Developing the utilisation of fracture mechanical analyses for long-term operation

Abstract

This thesis work studies the methods for fracture mechanical analyses utilised in the Loviisa nuclear power plant. This study is used to develop the utilisation of fracture mechanical analyses for long-term operation in the Loviisa Nuclear Power Plant. The thesis is made for Fortum Power and Heat Oy. Extending the license of existing power plants brings a need to pay attention to the ageing of the plant's components. The goal of the thesis is to increase expertise and develop the methods that are used to evaluate indications in components and to calculate allowed defect sizes and critical defect sizes. The focus of this study is on the piping of the power plant. It compares how methods in the ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section XI have been updated since the early 2000s. The methods between other standards and fracture mechanical procedures available for evaluating defects in piping are compared. The possibility of utilising commercial flaw analysis software is considered and the results are compared between software and analytical calculation. Case examples of piping components are used to compare results between the ASME XI versions, British standards BS 7910:2013 and the software ISAAC. Methods from the Swedish SSM handbook utilised in the ISAAC, are included in the comparison. The key findings from example cases show, that there are differences in the crack growth laws of the methods. In the newer ASME XI versions a FAD method is introduced to asses the acceptation of defects. Other standards and software also utilise FAD but the methods differ between the procedures.

Tämä diplomityö tarkastelee Loviisan ydinvoimalaitoksella käytössä olevia vika-analyysien menetelmiä. Tämän tutkimuksen avulla kehitetään vika-analyysien hyödyntämistä käyttöiän hallinnassa Loviisan ydinvoimalaitoksella. Opinnäytetyö on tehty Fortum Power and Heat Oy:lle. Olemassa olevien voimalaitosten käyttölupien jatkaminen tuo mukanaan tarpeen kiinnittää huomiota laitoksen komponenttien ikääntymiseen. Diplomityön tavoitteena on lisätä asiantuntemusta ja kehittää menetelmiä, joilla arvioidaan komponenttien näyttämiä sekä lasketaan sallittuja vikakokoja ja kriittisiä vikakokoja. Tämä tutkimus keskittyy voimalaitoksen putkistoihin. Tässä tutkimuksessa verrataan ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section XI:n menetelmien päivitystä 2000-luvun alusta lähtien. Verrataan muiden standardien välisiä menetelmiä ja käytettävissä olevia vika-analyysien menetelmiä putkistoissa esiintyvien vikojen arvioimiseksi. Tarkastellaan mahdollisuutta käyttää kaupallista vika analyysi ohjelmistoa ja tuloksia verrataan ohjelmiston ja analyyttisen laskennan välillä. Putkiston komponenttien tapausesimerkkejä käytetään tulosten vertailuun ASME XI -versioiden, brittiläisen standardin BS 7910:2013 ja ISAAC-ohjelmiston välillä. Vertailussa ovat mukana ISAAC:ssa käytetyt ruotsalaisen SSM-käsikirjan menetelmät. Esimerkkitapausten keskeiset havainnot osoittavat, että menetelmien särönkasvulaeissa on eroja. Uudemmissa ASME XI -versioissa on otettu käyttöön FAD-menetelmä vikojen hyväksymisen arvioimiseksi. Myös muut standardit ja ohjelmistot käyttävät FAD-menetelmää, mutta menetelmät vaihtelevat menettelytapojen välillä.