Structural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsStructural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsСтроительная механика инженерных конструкций и сооружений1815-52352587-8700Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2497110.22363/1815-5235-2020-16-5-414-423Experimental researchesЭкспериментальные исследованияResearch ArticleInvestigation of the probability of existence of defects with a size exceeding the allowed valueОстаточная дефектность и вероятность существования дефектов с размером, превышающим допускаемое значениеKuzminDmitry A.КузьминДмитрий Александрович

Candidate of Technical Sciences, Head of the Strength Reliability Division of Nuclear Power Plant

кандидат технических наук, начальник отдела прочностной надежности АЭС

rodionova_m@bk.ruKuzmichevskyAlexander Yu.КузьмичевскийАлександр Юрьевич

Candidate of Technical Sciences, chief expert of the Strength Reliability Division of Nuclear Power Plant

кандидат технических наук, главный эксперт отдела прочностной надежности АЭС

rodionova_m@bk.ruVertashenokMarina V.ВерташенокМарина Владимировна

leading specialist of the Strength Reliability Division of Nuclear Power Plant.

ведущий специалист отдела прочностной надежности АЭС.

rodionova_m@bk.ruAll-Russian Research Institute for Nuclear Power Plants OperationВсероссийский Научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций15122020165VOL 16, NO5 (2020)ТОМ 16, №5 (2020)41442317112020Copyright ©; 2020, Kuzmin D.A., Kuzmichevsky A.Y., Vertashenok M.V.Copyright ©; 2020, Кузьмин Д.А., Кузьмичевский А.Ю., Верташенок М.В.2020Kuzmin D.A., Kuzmichevsky A.Y., Vertashenok M.V.Кузьмин Д.А., Кузьмичевский А.Ю., Верташенок М.В.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/24971

Relevance. Non-destructive testing of metal determines the actual state of the metal, the presence of discontinuities and their sizes, and also allows to determine what mechanisms of metal degradation were subjected to. One of the main characteristics of the quality of non-destructive testing is the detectability of discontinuities and defects. If no defects were missed, then it’s possible to guarantee the reliable operation of the facility until the next scheduled inspection. The article is devoted to the study of the probability function of detecting defects and determining the probability of the existence of a residual defect with a size exceeding the permissible value. The aim of the work - to develop a method to determine the probability of the existence of a residual defect with a size exceeding the permissible value after non-destructive testing and repairs of equipment and pipelines of a nuclear power plant. Methods. During the work formulas for the probability of detecting a defect and initial defectiveness, regulatory requirements in the field of certification of flaw detectors, and the results of research on non-destructive testing were used. Results. A method for determining the probability of defects with a size exceeding the allowed value, using the example of a reactor vessel, is presented. The method is based on residual defects, which takes into account the detectability of defects. The value of the coefficient that takes into account the influence of the human factor, instrument and methodological shortcomings or complexity of access to the control point is determined, which reduces the degree of uncertainty in determining the residual defect. The results of this work permit to evaluate the probability of the existence of a defect with a size exceeding the allowed value. The development of a residual defect to critical values characterizes the initial event for the destruction of the integrity of the structure. Thus, the probability of a residual defect can be used when performing a safety analysis of the water-water energetic reactor vessel.

