DIN 25475-3-2015 Nuclear facilities - Operational monitoring - Part 3 Determination of thermal loadings《核设施 操作监控 第3部分 热负荷的测定》.pdf

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1、April 2015DEUTSCHE NORMDIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)Preisgruppe 16DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 27.120.20!%?C“2283295www.din.deDDIN 25475-3Kern

2、technische Anlagen Betriebsberwachung Teil 3: Betriebsbegleitende Ermittlung von thermischen BelastungenNuclear facilities Operational monitoring Part 3: Determination of thermal loadingsInstallations nuclaires Surveillance en exploitation Partie 3: Dtermination des caractristiques thermiquesAlleinv

3、erkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 34 SeitenDIN 25475-3:2015-04 2 Inhalt Seite Vorwort 4 1 Anwendungsbereich .5 2 Normative Verweisungen 5 3 Begriffe .5 4 Grundlagen .7 4.1 Hintergrund 7 4.2 Methodik bei der Ermittlung von thermischen Belastungen 7 4.3 A

4、uswahlkriterien fr die berwachung von Komponenten 7 5 Anforderungen an die Messung und die Messwertverarbeitung .8 5.1 Prinzipieller Aufbau .8 5.2 Messwerterfassung .9 5.2.1 Allgemeines 9 5.2.2 Festlegung der Messebenen und Anordnung der Sensoren innerhalb der Messebenen-instrumentierung .9 5.2.3 An

5、forderungen an die Messebeneninstrumentierung 12 5.2.4 Anforderungen an die Montage der Temperatursensoren . 13 5.2.5 Verkabelung 13 5.2.6 Anforderungen an die Erfassungseinrichtungen 14 5.2.7 Einbindung der globalen Messdaten 14 5.2.8 Messwertaufzeichnung 15 5.2.9 berwachung der Messwerterfassung a

6、uf Funktionsstrungen 16 5.2.10 Bestimmung der Messunsicherheit der Messkette . 16 5.3 Darstellung der Daten zur visuellen Kontrolle . 17 5.4 Messwertaufbereitung 17 5.4.1 Plausibilisierung der Messwertaufzeichnungen . 17 5.4.2 Ermittlung der Ersatzdaten 17 5.4.3 Visuelle Kontrolle und manuelle Korre

7、ktur 18 5.4.4 Archivierung der Rohdaten und der aufbereiteten Daten 18 5.5 Inbetriebsetzung . 18 5.6 Wiederkehrende Prfungen . 19 6 Auswertung der aufbereiteten Daten 19 6.1 Allgemeines . 19 6.2 Auswertung von Temperaturzyklen 20 6.3 Auswertung von Belastungsvorgngen . 20 7 Bewertung . 21 7.1 Allgem

8、eines . 21 7.2 Verfahren der berschlgigen Ermdungsbewertung . 21 7.3 Verfahren der detaillierten Ermdungsanalyse . 22 8 Dokumentation 22 8.1 Unterlagen zur Installation des Messwerterfassungssystems 22 8.2 Unterlagen zu wiederkehrenden Prfungen des Messwerterfassungssystems 23 8.3 Unterlagen zur Dok

9、umentation thermischer Belastungen . 23 Anhang A (informativ) Druckwasserreaktoren/Siedewasserreaktoren . 24 Anhang B (informativ) Beispiele fr Instrumentierungen 27 Anhang C (informativ) Beispiele fr Messwertdarstellungen 28 DIN 25475-3:2015-04 3 Anhang D (informativ) Verfahren der berschlgigen Erm

10、dungsbewertung . 30 D.1 Allgemeines . 30 D.2 Formelzeichen und Benennungen . 30 D.3 Spannungen infolge Kolbenstrmung 31 D.4 Spannungen infolge Temperaturschichtung 32 D.5 Ermittlung der halben Vergleichsspannungsschwingbreite Sa32 D.6 Ermittlung des berschlgigen Erschpfungsgrades Dges. 33 Literaturh

11、inweise 34 DIN 25475-3:2015-04 4 Vorwort Dieses Dokument wurde vom NA 062-07-48 AA Betriebsberwachung Kerntechnik“ des DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP) erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die D

12、KE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Es werden Anforderungen an die betriebsbegleitende Ermittlung von thermischen Belastungen, an die Auswahl der Messstellen und Messebenen, an das Messsystem, die Auswertung der Messergebnisse sowie an d

