Local wall thinning and integrity degradation caused by several mechanisms, such as flow accelerated corrosion, cavitation, flashing and/or liquid droplet impingement, is a main concern in secondary steam cycle piping system of nuclear power plants in terms of safety and operability. Thinned pipe management program (TPMP) has being developed and optimized to reduce the possibility of unplanned shutdown and/or power reduction due to pipe failure caused by wall thinning. In this paper, newest technologies, standards and regulations related to the integrity assessment, repair and replacement of thinned pipe component are reviewed. And technical improvement items in TPMP to secure the reliability and effectiveness are also presented.
Wall thinning of carbon steel pipe components due to Flow-Accelerated Corrosion (FAC) is one of the most serious threats to the integrity of steam cycle piping systems in Nuclear Power Plants (NPP). Since the mid-1990s, secondary side piping systems in Korean NPPs have experienced wall thinning, leakages and ruptures caused by FAC. Korea Electric power Research Institute (KEPRI) and Korea Hydro & Nuclear Power Co., LTD. (KHNP) have conducted a study to develop the methodology for systematic pipe management and established the Korean Thinned Pipe Management Program (TPMP). To effectively maintain the integrity of piping system, FAC engineer should understand the criterions of the structural integrity evaluation and the safety margin assessment for the thinned pipe component. This paper describes the technical items of TPMP, and shows the example of the integrity evaluation and safety margin assessment for three thinned pipe component of a NPP.
A number of components installed in the secondary system of nuclear power plants are exposed to aging mechanisms such as FAC (Flow-Accelerated Corrosion), Cavitation, Flashing, and LDIE (Liquid Droplet Impingement Erosion). Those aging mechanisms can lead to thinning of the components. In April 2013, one (1) inch small bore piping branched from the main steam line experienced leakage resulting from wall thinning in a 1,000 MWe Korean PWR nuclear power plant. During the normal operation, extracted steam from the main steam line goes to condenser through the small bore piping. The leak occurred in the downstream of an orifice. A control valve with vertical flow path was placed on in front of the orifice. This paper deals with UT (Ultrasonic Test) thickness data, SEM images, and numerical simulation results in order to analyze the extent of damage and the cause of leakage in the small bore piping. As a result, it is concluded that the main cause of the small bore pipe wall thinning is liquid droplet impingement erosion. Moreover, it is observed that the leak occurred at the reattachment point of the vortex flow in the downstream side of the orifice.
The secondary system of nuclear power plants consists of sophisticated piping systems operating in very aggressive erosion and corrosion environments, which make a piping system vulnerable to the wear and degradation due to the several chemical components and high flow rate (~10 m/sec) of the coolant. To monitor the wear and degradation on a pipe, the vibration signals are measured from the pipe with an accelerometer For analyzing the vibration signal the time-frequency analysis (TFA) is used, which is known to be effective for the analysis of time-varying or transient signals. To reduce the inteferences (cross-terms) due to the bilinear structure of the time-frequency distribution, an adaptive cone-kernel distribution (ACKD) is proposed. The cone length of ACKD to determine the characteristics of distribution is optimally selected through an adaptive algorithm using the normalized Shannon's entropy And the ACKD's are compared with the results of other analyses based on the Fourier Transform (FT) and other TFA's. The ACKD shows a better signature for the wear/degradation within a pipe and provides the additional information in relation to the time that any analysis based on the conventional FT can not provide.
Assumptions have always been that wall thinning on the secondary side piping in nuclear power plants is mostly caused by Flow-Accelerated Corrosion (FAC). Recent studies have showed that wall thinning on the secondary side piping is caused by Liquid Droplet Impingement Erosion (LDIE), Solid Particle Erosion (SPE), cavitation, and flashing. To manage those aging mechanisms, several software such as CHECWORKS, COMSY, and BRT-CICERO have been used in nuclear power plants. Korean nuclear power plants have been using the CHECWORKS program since 1996 to date. However, many site engineers have experienced a lot of inconveniences and problems in using the CHECWORKS program. In order to work through the inconveniences and to remedy problems, KEPCO-E&C has developed a "3D-based pipe wall thinning management program (ToSPACE)" based on the experience of over 30 years in relation to the pipe wall thinning management. This study compares the results of FAC and LDIE analysis using both the CHECWORKS and ToSPACE programs with respect to validation of the wall thinning analysis results.
구조물 내 설치된 파이프시스템은 주로 내부구성원들의 인간생활에 근간이 되는 기반시설로서 현대 도시생활의 생명선과 같은 역할을 한다. 이들 구조물 내 파이프시스템이 만약 지진발생에 의하여 손상될 경우 1차적으로 구조물 내 기능성이 저하되고 구조물 내 많은 정신적, 물질적 피해가 발생할 수 있다. 실제 내진공학에서 지진발생에 따른 비구조재요소의 거동은 크게 중요하게 고려되지 않으나 인적 및 물적 피해와 매우 밀접하게 연관되는 가스 혹은 수계파이프시스템에 대한 비구조적 요소의 거동예측 및 성능평가 연구는 보다 효과적인 구조물 유지관리를 위하여 그 필요성이 크다고 판단된다. 본 연구는 현재 일반적으로 널리 시공되어져 있는 노후 철근콘크리트 빌딩구조물 내 설치된 가스 혹은 수계파이프시스템에 대하여 실제 지진발생이 예측되는 거동을 살펴보고 이들 거동에 따른 성능평가 및 현 설계기준에 대한 검토도 병행하여 수행하고자 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 해석적으로 발생 가능한 총 10회의 지진파에 대하여 현재 실제 건물 내 기설치된 수계파이프시스템 모델링 및 해석을 통하여 그 결과를 검증, 평가하였으며 부가적으로 실제 발생 가능한 파괴유형 분석을 통하여 현 설치된 수계파이프시스템의 설계에 대한 적절한 내진보강방법에 대하여도 제안하고자 한다.
This paper deals with the industrial problem of thermal striping damage on the French prototype fast breeder reactor, Phenix and it was studied in coordination with the research program of IAEA. The thermomechanical and fracture mechanics evaluation procedure of thermal striping damage on the tee-junction of the secondary piping using Green's function method and standard FEM is presented. The thermohydraulic(T/H) loading condition used in the present analysis is the random type thermal loads computed by T/H analysis on the turbulent mixing of the two flows with different temperatures. The thermomechanical fatigue damage was evaluated according to ASME code section 111 subsection NH. The results of the fatigue analysis showed that fatigue failure would occur at the welded joint within 90,000 hours of operation. The assessment for the fracture behavior of the welded joint showed that the crack would be initiated at an early stage in the operation. It took 42,698.9 hours for the crack to propagate up to 5 mm along the thickness direction. After then, however, the instability analysis, using tearing modulus, showed that the crack would be arrested, which was in agreement with the actual observation of the crack. An efficient analysis procedure using Green's function approach for the crack propagation problem under random type load was proposed in this study. The analysis results showed good agreement with those of the practical observations.
The reduction of pipe-thickness induced by flow accelerated corrosion (FAC) is one of the most serious problems on the maintenance of piping system in nuclear power plants (NNP). If the thickness of a pipe component is reduced below the critical level, it cannot sustain pressure and consequently results in leakage or rupture. For this reason, wall thinning by FAC has been inspected in secondary side piping systems in NPPs. In this research Round Robin Test (RRT) was conducted to verify confidence of wall thinning measurement system in NPP. 12 inspectors from 3 companies participated and 23 specimens were used according to standard practice in RRT. The gage R&R analysis was introduced in regard to repeatability and reproducibility that are affected to measurement system errors. Confidence intervals of thickness measurement system were obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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