基于GB151方法驗(yàn)算立式蒸汽發(fā)生器管板厚度

張敏杰+何震+田宇+郭興坤

【摘 要】在壓水堆核電廠立式蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度計(jì)算是確定各部分基本尺寸的重要依據(jù)。其中，管板作為一二次側(cè)的壓力邊界，同時(shí)本身有數(shù)量眾多的開(kāi)孔，厚度取值尤為重要。本文在壓水堆核電廠蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)中常用的管板計(jì)算方法基礎(chǔ)上，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB151《管殼式換熱器》進(jìn)行驗(yàn)算。結(jié)果表明，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB151的驗(yàn)算精度良好，可以作為管板強(qiáng)度計(jì)算常用方法的有效補(bǔ)充。

【關(guān)鍵詞】壓水堆；立式蒸汽發(fā)生器；管板；厚度驗(yàn)算

0 概況

壓水堆核電廠常用的立式蒸汽發(fā)生器是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的主要設(shè)備之一。基本功能是將反應(yīng)堆所產(chǎn)生的熱量傳遞給SG二次側(cè)工作介質(zhì)水，產(chǎn)生飽和蒸汽，送汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電；將帶放射性的一回路系統(tǒng)工作介質(zhì)反應(yīng)堆冷卻劑與不帶放射性的二回路系統(tǒng)工作介質(zhì)隔離；在正常停堆冷卻的第一階段或某些事故工況下，導(dǎo)出堆芯的衰變余熱，保護(hù)反應(yīng)堆安全。

在壓水堆核電廠立式蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)中，作為核一級(jí)設(shè)備，各部分基本尺寸的初步確定基于可靠的強(qiáng)度計(jì)算方式。由于強(qiáng)度計(jì)算工作需要快速地確定設(shè)備的壓力邊界厚度等初步尺寸，所以采用簡(jiǎn)單，便捷，精度較高的計(jì)算方法最佳，實(shí)際工作中往往采用比較通用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的方法進(jìn)行計(jì)算。

其中，管板（如圖1所示）作為一二次側(cè)的壓力邊界，同時(shí)本身有數(shù)量眾多的開(kāi)孔，厚度取值尤為重要。本文嘗試以ACP1000核電機(jī)組ZH-65型蒸汽發(fā)生器為例，在壓水堆核電廠立式蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)中常用的管板強(qiáng)度計(jì)算方法基礎(chǔ)上選取管板厚度以后，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB151《管殼式換熱器》進(jìn)行驗(yàn)算。

圖1 壓水堆核電廠立式蒸汽發(fā)生器管板型式示意圖

1 管板強(qiáng)度計(jì)算常用方法介紹

在以往的壓水堆核電廠立式蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)中，常使用文獻(xiàn)[1]的計(jì)算方法。

Sm=設(shè)計(jì)溫度下材料的許用基本應(yīng)力強(qiáng)度，MPa；

C=按最外圈傳熱管的中心距逐一測(cè)量后迭加所得的布管范圍的周長(zhǎng)，mm；

A=周邊C所包圍的總面積，mm。

2 采用GB151《管殼式換熱器》進(jìn)行驗(yàn)算的方法介紹

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB151第5.7節(jié)，分別計(jì)算管板中心處徑向應(yīng)力，管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力以及管板邊緣處徑向應(yīng)力，并與管板設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力的1.5倍進(jìn)行比較，判斷取用的管板厚度是否符合設(shè)計(jì)要求。

Sm=設(shè)計(jì)溫度下材料的許用基本應(yīng)力強(qiáng)度，MPa。

3 采用GB151《管殼式換熱器》驗(yàn)算結(jié)果的有效性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證采用GB151《管殼式換熱器》驗(yàn)算結(jié)果的有效性，本文以ACP1000核電機(jī)組ZH-65型蒸汽發(fā)生器為例，分別采用文獻(xiàn)[1]計(jì)算方法與GB151的驗(yàn)算方法得出相應(yīng)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

由表1所列出的數(shù)據(jù)可以看出，由于管板作為一二次側(cè)的壓力邊界的重要性，管板名義厚度的裕量很大，這一點(diǎn)由文獻(xiàn)[1]的計(jì)算厚度與名義厚度的比值可以體現(xiàn)。由表2所列出的數(shù)據(jù)可以看出，管板最大應(yīng)力位于管板中心處，此處應(yīng)力與1.5倍設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力Sm的比值為0.78，比由文獻(xiàn)[1]的計(jì)算厚度與名義厚度的比值更大，由此可以看出采用GB151《管殼式換熱器》驗(yàn)算結(jié)果的精度良好，是一種有效的驗(yàn)算方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以ACP1000核電機(jī)組ZH-65型蒸汽發(fā)生器為例，在壓水堆核電廠蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)中常用的管板計(jì)算方法基礎(chǔ)上，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB151《管殼式換熱器》進(jìn)行驗(yàn)算。結(jié)果表明，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB151的驗(yàn)算精度良好，在工程設(shè)計(jì)中具有實(shí)際意義，可以作為管板強(qiáng)度計(jì)算常用方法的有效補(bǔ)充。

【參考文獻(xiàn)】

[1]美國(guó)管式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（TEMA），2007[S].

[責(zé)任編輯：湯靜]