Актуальность. Неразрушающий контроль металла определяет фактическое состояние металла, наличие несплошностей и их размеры, а также позволяет определить каким механизмам деградации металл был подвержен. Одной из основных характеристик качества неразрушающего контроля является выявляемость несплошностей и дефектов. Если дефекты не были пропущены, то можно гарантировать надежную работу объекта до следующего планового контроля. Статья посвящена изучению функции вероятности обнаружения дефектов и определению вероятности существования остаточного дефекта с размером, превышающим допускаемое значение. Цель исследования - разработать метод, позволяющий определить вероятность существования остаточного дефекта с размером, превышающим допускаемое значение, после проведения неразрушающего контроля и ремонта оборудования и трубопроводов атомной электрической станции. Методы. При проведении работы были использованы формулы вероятности обнаружения дефекта и исходной дефектности, нормативные требования в области аттестации дефектоскопистов, результаты исследований по неразрушающему контролю. Результаты. Представлен метод определения вероятности существования дефектов с размером, превышающим допускаемое значение, на примере корпуса реактора. Методика основана на остаточной дефектности, которая учитывает выявляемость дефектов. Установлено значение коэффициента, учитывающего влияние человеческого фактора, приборно-методических недостатков или сложности доступа к месту контроля, что позволяет снизить степень неопределенности при диагностике остаточной дефектности. Результаты проведенной работы позволяют определить вероятность существования дефекта с размером, превышающим допускаемое значение. Развитие остаточного дефекта до критических значений характеризует исходное событие для разрушения целостности конструкции. Таким образом, вероятность остаточного дефекта может использоваться при выполнении анализа безопасности корпуса водо-водяного энергетического реактора.

