металла при эксплуатации.
1.2 Настоящий стандарт предназначен для разработки норм допустимых несплошностей в металле оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций, для которых в [1] не установлены нормы оценки их качества.
1.3 Настоящий стандарт распространяется на оборудование, трубопроводы и другие элементы атомных станций (за исключением корпуса реактора) с реакторными установками типа водо-водяной энергетический реактор, реактор большой мощности канальный и энергетический гетерогенный петлевой реактор с шестью петлями циркуляции теплоносителя.
1.4 Настоящий стандарт может применяться для исследовательских ядерных установок, при условии его включения в состав проектной или конструкторской документации.
1.5 Настоящий стандарт не применяется для разработки норм толщин стенок с механизмами деградации, которые приводят к изменению толщины стенки оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций в процессе эксплуатации (например, эрозионно-коррозионный износ, кавитация, эрозия и т.д.).
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:
ГОСТ Р 50.05.15 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Неразрушающий контроль. Термины и определения.
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения. Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 50.05.15, [1], а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 доминирующий механизм деградации: Один из нескольких механизмов деградации, старения, повреждений металла, приводящий к наиболее быстрому росту несплошности.
3.2 критический размер несплошности: Геометрические размеры несплошности, которые определены без коэффициентов запаса прочности.
3.3 нормы допустимой несплошности: Допустимые геометрические размеры несплошности металла оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций.
3.4 расчетная несплошность: Используемая в расчете несплошность, представленная в виде трещины.
4 Обозначения и сокращения
4.1 Сокращения
В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
АС - атомная станция;
ГИ - гидравлические испытания;
КИН - коэффициент интенсивности напряжений;
МГИ - металлографические исследования;
МКЭ - метод конечных элементов;
МРЗ - максимальное расчетное землетрясение;
НДС - напряженно-деформированное состояние;
НУЭ - нормальные условия эксплуатации;
ПКД - проектная и конструкторская документация.
4.2 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
5 Общие положения
5.1 Нормы допустимых размеров несплошностей металла оборудования, трубопроводов и других элементов АС (далее - Нормы) применяются при проведении эксплуатационного неразрушающего контроля для оценки результатов контроля.
5.2 При разработке Норм должны быть проанализированы механизмы образования и развития дефектов с учетом норм и правил [2].
5.3 Нормы необходимо определять по доминирующему механизму повреждения (деградации) с учетом опыта эксплуатации на основании критериев прочности с учетом скорости развития несплошностей. Нормы могут определяться как на весь срок службы, так и на межконтрольный период.
5.4 При сравнении Норм с результатами неразрушающего контроля необходимо учитывать погрешности измерений, установленные для методик контроля, входящих в систему неразрушающего контроля.
5.5 При разработке Норм должны использоваться значения механических и физических свойств, характеристики статической и циклической трещиностойкости основного металла, металлов сварных соединений и металла наплавленных поверхностей с учетом их прогнозируемого состояния до следующего контроля или на весь срок эксплуатации.
6 Исходные данные для разработки Норм
Исходными данными для разработки Норм являются:
- данные ПКД;
- наименование контролируемого элемента;
- данные проектно-конструкторских чертежей и фактические геометрические размеры оборудования, трубопровода или другого элемента АС;
- фактические значения механических и физических свойств, характеристики статической и циклической трещиностойкости сталей для основного металла, металлов сварных соединений и металла наплавленных поверхностей, при их отсутствии - данные документов по стандартизации с учетом деградации свойств основного металла;
- способ изготовления сварного соединения и способ нанесения наплавленных поверхностей (при их наличии);
- условия проведения термической обработки после изготовления сварного соединения и/или нанесения наплавленной поверхности;
- условия эксплуатации элемента (температура, давление, весовые нагрузки, параметры среды);
- срок службы с момента ввода в эксплуатацию, с момента замены или ремонта оборудования, трубопровода или другого элемента АС;
- данные предэксплуатационного и эксплуатационного контроля исследуемого контролируемого элемента;
- опыт эксплуатации сварных соединений (наличие, особенности и размеры обнаруженных несплошностей), данные МГИ (при наличии).