13、ie Dokumentation festgelegt zu dem Zweck der Ermittlung des Erschpfungsgrades der Bauteilermdung. In Anlehnung an KTA 3201.4 ist der Titel des Dokuments Betriebsberwachung“. DIN 25475, Kerntechnische Anlagen Betriebsberwachung besteht aus: Teil 1: Krperschallberwachung zum Erkennen loser Teile Teil

14、2: Schwingungsberwachung zur frhzeitigen Erkennung von nderungen im Schwingungsverhalten des Primrkreises von Druckwasserreaktoren Teil 3: Betriebsbegleitende Ermittlung von thermischen Belastungen DIN 25475-3:2015-04 5 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument gilt fr die betriebsbegleitende Ermittlung v

15、on fr die Ermdungsanalysen nach KTA 3201.2 erforderlichen thermischen Belastungen aus Temperaturmessungen an Komponenten der druckfhrenden Umschlieung des Reaktorkhlmittels von Druckwasserreaktoren (DWR) und Siedewasserreaktoren (SWR). Dieses Dokument kann auch auf druck- und aktivittsfhrende Kompon

16、enten der Prfgruppe A1 von Systemen auerhalb des Primrkreises nach KTA 3211.2 angewendet werden. Bei dem hierzu verwendeten Messsystem handelt es sich um eine betriebliche Einrichtung, die nicht nach KTA 3501 ausgelegt werden muss. Die ber die Ermittlung der thermischen Belastungen hinausgehenden As

17、pekte der Ermdungsbewertung werden in KTA 3201.2 bzw. KTA 3211.2 geregelt. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommen

18、e Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN 10204, Metallische Erzeugnisse Arten von Prfbescheinigungen DIN V ENV 13005 (zurckgezogen), Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen DIN EN 60751, Indust

19、rielle Platin-Widerstandsthermometer und Platin-Temperatursensoren DIN EN 60584-1, Thermopaare Teil 1: Thermospannungen und Grenzabweichungen DIN EN 60584-3, Thermopaare Teil 3: Thermoleitungen und Ausgleichsleitungen Grenzabweichungen und Kennzeichnungssystem DIN EN 61515, Mantelthermoelement-Leitu

20、ngen und Mantelthermoelemente KTA 1403, Alterungsmanagement in Kernkraftwerken KTA 3201.2, Komponenten des Primrkreises von Leichtwasserreaktoren Teil 2: Auslegung, Konstruktion und Berechnung KTA 3201.4, Komponenten des Primrkreises von Leichtwasserreaktoren Teil 4: Wiederkehrende Prfungen und Betr

21、iebsberwachung KTA 3211.2, Druck- und aktivittsfhrende Komponenten von Systemen auerhalb des Primrkreises Teil 2: Auslegung, Konstruktion und Berechnung KTA 3501, Reaktorschutzsystem und berwachungseinrichtungen des Sicherheitssystems 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden

22、 Begriffe. 3.1 Ermittlung Bereitstellung einer Gre durch messtechnische Erfassung oder rechnerische Auswertung DIN 25475-3:2015-04 6 3.2 berwachung Ermittlung von Gren einschlielich eines Vergleichs mit vorgegebenen Werten Anmerkung 1 zum Begriff: Die berwachung erfolgt durch die kontinuierliche Mes

23、sung und die diskontinuierliche Auswertung von Messwerten, z. B. durch deren rechnerische Verknpfung in Verbindung mit dem Vergleich mit vorgegebenen Werten der physikalischen Gren (z. B. Grenzwerten). 3.3 Messen Feststellen von Istwerten durch quantitativen Vergleich der Messgre mit einer Einheit m

24、it Hilfe von Messmitteln QUELLE: DIN 27200:2011-11, 3.4.74 modifiziert ergnzt durch durch quantitativen Vergleich der Messgre mit einer Einheit“ 3.4 Messebene orthogonal zur Komponentenlngsachse orientierte Ebene, auf deren Schnittlinie mit der Komponentenoberflche Sensoren angebracht werden 3.5 Mes

25、sebeneninstrumentierung Menge der in einer Messebene angebrachten Sensoren und zugehrigen Installationseinrichtungen 3.6 Komponente Einzelelement eines technischen Systems Anmerkung 1 zum Begriff: Einzelelemente sind z. B. Rohrleitungen, Behlter, Armaturen, Pumpen. 3.7 Standardinstrumentierung Instr

