energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2020-63-1-89-98energy-1917Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGВлияние коррозии конструкционных материалов твэлов на радиационную безопасность энергоблоков АЭС с ВВЭРEffect of Corrosion of the Fuel Rod Construction Materials on the Radiation Safety of Nuclear Power Plants with PWRКравченкоВ. B.KravchenkoV. V.

Адрес для переписки: Кравченко Владимир Владимирович – Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 65/2, 220013, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 293-91-45    tes_bntu.@tut.by

 

Address for correspondence: Kravchenko Vladimir V. – Belаrusian National Technical University, 65/2 Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 293-91-45     tes_bntu.@tut.by

tes_bntu@tut.byЦыганковаС. Д.TsygankovaS. D.

г. Минск

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus2020070220206318998Copyright © Кравченко В.B., Цыганкова С.Д., 20202020Кравченко В.B., Цыганкова С.Д.Kravchenko V.V., Tsygankova S.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1917

В статье рассмотрены общее понятие коррозии в соответствии с ГОСТ 5272–68 «Коррозия металлов», классификация коррозионного процесса, стадии коррозии в виде функций энергии от пути протекания коррозионного процесса, основные показатели процесса коррозии. В соответствии c прогнозами Международного валютного фонда и Focus Economics произведена оценка количества средств, которые будут затрачены на борьбу с коррозией и ее последствиями в отдельных промышленно развитых странах. Динамика роста средств, вложенных в борьбу с последствиями коррозии металлов в Российской Федерации за 2016–2019 гг., показана в виде диаграммы. Обосновано использование циркония в качестве конструкционного материала для оболочки твэлов. Представлены значения сечений поглощения тепловых нейтронов для различных элементов, служащих в качестве конструкционных для активной зоны ядерного реактора. Приведены факторы, влияющие на выбор легирующих элементов и их процентное содержание в различных сплавах (Zr-2, Zr-4, ZIRLO™, M5®), которые являются специальной разработкой, способствующей снижению скорости коррозии. Рассмотрен состав и механические свойства сплавов Э110 и Э635, использованных в качестве материалов для оболочки твэлов в активной зоне реакторов ВВЭР-1200 на БелАЭС. Проанализировано поведение циркониевых сплавов Э110 и Э635 в активной зоне. Выделены основные факторы, которые существенно влияют на коррозионный процесс в реальных условиях эксплуатации циркониевых сплавов в качестве оболочек твэлов. Приведены существующие методы предварительной специальной обработки оболочек твэлов, хранящихся на воздухе в течение продолжительного промежутка времени до поступления их на сборку. Показана структура оксида на оболочках из сплавов Э110 и Э635, окисленных в автоклаве.

The article considers the general concept of corrosion in accordance with GOST 5272–68 “Metal Corrosion”, the classification of the corrosion process, the stages of corrosion as energy function of the flow path of the corrosion process, the main indicators of the corrosion process. According to the forecasts of the International Monetary Fund and Focus Economics, the amount of funds that will be spent on counteracting corrosion and its consequences in selected industrialized countries has been estimated. The growth of funds invested in the counteracting the effects of metal corrosion in the Russian Federation for 2016–2019 is presented in the form of a diagram. The substantiation of the use of zirconium as a structural material for the shell of fuel rods has been fulfilled. The values of the thermal neutron absorption cross sections for various elements serving as structural elements for the core of a nuclear reactor are presented. Factors influencing the choice of alloying elements and their percentage in various alloys (Zr-2, Zr-4, ZIRLO™, M5®), which are the special development that reduce the corrosion rate, are also considered. The composition and mechanical properties of E110 and E635 alloys, which were used as materials for the fuel rods shell in the core of WWER-1200 reactors at the Belarusian NPP, are considered as well. The behavior of zirconium alloys E110 and E635 in the core is analyzed. The main factors that make a significant contribution to the corrosion process in actual operating conditions of zirconium alloys as fuel rods shell have been identified. The existing methods of preliminary special processing of fuel rods shells stored in the air for a long time before their receipt for assembly are presented. The structure of the oxide on the shells of alloys E110 and E635 oxidized in an autoclave is demonstrated.