7 Порядок разработки Норм
7.1 Порядок разработки Норм должен включать:
- определение расчетной зоны оборудования или трубопровода;
- определение расчетных значений геометрических размеров рассчитываемого элемента. При этом необходимо учитывать влияние коррозии, эрозии или их сочетание на весь период планируемой эксплуатации, а при использовании фактических значений необходимо еще учитывать погрешности измерений;
- определение расчетных значений механических и физических свойств, характеристик статической и циклической трещиностойкости с учетом возможных и/или фактических механизмов деградации металла, металла сварного соединения и металла наплавленных поверхностей на период планируемой эксплуатации;
- определение НДС для расчетной зоны оборудования, трубопровода для режимов эксплуатации НУЭ, ГИ и НУЭ в сочетании с МРЗ с указанием граничных условий;
- определение расчетных значений остаточных напряжений в основном металле, металле сварного соединения и металле наплавленных поверхностей;
- расчет допустимых размеров несплошностей на прогнозируемый момент времени.
7.2 Нормы рекомендуется оформлять в виде, представленном в приложении А.
8 Расчет допустимых размеров несплошностей
8.1 Общие положения
8.1.1 Расчеты допустимых размеров несплошностей необходимо проводить с использованием:
- КИН - только для элементов, которые находятся в хрупком/квазихрупком состоянии в процессе эксплуатации;
- критериев предельно-пластических состояний - только для элементов, которые находятся в вязком состоянии в процессе эксплуатации;
-
8.1.2 Расчеты допустимых размеров несплошностей необходимо проводить для поверхностных и подповерхностных несплошностей, ориентированных в продольном и поперечном направлении.
8.1.3 Для случая поверхностной несплошности в качестве расчетной принимается полуэллиптическая трещина с полуосями
Для случая подповерхностной несплошности в качестве расчетной принимается поднаплавочная полуэллиптическая трещина, локализованная в основном металле (или в сварном шве), малая ось которой перпендикулярна поверхности стенки рассматриваемой зоны и контур трещины (берега) соприкасается с поверхностью раздела "основной металл (или сварной шов) - антикоррозионная наплавка".
8.2 Расчет допустимых размеров несплошностей по критериям сопротивления разрушению
8.2.1 Допустимые размеры расчетной несплошности определяются из соотношения сопротивления хрупкому разрушению с использованием КИН
8.2.2 Зависимость
Значения коэффициентов запаса
Таблица 1 - Значения коэффициента запаса
Режим нагружения | ||
НУЭ* | 2 | 30 |
ГИ* | 1,5 | 30 |
НУЭ в сочетании с МРЗ* | 1,0 | 0 |
* Категории режимов применяются в соответствии с проектом. |
8.2.3 Для определения допустимых размеров несплошностей с использованием
где
Таблица 2 - Значения коэффициента запаса
Режим нагружения | |
НУЭ* | 2 |
ГИ* | 1,5 |
НУЭ в сочетании с МРЗ* | 1,0 |
* Категории режимов применяются в соответствии с проектом. |
8.2.4 Исходные температурные зависимости
Допускается применять зависимости
8.2.5 При расчете допустимых размеров несплошностей в случае подповерхностной несплошности остаточные напряжения, вызванные наплавленной поверхностью, не учитывают, а для случая поверхностной несплошности их необходимо учитывать. Для консервативного учета рекомендуется использовать процедуру, указанную в приложении Б.
8.2.6 При оценке сопротивления разрушению несплошности, располагающейся в металле наплавленных поверхностей, допускается использовать
8.2.7 Расчет КИН или
8.3 Расчет допустимых размеров несплошностей по предельным пластическим состояниям
8.3.1 При оценке по предельным пластическим состояниям учитывают только напряжения, вызванные действием механических нагрузок. Температурные, компенсационные, остаточные и другие напряжения, вызванные заданными перемещениями и деформациями, не учитываются.
