In the past, Alloy 600 nickel-based alloys have been widely used in steam generators. However, most of them have been replaced by thermally treated alloy 690 tubes in recent years because mill annealed alloy 600 materials are known to be susceptible to stress corrosion cracking. Unlike this general perception, some steam generators using mill annealed alloy 600 tubes show excellent performance even though they are designed, manufactured, and operated in the same way. Therefore, various analyses were carried out to determine causes for the degradation of steam generators. Based on the general stress corrosion cracking mechanism, tube material susceptibility, residual stress, and sludge deposits of steam generators were compared to identify factors affecting stress corrosion cracking. It was found that mill annealed alloy 600 steam generator tubes showed higher resistance to stress corrosion cracking when the amount of sludge deposits on tube surface was smaller and residual stress generated during the fabrication was lower.
Kim, Hong-deok;Park, Su-ki;Yim, Chang Jae;Chung, Han Sub
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.6
no.1
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pp.83-88
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2010
Domestic nuclear steam generators with Alloy 600 HTMA tubes have experienced axial cracking at eggcrate tube support plates(TSPs). The axial stress corrosion cracks were observed at the crevice between outside of tubes and eggcrate TSPs. The root cause of axial cracking was investigated by thermal hydraulic analysis and sludge distribution diagnosis. It is suggested that deposition of sludge at eggcrate TSPs could increase the outside surface temperature of tube and promote the enrichment of impurities at crevice, and thus accelerate cracking. Additionally strategy for reducing the sludge ingress to steam generators is discussed.
It was discovered in a Korean PWR that an extensive number of very short and shallow cracks in the SG tubes were undetectable by eddy current in-service-inspection because of the masking effect of sludge deposits. Axial stress corrosion cracks at the outside diameter of the steam generator tubes near the line contacts with the tube support plates are the major concern among the six identical Korean nuclear power plants having CE-type steam generators with Alloy 600 high temperature mill annealed tubes, HU3&4 and HB3~6. The tubes in HB3&4 have a less susceptible microstructure so that the onset of ODSCC was substantially delayed compared to HU3&4 whose tubes are most susceptible to ODSCC among the six units. The numbers of cracks detected by the eddy current inspection jumped drastically after the steam generators of HB4 were chemically cleaned. The purpose of the chemical cleaning was to mitigate stress corrosion cracking by removing the heavy sludge deposit, since a corrosive environment is formed in the occluded region under the sludge deposit. SGCC also enhances the detection capability of the eddy current inspection at the same time. Measurement of the size of each crack using the motorized rotating pancake coil probe indicated that the cracks in HB4 were shorter and substantially shallower than the cracks in HU3&4. It is believed that the cracks were shorter and shallower because the microstructure of the tubes in HB4 is less susceptible to ODSCC. It was readily understood from the size distribution of the cracks and the quantitative information available on the probability of detection that most cracks in HB4 had been undetected until the steam generators were chemically cleaned.
Kim Hyun-Su;Kim Jong-Sung;Jin Tae-Eun;Kim Hong-Deok;Chung Han-Sup
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.8
s.251
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pp.993-1000
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2006
Operating experience of steam generators has shown that cracks of various morphology frequently occur in the steam generator tubes. These cracked tubes can stay in service if it is proved that the tubes have sufficient safety margin to preclude the risk of burst and leak. Therefore, integrity assessment using exact limit load solutions is very important for safe operation of the steam generators. This paper provides global and local limit load solutions for surface cracks in the steam generator tubes. Such solutions are developed based on three-dimensional (3-D) finite element analyses assuming elastic-perfectly plastic material behavior. For the crack location, both axial and circumferential surface cracks, and for each case, both external and internal cracks are considered. The resulting global and local limit load solutions are given in polynomial forms, and thus can be simply used in practical integrity assessment of the steam generator tubes.
Steam generator tubes play an important role in safety because they constitute one of the primary barriers between the radioactive and non-radioactive sides of the nuclear power plant. For this reason, the integrity of the tubes is essential in minimizing the leakage possibility of radioactive water. The integrity of the tubes is evaluated based on NDE (non-destructive evaluation) inspection results. Especially ECT (eddy current test) method is usually used for detecting the flaws in steam generator tubes. However, detection capacity of the NDE is not perfect and all of the "real flaws" which actually existing in steam generator tunes is not known by NDE results. Therefore reliability of NDE system is one of the essential parts in assessing the integrity of steam generators. In this study POD (probability of detection) of ECT system for ODSCC in steam generator tubes is evaluated using multivariate logistic regression. The cracked tube specimens are made using the withdrawn steam generator tubes. Therefore the cracks are not artificial but real. Using the multivariate logistic regression method, continuous POD surfaces are evaluated from hit (detection) and miss (no detection) binary data obtained from destructive and non-destructive evaluation of the cracked tubes. Length and depth of cracks are considered in multivariate logistic regression and their effects on detection capacity are evaluated.
