核電廠儀表管線振動應變限值研究

林 磊1,陳乃斌,徐德城1,朱如東

(1.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004；2.陽江核電有限公司，廣東 陽江 529941)

公稱直徑2 in以下小支管的振動疲勞斷裂是國內(nèi)外核電廠普遍問題之一,其失效占核電廠管道振動疲勞失效總量的90%以上[1]。一些重要小支管的斷裂將導致機組停機,造成巨大經(jīng)濟損失。近幾年來,某CPR1000核電機組頻繁發(fā)生汽輪機高壓缸進汽管道上GPV/GRE系統(tǒng)儀表管線斷裂事件,造成巨大經(jīng)濟損失。為緩解相關儀表管線的振動水平,核電廠開展了多項管線改進措施[2],一定程度上降低了其振動交變應力水平,但仍存在啟機過程低功率下振動應力高于允許限值的問題。

小支管的振動疲勞屬于受應力幅控制的高周疲勞,其破壞過程通常包含了裂紋萌生、擴展和瞬斷三個階段,其中裂紋的萌生出現(xiàn)在局部最高應力處、在最弱的及應力最大的晶粒上形成微裂紋,然后發(fā)展為宏觀裂紋,最終導致疲勞斷裂[3]。疲勞曲線(又稱SN曲線)是對構(gòu)件進行疲勞設計或評估的基礎,基于疲勞曲線和Miner線性累積損傷準則,通過計算總的疲勞累積使用因子,可以進行有限壽命或無限壽命設計與評估[4]。

與上述正向疲勞設計的方法相反,對于小支管的振動疲勞問題,本文借助材料的疲勞曲線并基于Miner線性累積損傷準則,基于實測振動應變信號,來反推對應于有限壽命和無限壽命的應變范圍限值,用于全新安裝小支管在機組一次啟機過程中的實時監(jiān)測預警,當實際應變范圍高于限值時,啟機保駕人員即采取相應措施,避免小支管在啟機過程中疲勞斷裂?！?br>