8.3.2 В качестве предельных напряжений принимают
8.3.3 При расчетах по предельным пластическим состояниям допустимые размеры трещин определяются из следующих соотношений:
- для цилиндрических оболочек с несплошностями, ориентированными в кольцевом направлении, используют зависимости
где
- для цилиндрических оболочек с несплошностями, ориентированными в осевом направлении:
Таблица 3 - Коэффициенты запаса для различных режимов нагружения
Режим нагружения | ||
НУЭ* | 3 | 2 |
ГИ* | 2 | 2 |
НУЭ в сочетании с МРЗ* | 1 | 2 |
* Категории режимов применяются в соответствии с проектом |
8.3.4 Допускается использовать методы расчета, основанные на использовании других критериев, например
8.4 Определение допустимых размеров несплошностей
8.4.1 Допустимая высота
8.4.2 Расчет
8.4.3 Нормы допустимых несплошностей должны устанавливаться с учетом требования норм и правил [1] [(перечисление д) 159)], согласно которому размер несплошности, с учетом скорости ее роста, не должен достигать половины критического размера в течение времени до очередного контроля.
Примечание - Дополнительно для определенных
Приложение А
(рекомендуемое)
Вид норм допустимых размеров несплошностей
Наименование | Продольная несплошность | Поперечная несплошность | Время, | ||
зоны | Поверх- | Подповерх- | Поверх- | Подповерх- | год |
Зона 1 | |||||
... | ... | ||||
... | ... | ... | ... | ||
... | ... | ... | ... | ||
... | ... | ... | ... | ||
... | ... | ... | |||
Зона 2 | |||||
... | ... | ... | ... | ... |
Приложение Б
(рекомендуемое)
Процедура определения остаточных напряжений
Б.1 Величина и вид распределения остаточных напряжений (см. рисунок Б.1) после нанесения наплавленного металла и остывания конструкции до 20°С должны составлять:
- в наплавленном металле
- в основном металле
Рисунок Б.1 - Эпюра остаточных напряжений в наплавке и основном металле
Б.2 Остаточные напряжения, вызванные изготовлением сварного соединения, рассчитываются по следующей формуле:
Б.3 Расчет остаточных напряжений в сварных соединениях в сочетании с наплавленным металлом проводится с помощью суперпозиции результатов, сделанных в Б.1 и Б.2, результат показан на рисунке Б.2.
Рисунок Б.2 - Эпюра остаточных напряжений в наплавке и основном металле
Б.4 Величины остаточных напряжений в наплавке после проведения гидравлических испытаний на прочность определяются по формуле
Приложение В
(рекомендуемое)
Расчет кинетики несплошностей
В.1 В соответствии с настоящим приложением определяют увеличение размеров несплошности при заданных циклических напряжениях и числе циклов нагружения, и/или статических напряжениях и времени их действия.
В.2 Расчет проводится методами линейной механики разрушения. Условия нагружения определяются размахом коэффициента интенсивности напряжений
В.3 Сопротивление разрушению определяется диаграммами статического и/или усталостного роста несплошности, устанавливающими зависимость скорости роста несплошности
В.4 Диаграмма статического роста несплошности в общем случае представляется ломаной линией, участки которой аппроксимируются соотношением
где
В.5 Диаграмма циклического роста несплошности в общем случае представляется ломаной линией, участки которой аппроксимируются соотношением
где
В.5 В расчете не учитывается торможение (ускорение) роста несплошностей от перегрузок различного цикла, а также вследствие пересечения линий сплавления сварных швов, наплавок, границ слоев в многослойных материалах.
