Tvárná litina jako schválený standard v českých jaderných elektrárnách

Jaderné elektrárny hrají významnou roli v energetickém mixu České republiky, přispívají k stabilní a nízkoemisní výrobě elektřiny. JE Dukovany a JE Temelín společně pokrývají více než třetinu celkové spotřeby elektrické energie v zemi. Tyto elektrárny nejen zajišťují spolehlivý zdroj energie, ale také přispívají k energetické nezávislosti a bezpečnosti státu.

Kromě samotného paliva je pro provoz každé jaderné elektrárny klíčovou surovinou voda. Slouží k přenosu tepla, moderaci štěpné reakce a výrobě páry pro turbíny. Nejvíce se na spotřebě vody podílí chlazení, neboť se jedná o otevřený okruh s obrovským odparem v chladicích věžích. V obou českých elektrárnách je užitková voda čerpána z nedalekých vodních děl.

Není překvapením, že bezpečnost provozu je jedním z hlavních kritérií systémů jaderné elektrárny a důležitou součástí systémů pro rozvody vody jsou armatury. Ty musí být vysoce spolehlivé, odolné vůči korozivním účinkům vody a schopné odolat nejen běžným provozním teplotám a tlakovým podmínkám, ale musí obstát i v málo pravděpodobných situacích jako je např. zemětřesení.

Důležitým parametrem, kvůli kterému doposud v kritických systémech dominovala ocel, je „pružnost materiálu“ reprezentovaná jeho tažností, která je pro vodárenské armatury jakožto tlaková zařízení velmi důležitou mechanickou vlastností a umožňuje eliminaci vnitřních a posuvných sil v potrubí. Pro zařazení litiny – konkrétně tvárné litiny EN-GJS-400-15 (dříve GGG-40), do seznamu materiálů přípustných k použití, bylo třeba splnit podmínky pro vybraná zařízení dle Vyhlášky č. 358/2016 Sb. § 12, odst. 3, písm. D.

Jediný ze světových výrobců armatur, který v tomto směru projevil zájem o spolupráci se skupinou ČEZ, je společnost VAG s.r.o. (dříve JMA Hodonín), která má vlastní slévárnu litin přímo ve výrobním areálu v jihomoravském Hodoníně. První krok v tomto směru byl učiněn již v roce 2019. Návrh atestačního programu byl vypracován společností ČEZ, a.s. a byl součástí písemné žádosti o zařazení materiálu EN-GJS-400-15 (GGG-40) jako zvláštního případu do dokumentu NTD A.S.I. sekce II.

Atestační program byl realizován na třech tavbách a na základě provedených experimentálních prací bylo možné konstatovat, že dodané vzorky materiálu splňují požadavky minimálních hodnot mechanických vlastností (Rp0,2 min +20 °C = 250 MPa, Rm min +20 °C = 400 MPa). Při zkušební teplotě +70 °C byly naměřené hodnoty meze kluzu v rozmezí 256–267 MPa a meze pevnosti v rozmezí 390–⁠404 MPa. Rozmezí nárazové práce se při obou zkušebních teplotách pohybuje mezi 12 až 14 J. Odlitky z tohoto materiálu budou používány pro výrobu, opravu nebo rekonstrukci zařízení JE zařazených do bezpečnostní třídy 3 (BT3) dle vyhlášky č. 239/2017 Sb. a budou vhodné jako ekvivalent (náhrada) materiálu 422343.1 uhlíková ocel na odlitky těles a disků u stávajících uzavíracích klapek a šoupátek, které jsou na hraně technické životnosti.

Dokumentace dle přílohy 4 dle vyhl. č. 358/2016 Sb. (výpočty, seizmicita atd.) Parametry pro seizmické zatížení (budící spektra) byly definovány specialisty z ČEZ pro JE Dukovany i Temelín. Experimentální zkoušky byly provedeny v souladu se specifikací seizmické zkoušky, která zahrnuje zkoušky simulovaným seizmickým zatížením a ověřením mechanické integrity – klasifikace 1b. Postup kvalifikačních zkoušek odpovídal požadavkům normy na provedení seizmických kvalifikačních zkoušek podle podmínek norem IEC/IEEE 60980-344:2020 [1], IEC/IEEE 60780-323:2016 [2] a IEEE Std 382-2019 [3]. Seizmické kvalifikační zkoušky jsou sestaveny ze dvou částí – zkoušky seizmickým zatížením a zkoušky ověření mechanické integrity (pevnost a hermetičnost) a byly úspěšně provedeny v akreditované zkušební laboratoři Vojenský technický ústav, s.p., odštěpný závod VTÚPV Vyškov.

U měkkotěsnicích šoupátek jsou ucpávkový šroub i vřetenová matice též ve styku s tekoucím médiem a jsou vyrobeny z mosazného materiálu. Tento materiál musel být v roce 2023 schválen v rámci dokumentu NTD A.S.I. sekce II k použití na zařízení BT3 a na obdobných parametrech jako mají technické chladicí vody. U mezipřírubových klapek byl zase ze strany ČEZ požadován disk z korozivzdorné oceli 1.4408, což byl pro tzv. vybraná zařízení další neschválený materiál. Tato ocel byla letos uvedena do revize NTD A.S.I. sekce II a je schválena jako přípustný materiál k použití na zařízení BT3 pro kategorie armatury potrubních systémů JE na potrubních trasách BT3 (I.O. a II.O.) a kategorie mezipřírubové klapky, víka, části ložisek, těsnící kruhy (II.O.). Vše proběhlo díky ochotě a technické pomoci inženýrů z ČEZ.

Ze všech předložených podkladů a v nich uvedených výsledků vyplývá, že navržené materiály jsou vhodné pro vybraná zařízení pro předepsané provozní podmínky. Měkkotěsnicí šoupátka a mezipřírubové klapky z tvárné litiny EN-GJS-400-15 (dříve GGG-40) budou tedy po letech opět zastávat v provozech JE významnou funkci.

Bude-li v příštích letech ze strany českých jaderných elektráren zájem, mohou být do prostředí technických chladících vod v provozech JE (BT2, BT3) zvažovány i uzavírací klapky, které mají sedlo s homogenním návarem korozivzdornou ocelí po celém obvodu litinového tělesa. Toto originální materiálové spojení může být pro výrobce v příštích letech další certifikační výzvou.

Ing. Luděk Stehlík

Obchodní manažer pro Čechy v oblasti průmyslu a energetiky

Sales Manager (Industry & Energetics)