nuclear power plantreactor vesselresidual defectivenessnon-destructive testingdetectability of defectsатомная станциякорпус реактораостаточная дефектностьнеразрушающий контрольвыявляемость дефектовFederal'nye normy i pravila v oblasti ispol'zovaniya atomnoj energii “Pravila kontrolya osnovnogo metalla, svarnyh soedinenij i naplavlennyh poverhnostej pri ekspluatacii oborudovaniya, truboprovodov i drugih elementov atomnyh stancij” (NP-084-15) [Federal Rules and Regulations in the Filed of Nuclear Energy Use “Unified Inspection Procedures for Base Materials, Weld Joints and Build-Ups in the Course of Operation of Equipment, Pipelines and Other Elements of Nuclear Power Plants” (NP-084-15)]. Moscow; 2016. (In Russ.)Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии «Правила контроля основного металла, сварных соединений и наплавленных поверхностей при эксплуатации оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций» (НП-084-15). М., 2016.Wang B., Zhong S., Lee T.L., Fancey K.S., Mi J. Non-destructive testing and evaluation of composite materials/ structures: a state-of-the-art review. Advances in mechanical engineering. 2020;12(4)(February):1–28. DOI: 10.1177/ 1687814020913761.Wang B., Zhong S., Lee T.L., Fancey K.S., Mi J. Non-destructive testing and evaluation of composite materials/ structures: a state-of-the-art review // Advances in mechanical engineering. 2020, February. Vol. 12. No 4. Pp. 1-28. DOI: 10.1177/1687814020913761.Santos T.G., Oliveira J.P., Machado M.A., Inácio P.L. Reliability and NDT Methods. Additive Manufacturing Hybrid Processes for Composites Systems. 2020;(April):265–295. DOI: 10.1007/978-3-030-44522-5_8.Santos T.G., Oliveira J.P., Machado M.A., Inácio P.L. Reliability and NDT Methods // Additive Manufacturing Hybrid Processes for Composites Systems. 2020, April. Pp. 265-295. DOI: 10.1007/978-3-030-44522-5_8.Ravindra Kumar P., Vijay Kumar G., Naga Murali K., Kishore R.B.S.S. Experimental Investigation of Ultrasonic Flaw Defects in Weld Clad Materials Using NDT Technique. Advances in Applied Mechanical Engineering. 2020;(February):1039–1051. DOI: 10.1007/978-981-15-1201-8_111.Ravindra Kumar P., Vijay Kumar G., Naga Murali K., Kishore R.B.S.S. Experimental Investigation of Ultrasonic Flaw Defects in Weld Clad Materials Using NDT Technique // Advances in Applied Mechanical Engineering. 2020, January. Pp.1039-1051. DOI: 10.1007/978-981-15-1201-8_111.Arkadov G.V., Hetman A.F., Rodionov A.N. Nadezhnost' oborudovaniya i truboprovodov AES i optimizacii ih zhiznennogo cikla (veroyatnostnye metody) [Reliability of NPP equipment and pipelines and optimization of their life cycle (probabilistic methods)]. Moscow: Energoizdat Publ.; 2010. (In Russ.)Аркадов Г.В., Гетман А.Ф., Родионов А.Н. Надежность оборудования и трубопроводов АЭС и оптимизация их жизненного цикла. М.: Энергоиздат, 2010. 424 с.Kuzmichevsky A.Y., Getman A.F. Quantification of the reliability using the criteria of failure and leaks or the defect identification in service. Industrial Laboratory. Diagnostics of Materials. 2010;76(10):42–46. (In Russ.)Кузьмичевский А.Ю., Гетман А.Ф. Определение количественных показателей надежности по критериям разрушения, течи или выявления дефекта в эксплуатации // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2010. Т. 76. № 10. C. 42-46.Kuzmin D.A. Investigation of the conditions of safety ensure of the main circulating pipeline on the basis of the LBB concept. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2016;(5):16–23. (In Russ.) Available from: http://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/14603 (accessed: 10.06.2020).Кузьмин Д.А. Исследование условий обеспечения безопасности главного циркуляционного трубопровода на основе концепции ТПР // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2016. № 5. С. 16-23. URL: http://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/14603 (дата обращения: 10.06.2020).Matvienko Y.G., Kuzmin D.A. Generalized equation of the opening of a through-thickness ring crack in a clad thick-wall pipeline. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2018;47(5):420–426. DOI: 10.3103/S1052618818050084.Кузьмин Д.А., Матвиенко Ю.Г. Обобщенное уравнение раскрытия сквозной кольцевой трещины в толстостенном плакированном трубопроводе // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2018. № 5. С. 41-48.Kuzmin D.A., Kuzmichevskiy A.Y. Determination of actual wall thicknesses of equipment and pipelines exposed to flow-accelerated corrosion on the example of conical reducers. Safety and Reliability of Power Industry. 2019;12(4):274–280. DOI: 10.24223/1999-5555-2019-12-4-274-280. (In Russ.)Кузьмин Д.А., Кузьмичевский А.Ю. Определение фактических толщин стенок оборудования и трубопроводов, подверженных эрозионно-коррозионному износу на примере конических переходов // Надежность и безопасность энергетики. 