Långtidsfriska kärnkraftverk

Långtidsfrisk är ett begrepp som introducerades inom arbetshälsovården för några år sedan. LTO, Long Term Operation, kan väl sägas vara kärnteknikbranschens motsvarighet – att hålla också äldre kraftverk fit for fight med hög tillgänglighet och hög säkerhet.

Vad krävs för framgångsrik LTO?

Att förlänga livslängden för kapitalintensiva investeringar är intressant både ur samhällsekonomisk synpunkt och ur ett miljömässigt perspektiv. LTO, Long Term Operation, kan definieras som drift av kärnkraftverk efter den ursprungligt designade livslängden, vanligen 40 år. För att lyckas med detta krävs en noggrann analys och strategi för att möta tekniska och ekonomiska utmaningar.

OKG går in för LTO

OKG, Oskarshamnsverkets Kraftgrupp, fattade våren 2014 beslutet att inleda ett LTO-projekt med målet att förlänga livslängden till 60 år för enheterna 2 och 3 och till 50 år för enhet 1. Ken Stenman, projektchef för LTO-organisationen, berättar att målet med arbetet är att klarlägga förutsättningar för fortsatt drift med tanke på material, system, konstruktioner och byggnader.

Ken Stenman, OKG
Ken Stenman, OKG
”IAEA och SSM har utarbetat ett antal standarder och föreskrifter för LTO. Vi följer givetvis dem och tar hänsyn till lokala förutsättningar beträffande till exempel termisk utmattning, sprödhet till följd av neutronstrålning, rörsystemens kondition, utmattning hos kranar och lyftdon och förändringar i elkablar och informationssystem.”

Tidsplanen beräknas bli klar till årsskiftet medan arbetet med förebyggande underhåll och utbyte av delar samt inspektion och kontroll tros pågå till 2017.

Ringhals genomför djupanalys av reaktorerna

Inom ramen för ett LTO-projekt på Vattenfallägda Ringhals har en arbetsgrupp genomfört en TLAA-analys (Time Limited Ageing Analyses) med avseende på utmattning för enhet 2. Robert Magnusson från Ringhals AB säger att målet är en uppdaterad utmattningskurva med tanke på fortsatt drift utöver 40 år.

”Vid den ursprungliga designen har man tillämpat en konservativ syn på antalet transienter. Vi studerar driftdata och tar del av operatörernas erfarenheter. Därvid har vi konstaterat att man vid designen tagit hänsyn till ett scenario som sträcker sig till 50 eller 60 år och därmed lämnat marginal för fortsatt drift. En analys görs enligt ASME 2010 III och för miljöns del enligt NUREG/CR 6909/MRP-47.”

Man har identifierat ett antal kritiska punkter för utmattning, bland annat zoner med flöde varmt/kallt vatten och skiktning.

I ett annat projekt på Ringhals har man bedömt reaktorkärlets integritet (RVI) ur ett LTO-perspektiv. Andreas Karlsson, Mats Ölmeby och Per Nilsson från Ringhals AB och David Magnusson och Xavier Pitoiset från Westinghouse berättar att integritetsprogrammet bygger på regelbundna inspektioner, övervakning av neutronstrålningen och skydd mot övertryck vid låga temperaturer och termisk chockunder tryck, det sista mindre relevant för kokvattenreaktorer. Enligt ASME, sektion XI, skall reaktorkärlet genomgå en fullständig inspektion vart tionde år.

Ramverk för bedömning av förutsättningar för LTO

Säkerhet är kanske det främsta kriteriet, följt av ekonomi- och miljöfaktorer, när man upprättar planer för LTO för kärnkraftverk. Jens Gunnars och Andrey Shipsha från Inspecta Technology har analyserat de procedurer som krävs för framgång i ett LTO-projekt.

”Först görs en genomgång för att identifiera kritiska system och delkomponenter med hänsyn till åldrande. Dessa bedöms sedan med hänsyn till designfaktorer, nedbrytningsmekanismer och stressfaktorer. TLAA-analyser (tidsbegränsande utmattningsanalyser) uppdateras med tanke på den planerade driftstidsförlängningen och ett förslag till förebyggande underhåll och inspektioner av åldringskritiska komponenter och system upprättas. En komplett dokumentation upprättas för fortsatt drift.”

Vid arbetet tas hänsyn till ett otal åldringsmekanismer, sprödhet på grund av strålning, termisk utmattning, spänningskorrosion, krypning, restspänningar, förlust av förspänning etc.

AFC – Arevas koncept för utmattningsanalys

Dr. Jürgen Rudolph, AREVA
Dr. Jürgen Rudolph, AREVA
Uppskattning av utmattning är en central beståndsdel i alla LTO-analyser. Dr. Jürgen Rudolph från AREVA GmbH i tyska Erlangen är expert på AFC (Areva Fatigue Concept), som kan beskrivas som en metod för att klarlägga hur utmattningsmekanismer påverkar olika komponenter i ett kärnkraftverk.

”AFC består dels av hårdvara, ett antal termokors, som placeras ut där man kan misstänka utmattning som i primärkretsar, vid sprutmunstycken, i överströmningslinjer, matarvattensystem etc., och dels av programvara, som tillåter att man kan testa de viktiga stressmomenten under drift. Samma transient kan ge olika effekt vid uppstart och nedkörning.”

AFC ger tre olika nivåer för uppskattning av utmattningsrisken:

  1. En förenklad uppskattning av utmattning på basen av beräknade lastcykler och verkliga uppmätta indata
  2. En snabb, automatiserad utvärdering av utmattning med hänsyn till lasthistoria och uppmätta temperaturer på materialytan översatta till temperaturen på insidan. För kalkyl av lokala termiska påkänningar används programmet FAMOSi, som räknar ut belastningen med hänsyn till Greens funktioner
  3. En detaljerad utmattningsanalys på basen av utvärderade indata och en transientkatalog, som anger antalet lastcykler med hänsyn till de designkoder som använts

”I kärnkraftverket i nederländska Borssele, taget i bruk 1973 och med en beräknad livslängd till 2013, utfördes en utmattningsanalys med FAMOSi. Resultatet var att inga mekaniska komponenter behövde bytas. Fortsatt övervakning sker till LTO-periodens slut år 2034. Principen är att göra så mycket som nödvändigt och så litet som möjligt.”

 

 

Av: Tage Eriksson

Sidan skapad: 08 dec 2014