The feedwater ring is an assembly in steam generator internal piping, which distributes feedwater into the secondary side of the steam generator. It consists of an assembly of carbon steel piping, pipe fittings and J-nozzles which are inserted into the top of the feedwater ring and welded to the diameter of the ring. The feedwater ring at the attachment region of the J-nozzle may be susceptible to flow accelerated corrosion (FAC) due to flow turbulence which increases local fluid velocities. If a J-nozzle becomes a loose part, it can cause damage to tubing near the tube sheet. In this paper, the structural stress analysis for a wall thinned feedwater ring and integrity evaluations under assumed loading conditions are carried out in compliance with ASME B&PV SecIII, NB-3200.
When wall-thinning in a pipe occurs during operation of nuclear power plant, reinforcement of the pipe needs to be performed. Accordingly, the structural response of the piping system due to introduction of the reinforcement may be re-evaluated. For elastic structural analysis of the piping system with the reinforced pipe using finite element (FE) analysis, the stiffness of the reinforced pipe is needed. In this study, the stiffness matrix of wall-thinned pipe with pad reinforcement or composite reinforcement is analytically derived. The validity of the proposed equations is checked by comparing with systematic finite element (FE) analysis results.
본 논문에서는 적외선 열화상 기법을 원전 배관에 적용하여 감육결함을 검사하기 위한 시험 조건을 파악하기 위해서, 인공 결함이 가공된 배관 시편과 평판 시편을 이용하여 적외선 열화상 시험을 수행하였다. 시험에는 할로겐램프를 사용하여 시편을 가열하였으며, 램프의 출력과 시편과 램프의 거리를 변수로 실험을 수행하였다. 시험 결과 시편과 램프의 거리가 1~2 m 이고 램프의 출력이 정격출력의 60 % 이상일 때, 적외선 열화상 기법은 1회 촬영으로 최소한 500 mm 범위 내에 존재하는 원주방향 폭이 $2{\Theta}=90^{\circ}$이고 깊이와 길이가 각각 d/t=0.5와 $L/D_o=0.25$인 배관내 인공 감육 결함들을 검출하였다. 평판 시편과 배관 시편에서 시편과 램프의 거리에 관계없이 램프 출력이 높을수록 결함에 대한 이미지가 선명하였다. 평판 시편과 배관 시편에서 적외선 열화상 방법의 결함 검출 능력은 유사하지만, 최적의 시험 조건은 시편에 따라 다르게 나타났다.
냉각 위상잠금 적외선열화상 기법을 이용하여 원전 배관 루프시스템의 가열결함 검출의 선행연구를 통하여 냉각결함 검출조건의 적용에 관한 연구를 수행하였다. 배관의 결함가공은 감육 길이, 감육 깊이를 변화시켜 결함조건을 가공하여 루프시스템을 제작하였다. 사용된 장비는 적외선열화상 카메라와 냉각장치를 사용하였으며 냉각장치와 대상 루프시스템과의 거리는 2m로 고정시켜 실험을 수행하였다. 실험 결과의 분석을 위하여 냉각온도 분포, 위상데이터를 확보하고, 이를 분석하여 결함 길이를 측정하였다. 냉각결함 검출조건은 적외선열화상 데이터보다 위상잠금 적외선열화상 데이터가 측정 결과의 신뢰도가 높았다.
When pipe components made of carbon steel in nuclear, fossil, and industry are exposed to flowing fluid, wall thinning caused by FAC(flow accelerated corrosion) can be generated and eventually ruptured at the portion of pressure boundary. A study to identify the locations generating local wall thinning and to disclose turbulence coefficient related to the local wall thinning was performed. Experiment and numerical analyses for tee of down scaled piping components were performed and the results were compared. In particular, flow visualization experiment which was used alkali metallic salt was performed to find actual location of local wall thinning inside tee components. To disclose the relationship between turbulence coefficients and local wall thinning, numerical analyses were performed for tee components. The turbulence coefficients based on the numerical analyses were compared with the local wall thinning based on the measured data. From the comparison of the results, the vertical flow velocity component(Vr) flowing to the wall after separating in the wall due to the geometrical configuration and colliding with the wall directly at an angle of some degree was analogous to the configuration of local wall thinning.
Wall thinning defect due to flow accelerated corrosion is one of major aging phenomena in most power plant industries, and it results in reducing load carrying capacity of the piping systems. A failure testing system was set up for real scale elbows containing various simulated wall thinning defects, and monotonic in-plane bending tests were performed under internal pressure to find out the failure behavior of thinned elbows. Various finite element models were generated and analysed to figure out and simulate the behavior for other thinning shapes and loading conditions. This paper presents the decreasing trends of load carrying capacity according to the thinning dimensions which were revealed from the investigation of finite element analysis results. A mechanical integrity evaluation model for thinned elbows was proposed, also. This model can be used to calculate the TES plastic load of thinned elbows for general internal pressure, thinning location, and in-plane bending direction.
Fracture behaviors and strength of pipes with local wall thinning are very important Jar the integrity of energy plants. In pipes of energy plants, sometimes, the local wall thinning may result from severe erosion-corrosion damage. Recently, the effects of local wall thinning on strength and fracture behaviors of piping system have been well studied. In this paper, the elasto-plastic analysis is performed by FE code ANSIS. We evaluated the failure mode, fracture strength and fracture behavior from FE analysis.
In order to monitor the pipe thinning caused by flow-accelerated corrosion (FAC) that occurs in coolant piping systems, a shear horizontal ultrasonic pitch-catch waveguide technique was developed for accurate pipe wall thickness monitoring. A clamping device for dry coupling contact between the end of the waveguide and pipe surface was designed and fabricated. A computer program for multi-channel on-line monitoring of the pipe thickness at high temperature was also developed. Both a four-channel buffer rod pulse-echo type and a shear horizontal ultrasonic waveguide type for high-temperature thickness monitoring system were successfully installed to the test section of the FAC proof test facility. The overall measurement error can be estimated as ${\pm}10{\mu}m$ during a cycle from room temperature to $200^{\circ}C$.
Pipe wall-thinning by flow-accelerated corrosion and various types of erosion is significant damage in secondary system piping of nuclear power plants(NPPs). All NPPs in Korea have management programs to ensure pipe integrity from degradation mechanisms. Ultrasonic test(UT) is widely used for pipe wall thickness measurement. Numerous UT measurements have been performed during scheduled outages. Wall-thinning rates are determined conservatively according to several evaluation methods developed by Electric Power Research Institute(EPRI). The issue of reliability caused by measurement error should be considered in the process of evaluation. The reliability analysis method was developed for single and multiple measurement data in the previous researches. This paper describes the application results of reliability analysis method to real measurement data during scheduled outage and proved its benefits.
To perform ultrasonic testing (UT) thickness measurement of the secondary side piping installed in nuclear power plants, the insulation for preventing heat loss should be removed. The type of insulation can be divided into fixed and removable insulation. Fixed and removable insulation have their own strengths and weaknesses. Removable insulation has been installed in the components susceptible to wall thinning caused by FAC and erosion from Shin-Kori unit 1, which commenced its commercial operation in 2011. In this paper, the number of repeated inspections of components and the number of replacements of fixed insulation were estimated and a more economical way was identified based on the manufacturing and installation costs for fixed and removable insulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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