核電廠熱疲勞監測系統開發與應用

張彥召，朱斌，陳明亞，梅金娜

（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

設計階段，核電廠通常基于設計基準瞬態評估部件壽期內的疲勞積使用因子（CUF）。運行經驗表明，電廠事實運行參數常比設計值更加復雜。如管道的三通部位常出現冷熱介質的混合過程，管道內流體流速低且兩端流體存在溫度差時，會發生冷熱流體分層現象。這些設計中未能充分考慮的瞬態常引起部件的疲勞失效。

世界范圍內多個核電廠曾發生過由于熱疲勞導致的管道裂紋事件。某國核電廠2013—2017年期間發生熱疲勞事件17起，含管道貫穿性裂紋事件3起，造成一回路輔助管道冷卻劑泄漏，并引發機組停堆。針對設計中無法精確考慮的瞬態，主要通過增加額外的局部測點進行在線瞬態監測，從而實現精確評估實際熱循環載荷對部件疲勞壽命的影響。如美國電力科學研究院的FatiguePro系統、西屋公司的WESTEMS系統、德國阿海琺的FAMOS系統。國內在此方面還處于起步階段，相關研究顯得必要且迫切。在線疲勞監測系統需要具有較高采樣頻率、監測精度和長期服役的可靠性，同時傳統的熱應力分析和疲勞評價主要基于有限元方法（FEM），對于在線疲勞監測系統，則需要開發快速計算管道熱應力的方法。

文中將首先介紹核電廠熱疲勞形成的機理，然后介紹自主開發的在役核電廠一回路管道熱疲勞監測系統（簡稱TECMAN系統），包含硬件模塊、軟件評估模塊、工程應用情況等。論述基于疲勞監測的方法，對優化核電廠運行參數，進而實現核電廠許可證延續運行（60 a）有重要的指導意義。……