26、umentierung zur berwachung der Zustandsgren und Daten, die fr die Integritt der zum Anwendungsbereich gehrenden Komponenten von Bedeutung sind, und die Messeinrichtungen zur Erfassung globaler Belastungen und falls erforderlich Messeinrichtungen zur Erfassung lokaler Belastungen umfasst Anmerkung 1

27、zum Begriff: Die Standardinstrumentierung umfasst im Bereich der Ermdungsberwachung Teile der Betriebsinstrumentierung (globale Messdaten) und eigens fr die Ermittlung lokaler thermischer Belastungen erforderliche Messeinrichtungen (lokale Messdaten). QUELLE: KTA 3201.4:2010-11, 2(20) modifiziert Fo

28、rmulierung unter Bercksichtigung der Regeln nach DIN 820-2 angepasst und Anmerkung 1 zum Begriff ergnzt 3.8 Betriebsinstrumentierung Instrumentierung, die zur berwachung des Anlagenbetriebs erforderlich ist (Drcke, Durchstze, Temperaturen, Fllstnde, Armaturenstellungen, Leistungen, Drehzahlen,) und

29、deren Signale rckwirkungsfrei dem Messwerterfassungssystem zur Ermittlung thermischer Belastungen zur Verfgung gestellt werden 3.9 Rohdaten Aufzeichnung der abgetasteten und quantisierten Information, die bei der Umwandlung eines analogen Signals in die digitale Form durch einen Digitalrecorder ents

30、teht QUELLE: DIN EN 61083-1 (VDE 0432-7):2002-01, 1.3.3.4 modifiziert Definition gekrzt DIN 25475-3:2015-04 7 3.10 Ausfallzeit Zeitbereich mit fehlenden oder nicht verwertbaren Messwerten einzelner Messketten oder des gesamten Messwerterfassungssystems 3.10.1 Ausfallzeit Messkette Ausfallzeit Sensor

31、 Zeitbereich mit fehlenden oder nicht verwertbaren Messwerten einzelner Messketten, z. B. infolge Fhlerbruch, Ausfall einzelner Erfassungseinheiten 3.10.2 Ausfallzeit des Messwerterfassungssystems Zeitbereich, in denen das Messwerterfassungssystem, z. B. infolge einer Unterbrechung der Stromversorgu

32、ng, nicht zur Verfgung steht 4 Grundlagen 4.1 Hintergrund Im Anlagenbetrieb treten Temperaturnderungen in den Komponenten auf, welche diese thermisch belasten. Aus den thermischen Belastungen resultieren im Fall behinderter Wrmedehnungen thermomechanische Spannungen. Abhngig von der Hhe der Spannung

33、samplituden und der Hufigkeit der induzierten Spannungsnderungen kann Materialermdung verursacht werden. Diese kann als (Teil-)Erschpfungsgrad angegeben werden (siehe KTA 3201.2). Der Fortschritt der Materialermdung im Betrieb wird im Rahmen der Ermdungsberwachung bewertet. Die Ziele der Ermdungsber

34、wachung sind: Sicherstellung der Komponentenintegritt durch Kenntnis der fr den Schdigungsmechanismus Ermdung“ relevanten thermischen Belastungen sowie des aus diesen Belastungen resultierenden Erschpfungsgrads; Optimierung der Fahrweisen (Identifizierung ungnstiger Fahrweisen/Ereignisse); Erhhung d

35、er Anlagenverfgbarkeit; konstruktive Optimierung von Komponenten und Systemabschnitten (Reduzierung von thermischen Belastungen). 4.2 Methodik bei der Ermittlung von thermischen Belastungen betriebsbegleitende Erfassung von Temperaturen an Komponenten mit anforderungsgerechter Erfassungsrate; Nutzun

36、g der Betriebsinstrumentierung fr die Ermittlung der globalen thermischen Belastungen und fr die Korrelation der lokal gemessenen Temperaturen mit dem Betriebszustand der Anlage; Aufbereitung der gemessenen Temperaturdaten fr die Durchfhrung von Ermdungsanalysen nach KTA 3201.2. 4.3 Auswahlkriterien

37、 fr die berwachung von Komponenten Fr die Auswahl der zu berwachenden Komponenten gelten die KTA-Regelreihe 3201, insbesondere KTA 3201.4 und KTA 1403. Quellen fr Hinweise auf hierfr relevante thermohydraulische Phnomene (zeitliche Temperaturnderungen und rumliche Temperaturverteilungen sowie Kombin

