快堆高溫鈉管道蠕變-疲勞交互作用分析

胡麗娜,劉 佳

(中國原子能科學研究院,北京 102413)

快堆高溫鈉管道蠕變-疲勞交互作用分析

胡麗娜,劉 佳

(中國原子能科學研究院,北京 102413)

CEFR(中國實驗快堆)中運行的管道承受著反復的熱載荷和機械載荷,存在高溫蠕變-疲勞損傷問題.介紹了多種材料蠕變-疲勞壽命預測模型,之后依據(jù)ASME規(guī)范的雙線性累積損傷法,以CEFR的一段管道為例,計算了該管道的蠕變-疲勞損傷.通過計算,掌握相應(yīng)的研究方法,為示范快堆的管道系統(tǒng)設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ).

管道;蠕變-疲勞損傷;雙線性累計損傷;ASME規(guī)范

CEFR的主回路冷卻系統(tǒng)和事故余熱排除系統(tǒng)中部分管道的工作溫度超過516℃,超過材料的蠕變溫度427℃,反應(yīng)堆的設(shè)計壽期為30年,在運行中管道承受著反復的熱載荷和機械載荷,存在高溫疲勞-蠕變損傷問題.

1 線性累積損傷方法

表1 疲勞損傷的總應(yīng)變

表2 304不銹鋼疲勞設(shè)計的總應(yīng)變范圍

2 實例分析

本文以CEFR的事故排放系統(tǒng)中的一段管道為例,分析整個壽期內(nèi)的疲勞-蠕變交互作用的損傷是否滿足ASME規(guī)范.CEFR分析中選取高溫態(tài),工作溫度為510℃,壓力為0.8 MPa,整個壽期高溫工作總時間為3.04X105.熱態(tài)啟動溫度為250~510℃,次數(shù)為60次;額定功率運行溫度510℃,持續(xù)時間1 920 h,循環(huán)次數(shù)為100 000次.

2.1 蠕變-疲勞計算

應(yīng)滿足T-1320或T-1330的彈性棘輪規(guī)則XY≤1,如果滿足這個條件則不會發(fā)生塑性棘輪;應(yīng)滿足△(QR+PL)max≤3S'm,如果滿足這個條件,則不會發(fā)生交替塑性.計算得到X=0.096,Y=0.8,綜上所述,該管道滿足ASME NH分卷中關(guān)于彈性分析進行的蠕變-疲勞損傷壽命的計算條件.

2.2 疲勞損傷計算

疲勞損傷的總應(yīng)變范圍εt=KV△εmod+K△εc,總應(yīng)變數(shù)值見表1.根據(jù)表2中304不銹鋼疲勞設(shè)計的總應(yīng)變范圍,保守計算取N=106,循環(huán)次數(shù)為60次,疲勞損傷系數(shù)為6e-4.

2.3 蠕變損傷計算

蠕變損傷計算在彈性的基礎(chǔ)上,確定松弛歷史,再計算蠕變損傷,步驟為:①起始應(yīng)力計算Sj的確定.根據(jù)高溫狀態(tài)的熱拉伸曲線,由εt確定蠕變的初始應(yīng)力Sj=99.26 MPa.②根據(jù)等時應(yīng)力-應(yīng)變曲線確定Sr.根據(jù)304材料的等時應(yīng)力-應(yīng)變曲線,得到蠕變應(yīng)力松弛曲線.③確定時間間隔△t和許用時間寬度Td,表3列出了蠕變損傷因子的計算值.根據(jù)表3可知單次循環(huán)總?cè)渥儞p傷為,循環(huán)60次,總?cè)渥儞p傷為0.306.該管道蠕變-疲勞的總損傷系數(shù)未超過ASME中304不銹鋼的蠕變-損傷設(shè)計曲線.

表3 蠕變損傷因子計算值

3 結(jié)論

本文參照ASME NH分卷,以CEFR中的一段管道為例,采用彈性分析方法分別計算疲勞損傷系數(shù)和蠕變損傷系數(shù),對該管道的蠕變-疲勞損傷進行評定,評定結(jié)果為該管道滿足ASME NH分卷的要求.掌握了蠕變-疲勞的評定方法和基本原理,為示范快堆的設(shè)計工作提供技術(shù)支撐.

〔編輯:張思楠〕

TL433

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.118

2095-6835(2017)22-0118-01