коррозионный процессоболочка твэловлегирование циркониякоррозия циркониевых сплавовсквозная коррозиякоррозия пятнамипиттинговая коррозияфреттинг-коррозия«солнечная корона»corrosion processfuel rod shellzirconium alloyingcorrosion of zirconium alloyspenetrating corrosionspot corrosionpitting corrosionfretting corrosion“solar corona”ReferencesНовые технологии восстановления и защиты энергетического оборудования композитными материалами / А. А. Ищенко [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2017. Т. 60, № 2. С. 159–166. https://doi.org/10. 21122/1029-74482017-60-2-159-166.. Ischenko A. O., Kravchenko V. M., Dashko O. V., Kakareka D. V. (2017) New Technologies for Restoration and Protection of Power Equipment with the Aid of Composite Materials. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 60 (2), 159–166. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-2-159-166 (in Russian).Чиж, В. А. Водоподготовка и водно-химические режимы электростанций : учеб.-метод. пособие для студ. дневной и заочной форм обучения спец. 1-43 01 04 «Тепловые электрические станции» и 1-43 01 05 «Промышленная теплоэнергетика» / В. А. Чиж, Н. Б. Кар-ницкий. Минск: БНТУ, 2004. 99 с.: ил.Chizh V. A., Karnitskii N. B. (2004) Water Treatment and Water-Chemical Regimes of Power Plants. Minsk, Belarusian National Technical University. 99 (in Russian).Рейтинг экономик мира 2019, таблица ВВП стран мира [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://basetop.ru/rejting-ekonomik-mira-2019-tablitsa-vvp-stran-mira/. Дата доступа: 21.02.2019.Rating of World Economies in 2019, the Table of GDP of Countries of the World. Available at: https://basetop.ru/rejting-ekonomik-mira-2019-tablitsa-vvp-stran-mira/ (accessed 21 February 2019) (in Russian).Минск подтверждает сроки ввода в эксплуатацию БелАЭС [Электронный ресурс] // Интерфакс. Режим доступа: https://www.interfax.by/news/belarus/ 1241924. Дата доступа: 10.03.2019.Minsk confirms the commissioning date of BelAES (2018). Interfax. Available at: https://www.interfax.by/news/belarus/1241924 (accessed 03 October 2019) (in Russian).Жук, Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов: учеб. пособие для металлург. спец. вузов / Н. П. Жук. 2-е изд., стер. М.: Альянс, 2006. 472 с.Zhuk N. P. (2006) The course of the Theory of Corrosion and Protection of Metals: a Manual for Metallurgical Specialties of Universities. 2nd ed. Moscow, Alliance Publ. 472 (in Russian).Шлугер, М. А. Коррозия и защита металлов / М. А. Шлугер, Ф. Ф. Ажогин, Е. А. Ефимов. М.: Металлургия, 1981. 216 с.Shluger M. A., Azhogin F. F., Efimov E. A. (1981) Corrosion and Protection of Metals. Moscow, Metallurgiya Publ. 216 (in Russian).Парфёнов, Б. Г. Коррозия циркония и его сплавов / Б. Г. Парфёнов, В. В. Герасимов, Г. И. Венедиктова. М.: Атомиздат, 1967. 257 с.Parfenov B. G., Gerasimov V. V., Venediktova G. I. (1967) Corrosion of Zirconium and its Alloys. Moscow, Atomizdat Publ. 257 (in Russian).Лустман, Б. Металлургия циркония / Б. Лустман. М.: Изд. иностранной литературы, 1959. 160 с.Lustman B., Kerze F. (1955) The metallurgy of zirconium. 4-t ed. New York, McGraw-Hill. 776.Иванов, О. С. Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy. Vol. 5, Geneva, 1958 (paper № 2046).Иванов, О. С. Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy. Vol. 5, Geneva, 1958 (paper № 2046).Чепецкий металлический завод [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.chmz. net/product/zr/slitki/. Дата доступа: 10.03.2019.Чепецкий металлический завод [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.chmz. net/product/zr/slitki/. Дата доступа: 10.03.2019.Волкова, И. Н. Результаты исследования структуры оксидной пленки на участках повышенного окисления оболочек твэлов ТВС-2М, отработавшей на 4-м энергоблоке Балаковской АЭС в течение одной топливной компании / И. Н. Волкова [и др.] // Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики: материалы 11-й Междунар. науч.-техн. конф., Москва, 23–24 мая 2018 г. / АО «Концерн Росэнергоатом». М., 2018. С. 35–39.Волкова, И. Н. Результаты исследования структуры оксидной пленки на участках повышенного окисления оболочек твэлов ТВС-2М, отработавшей на 4-м энергоблоке Балаковской АЭС в течение одной топливной компании / И. Н. Волкова [и др.] // Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики: материалы 11-й Междунар. науч.-техн. конф., Москва, 23–24 мая 2018 г. / АО «Концерн Росэнергоатом». М., 2018. С. 35–39.Герасимов, В. В. Коррозия реакторных материалов / В. В. Герасимов. М.: Атомиздат., 1980. 256 с.Герасимов, В. В. Коррозия реакторных материалов / В. В. Герасимов. М.: Атомиздат., 1980. 256 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.