38、ationen) sind in 5.2.2 beschrieben. DIN 25475-3:2015-04 8 5 Anforderungen an die Messung und die Messwertverarbeitung 5.1 Prinzipieller Aufbau Bild 1 zeigt die Funktionen der betriebsbegleitenden Ermittlung von thermischen Belastungen vom Sensor ber die Erfassung, Speicherung bis zur Datenarchivieru

39、ng und Auswertung. Die Messwerterfassung zur Ermittlung von thermischen Belastungen erfolgt mittels Betriebsinstrumentierung und eigens hierfr vorgesehener Messeinrichtungen (Standardinstrumentierung, siehe Anmerkung 1 zum Begriff 3.7). Von den mit der Betriebsinstrumentierung erfassten Messdaten (g

40、lobale Messdaten) werden insbesondere Temperaturen, Drcke, Durchflsse, Leistungen, Armaturenstellungen und Fllstnde verwendet. Mit den eigens fr die Ermittlung lokaler thermischer Belastungen installierten Messeinrichtungen werden mittels Temperatursensoren Auenwandtemperaturen an Komponenten erfass

41、t. Als Temperatursensoren dieser Messeinrichtungen knnen sowohl Thermoelemente als auch andere geeignete Temperaturmesselemente eingesetzt werden (siehe 5.2.3.2). Je nach spezifizierten/erwarteten thermohydraulischen Belastungsphnomenen werden die Auenwandtemperaturen mit einem oder mehreren Sensore

42、n in einer sogenannten Messebene erfasst (siehe 5.2.2). ber Signalleitungen werden die analogen Temperatursignale zu einer Erfassungseinheit (systemeigener Messschrank oder Prozessrechner-Schrank) gefhrt. Hier erfolgt die Digitalisierung, der Einsatz von Algorithmen zur Datenreduktion, die Signalber

43、wachung und die Speicherung dieser Rohdaten. Die Erfassungseinheit selbst kann sowohl innerhalb als auch auerhalb der Reaktorhlle (Containment) aufgestellt sein. Mehrere dezentrale Erfassungseinheiten knnen vernetzt sein. Die Messdaten der Betriebsinstrumentierung, die fr die sptere Aufbereitungs- u

44、nd Auswertungsphase notwendig sind, werden eingebunden. Alle aufgenommenen Daten (Rohdaten und eingebundene Messdaten aus der Betriebsinstrumentierung) werden auf geeigneten Langzeitspeichern archiviert. Im Allgemeinen ist in jedem Schritt der Datenverarbeitung eine Visualisierung der Daten mglich.

45、Bild 1 Funktionsablauf der betriebsbegleitenden Ermittlung von thermischen Belastungen DIN 25475-3:2015-04 9 5.2 Messwerterfassung 5.2.1 Allgemeines Fr die Auswahl der Messstellen sind die Bereiche der relevanten Komponenten zu identifizieren, an denen thermische Belastungen infolge zeitlicher Tempe

46、raturnderung und/oder rtlicher Temperaturverteilung auftreten knnen. Zeitliche Temperaturnderungen knnen sowohl als globale quasistatische Vorgnge (z. B. die An- und Abfahrvorgnge der Kraftwerksanlage) als auch als vergleichsweise schnell und lokal begrenzte Vorgnge (z. B. Sprhvorgnge) auftreten. Ze

47、itliche Temperaturnderungen aus globalen und lokalen Ereignissen mssen berwacht werden. rtliche Temperaturverteilungen knnen sowohl ber den Querschnitt (z. B. Rohrquerschnitt bei Temperaturschichtung) als auch ber weiter gefasste System- bzw. Komponentenbereiche (z. B. ber die Rohrlnge in axialer Ri

48、chtung auftretende Temperaturunterschiede) auftreten. rtliche Temperatur-verteilungen sind nur mit einer lokalen Instrumentierung erfassbar; sie sind mit einer ausreichenden Anzahl von Messfhlern aufzunehmen, damit eine zuverlssige Bewertung mglich ist. 5.2.2 Festlegung der Messebenen und Anordnung

49、der Sensoren innerhalb der Messebenen-instrumentierung Fr die Festlegung der Messebenen sind die Bereiche als relevant zu betrachten, an denen schnelle zeitliche Temperaturnderungen (z. B. Temperaturschock), rtliche Temperaturverteilungen (z. B. Temperatur-schichtungen) oder Kombinationen von beiden auftreten knnen. Relevante