2019. № 12(4). С. 274-280. DOI: 10.24223/1999-5555-2019-12-4-274-280.Pástor M., Frankovský P., Hagara M., Lengvarský P. The Use of Optical Methods in the Analysis of the Areas With Stress Concentration. Journal of Mechanical Engineering. 2018;68(2):61–76. DOI: 10.2478/scjme-2018-0018.Pástor M., Frankovský P., Hagara M., Lengvarský P. The Use of Optical Methods in the Analysis of the Areas With Stress Concentration // Journal of Mechanical Engineering. 2018. Vol. 68. No. 2. Pp. 61-76. DOI: 10.2478/ scjme-2018-0018.Xiaohui Chen, Shuang Fang, Haofeng Chen. Stress concentration factor and fatigue analysis of a lateral nozzle with local wall thinning. Engineering Failure Analysis. 2019;105(November):289–304. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2019.07.004.Xiaohui Chen, Shuang Fang, Haofeng Chen. Stress concentration factor and fatigue analysis of a lateral nozzle with local wall thinning // Engineering Failure Analysis. 2019, November. Vol. 105. Pp. 289-304. DOI: 10.1016/ j.engfailanal.2019.07.004.Malovik K.N., Miroshnichenko A.N. Improvement of residual defectiveness control of the NPP pipelines. Vestnik Belorussko-Rossijskogo universiteta [Bulletin of the Belarusian-Russian University]. 2015;1(46):79–85. (In Russ.) Available from: https://elibrary.ru/item.asp?id=23174900 (accessed: 15.06.2020).Маловик К.Н., Мирошниченко А.Н. Совершенствование контроля остаточной дефектности трубопроводов АЭС // Вестник Белорусско-Российского университета. 2015. № 1 (46). С. 79-85. URL: https://elibrary.ru/ item.asp?id=23174900 (дата обращения: 15.06.2020).Volchenko V.N. Veroyatnost' i dostovernost' ocenki kachestva metalloprodukcii [Probability and reliability of metal product quality assessment]. Moscow: Metallurgiya Publ.; 1987. (In Russ.)Волченко В.Н. Вероятность и достоверность оценки качества металлопродукции. М.: Металлургия, 1987.Shrestha Ranjit, Jeonghak Park, Wontae Kim. Application of thermal wave imaging and phase shifting method for defect detection in stainless steel. Infrared Physics & Technology. 2016;76(May):676–683. DOI: 10.1016/ j.infrared.2016.04.033.Shrestha Ranjit, Jeonghak Park, Wontae Kim. Application of thermal wave imaging and phase shifting method for defect detection in stainless steel // Infrared Physics & Technology. 2016, May. Vol. 76. Pp. 676-683. DOI: 10.1016/ j.infrared.2016.04.033.Zhengwei Yang, Guangjie Kou, Yin Li, Gan Tian. Inspection Detectability Improvement for Metal Defects Detected by Pulsed Infrared Thermography. Photonic Sensors. 2019;9(18)(March):1–9. DOI: 10.1007/s13320-019-0489-1.Zhengwei Yang, Guangjie Kou, Yin Li, Gan Tian. Inspection Detectability Improvement for Metal Defects Detected by Pulsed Infrared Thermography // Photonic Sensors. 2019, March. No. 9(18). Pp. 1-9. DOI: 10.1007/s13320-019-0489-1.O'Brien N., Mavrogordato M., Boardman R.P., Sinclair I. Comparing cone beam laminographic system trajectories for composite NDT. Case Studies in Nondestructive Testing and Evaluation. 2016;6(B)(November):56–61. DOI: 10.1016/j.csndt.2016.05.004.O'Brien N., Mavrogordato M., Boardman R.P., Sinclair I. Comparing cone beam laminographic system trajectories for composite NDT // Case Studies in Nondestructive Testing and Evaluation. 2016, November. Vol. 6. Part B. Pp. 56-61. DOI: 10.1016/j.csndt.2016.05.004.Bazulin E.G., Vopilkin A.H., Tihonov D.S. Improved reliability of ultrasonic inspection. Part 1. Testing. Diagnostics. 2015;(8):7–22. DOI: 10.14489/td.2015.08.pp.007-022. (In Russ.)Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Тихонов Д.С. Повышение достоверности ультразвукового контроля. Ч. 1. Определение типа несплошности при проведении ультразвукового контроля антенными решетками // Контроль. Диагностика. 2015. № 8. С. 7-22. DOI: 10.14489/td.2015.08.pp.007-022.Bazulin E.G., Vopilkin A.H., Tihonov D.S. Improved reliability of ultrasonic inspection. Part 2. Testing. Diagnostics. 2015;(9):10–27. DOI: 10.14489/td.2015.09.pp.010-027. (In Russ.)Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Тихонов Д.С. Повышение достоверности ультразвукового контроля. Ч. 2. Повышение отношения сигнал/шум // Контроль. Диагностика. 2015. № 9. С. 10-27. DOI: 10.14489/ td.2015.09.pp.010-027PB 03-440-02. Pravila attestacii personala v oblasti nerazrushayushchego kontrolya [PB 03-440-02. Attestation rules for non-destructive inspection personnel]. Seriya 28. Nerazrushayushchij kontrol' [Series 28. Non-Destructive inspection] (issue 3). Moscow: STC “Industrial Safety” CJSC; 2010. (In Russ.)ПБ 03-440-02. Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля // Серия 28. Неразрушающий контроль. Вып. 3. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2010. 56 с.Getman A.F. Resurs ekspluatacii sosudov i truboprovodov AES [The operational life of vessels and pipelines of NPP]. Moscow: Energoatomizdat Publ.; 2000. (In Russ.)Гетман А.Ф. Ресурс эксплуатации сосудов и трубопроводов АЭС. М.: Энергоатомиздат, 2000. 427 с.