Cross-flow existing in a shell-and-tube steam generator can cause a tube to vibrate. There are four regions subjected to cross-flow in Yonggwang units 3 and 4 (YGN 3 and 4) steam generators, which are of the same design as the steam generators for Palo Verde nuclear power plant Palo Verde units 1 and 2 steam generators have experienced localized oar at the comers of the cold side recirculating fluid inlet regions. A number of design modifications were made to preclude tube failure in specific regions of YGN 3 and 4 steam generators. Therefore, flow induced vibration experiments were done to determine the vibration magnitude of tubes in the economizer tube free lane region. The objective of this experiment is to demonstrate that the tube displacement is less than 0.01 inch rms at 100% of full power flow and to quantify the remaining design margin at 120ft and 140% of full power flow.
Kim, Hyun-Su;Kim, Jong-Sung;Jin, Tae-Eun;Kim, Hong-Deok;Chung, Han-Sup
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.7
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pp.1006-1013
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2004
Operating experience of steam generators shows that the tubes are degraded by stress corrosion cracking, fretting wear and so on. These defected tubes could stay in service if it is proved that the tubes have sufficient structural margin to preclude the risk of tube bursting. This paper provides detailed plastic limit pressure solutions for through-wall cracks in the steam generator tubes. These are developed based on three dimensional(3D) finite element analyses assuming elastic-perfectly plastic material behavior. Both axial and circumferential through-wall cracks in free span and in u-bend regions are considered. The resulting limit pressure solutions are given in a polynomial form, and thus can be simply used in practical integrity assessment of the steam generator tubes.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.6
no.2
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pp.1-8
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2010
Nuclear steam generator tubes have experienced wear degradation at tube support structure. Morphology of wear scar was analyzed by using eddy current signal. A burst test facility for steam generator tubes was established and tubes with 3 types of defects were tested. The burst test results show that the depth of wear scar is the main factor influencing the burst pressure of tubes, meanwhile, both the longitudinal length and the angle also have effect on the burst pressure. Based on test results, the burst pressure equation for wear degradation was proposed.
The transport and deposition of corrosion products in pressurized water nuclear reactor (PWR) steam generators have led to corrosion (SCC, denting etc.) problems. Lancing, mechanical cleaning and chemical cleaning have been used to reduce these problems. The methods of lancing and mechanical cleaning have limitations in removing corrosion products due to the structure of steam generator tubes. But high temperature chemical cleaning (HTCC) with EDTA is the most effective method to remove corrosion products regardless of the structure. However, EDTA in chemical cleaning aqueous solution and chemical cleaning environments affects the integrity of materials used in steam generators. The nuclear power plants have to perform the pre-test (also called as qualification test (QT)) that confirms the effect on the integrity of materials after HTCC. This is one of the series studies that assess the effect, and this study determines the effects of 20 % EDTA aqueous solution on defective tubes in high temperature chemical cleaning environments. The depth and magnitude of defects in steam generator (SG) tubes were measured by eddy current test (ECT) signals. Surface analysis and magnitude of defects were performed by using SEM/EDS. Corrosion rate was assessed by weight loss of specimens. The ECT signals (potential and depth %) of defective tubes increased marginally. But the lengths of defects, oxides on the surface and weights of specimens did not change. The average corrosion rate of standard corrosion specimens was negligible. But the surfaces on specimens showed traces of etching. The depth of etching showed a range on the nanometer. After comprehensive evaluation of all the results, it is concluded that 20 % EDTA aqueous solution in high temperature chemical cleaning environments does not have a negative effect on defective tubes.
The structural integrity of tube bundles represents a major concern when dealing with high risk industries, such as nuclear steam generators, where the rupture of a tube or tubes will lead to the undesired mixing of the primary and secondary fluids. Flow-induced vibration is one of the major concerns that could compromise the structural integrity. The vibration is caused by fluid flow excitation. While there are several excitation mechanisms that could contribute to these vibrations, fluidelastic instability is generally regarded as the most severe. When this mechanism prevails, it could cause serious damage to tube arrays in a very short period of time. The tubes are therefore stiffened by means of supports to avoid these vibrations. To accommodate the thermal expansion of the tube, as well as to facilitate the installation of these tube bundles, clearances are allowed between the tubes and their supports. Progressive tube wear and chemical cleaning gradually increases the clearances between the tubes and their supports, which can lead to more frequent and severe tube/support impact and rubbing. These increased impacts can lead to tube damage due to fatigue and/or wear at the support locations. This paper presents simulations of a loosely supported multi-span U-bend tube subjected to turbulence and fluidelastic instability forces. The mathematical model for the loosely-supported tubes and the fluidelastic instability model is presented. The model is then utilized to simulate the nonlinear response of a U-bend tube with flat bar supports subjected to cross-flow. The effect of the support clearance as well as the support offset are investigated. Special attention is given to the tube/support interaction parameters that affect wear, such as impact and normal work rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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