В.6 Формирование циклов изменения КИН проводится по методу, аналогичному методу формирования циклов местных напряжений при расчете на прочность при циклических нагрузках. Первый тип цикла КИН с размахом
В.7 Интервалам времени статического нагружения
В.8 Критерием выбора определяющего главного напряжения в цикле или в интервале
В.9 Коэффициент асимметрии
где для циклов нагружения, которые характеризуются
В.10 Расчет циклического роста от значения
где значения характеристик
Таблица В.1 - Значения характеристик
Класс материала | ||
Легированные стали типа Cr-Mo-V, Cr-Ni-Mo-V и их сварные соединения | 2,7 | 2,8·10 |
Углеродистые стали и их сварные соединения | 3,1 | 1,5·10 |
Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали аустенитного класса 18-8 и их сварные соединения | 3,3 | 5,2·10 |
В.11 При расчете роста несплошности в сварных узлах (в основном металле и металле сварных соединений) из легированных сталей типа Cr-Mo-V и Cr-Ni-Mo-V при воздействии обескислороженной водной среды (температура до 350°С) и содержании в металле серы
В.12 При расчете циклического роста трещины в сварных узлах (в основном металле и металле сварных соединений) из легированных сталей типа Cr-Mo-V и Cr-Ni-Mo-V при воздействии кислородосодержащей водной среды или при содержании в металле массовой доли серы
а) на первом участке до точки пересечения прямых
б) на втором участке
Для упрощенного расчета развития несплошности в этих сталях и их сварных соединениях в условиях воздействия кислородосодержащей водной среды (до 350°С) или при содержании в металле серы
В.13 При расчете циклического роста несплошности в сварных узлах (в основном металле, металле сварных соединений и наплавленных поверхностей) из хромоникелевых коррозионно-стойких сталей аустенитного класса типа 18-8 в условиях воздействия водной среды допускается использовать данные таблицы В.1 для этих сталей. При этом:
а) для кислородосодержащей водной среды (вода, пар, пароводяная смесь) значение
б) для обескислороженной водной среды (вода) значение
В.14 Расчет роста несплошности при статическом нагружении проводится в хронологическом порядке действия статических нагрузок от значения
В.15 Значения характеристик
Таблица В.2 - Значения характеристик
Класс материала | ||
Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали аустенитного класса 18-8 и их сварные соединения | 2,16 | 1,28·10 |
Примечание - Влияние нейтронного облучения на характеристики диаграмм разрушения не учитывается.
В.16 Расчет увеличения размеров трещин проводится с коэффициентами запаса на прирост ее размеров при циклическом нагружении
В.17 Расчет проводится при фиксированных значениях
В.18 Расчет увеличения размеров несплошностей -
В.19 Может применяться упрощенный способ расчета роста несплошностей, приняв как наиболее консервативную схему распределения напряжений в рассматриваемых зонах равномерное распределение с размахом, равным наибольшему изменению напряжения в сечении для каждого цикла. В этом случае определяют эквивалентный размах напряжений и эквивалентное число циклов.
В.20 Допускается использование экспериментально обоснованных кинетических зависимостей подроста несплошностей и предельных диаграмм разрушения основного металла и сварных соединений в рабочей среде заданных параметров с учетом характеристик напряженно-деформированного состояния, полученных по методикам, согласованным в установленном порядке.
В.21 Для других механизмов деградации несплошностей, например межкристаллитного растрескивания под напряжением или замедленно-деформационного коррозионного растрескивания, используют формулы (В.4) и/или (В.5), но с использованием значений констант
Библиография
[1] | Федеральные нормы и правила НП-084-15 | Правила контроля основного металла, сварных соединений и наплавленных поверхностей при эксплуатации оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций |
[2] | Федеральные нормы и правила НП-096-15 | Требования к управлению ресурсом оборудования и трубопроводов атомных станций. Основные положения |
УДК 621.039:006.354 | ОКС 27.120.99 |
Ключевые слова: система оценки соответствия, несплошности, оборудование и трубопроводы, атомная станция |
Электронный текст документа
и сверен по:
.
, 2019