LBB和BP在核电站管道设计中的异同性分析

对LBB（破前漏）和BP（破裂排除）两种设计理念进行了比较，从材料质量要求、制造要求、应用范围、泄漏监测、裂纹分析及局部效应、全局效应等方面，对BP和LBB管道设计中的异同性进行了分析。分析结果表明：BP的“纵深防御”体系能包络LBB的主体内容；相对于LBB，BP对管道设计的要求更复杂；主冷却剂管道采用LBB和BP后的局部效应和全局效应大体相同。     

红沿河核电厂VVP/ARE隔室改进超压分析

本文对拟建于严寒地带的红沿河核电厂CPR1000机组中主蒸汽管道和主给水管道(VVP/ARE)隔室与外界环境之间的封堵进行了设计改造,并对改造后方案的隔室墙体重新进行由隔室内管道破裂引起的超压风险分析论证。采用隔室热工响应分析程序对不同封堵方案进行计算分析,对比分析了不同封堵方案下不同隔室发生主蒸汽管道双端剪切断裂（MSLB）事故后的超压后果,论证了封堵方案的可行性。文中还针对封堵方案进行了敏感性研究,并给出了最佳封堵方案。该封堵方案已在红沿河核电厂实施。     

基于声发射的压力管道LBB监测系统研制

核反应堆压力管道应用破前漏(LBB)技术可提高反应堆的安全性、经济性,设置LBB监测系统则是应用的前提和关键。通过分析LBB监测需求,提出了基于声収射的LBB监测方法,幵通过开展相关试验建立了LBB鉴别方法和定位定量模型。为了适应核反应堆压力管道应用环境要求,研制出一体式声収射传感器,实现了高温辐照环境下LBB探测。通过开展信号调理、抗误报警、在线自检等关键技术研究,研制出LBB监测系统。试验验证结果表明,研制的LBB监测系统各项指标满足核电厂应用要求,幵在华龙一号得到应用。     

AP1000核电厂二回路主管道双端断裂流体喷射力计算分析

AP1000是先进的第三代压水堆核电厂,为确保核电厂在事故工况下的安全性,需对二回路主管道发生双端断裂的工况进行研究。本文采用RELAP5/MOD3.4软件对核电厂二回路突发主管道双端断裂的事故工况进行了数值模拟,计算得到断裂后管道破口处的喷放流量、压强、空泡份额及喷射力等物理参数的变化特性,并将计算结果与ANSI 58.2简化计算方法的结果进行了比较分析。结果表明,RELAP5/MOD3.4计算所得的喷射力小于简化计算方法所得结果。本文分析结果为进行AP1000核电厂的破裂管道甩击防护提供了基础。     

有限元方法在破前漏临界裂纹计算中的应用

破前漏(LBB,Leak-Before-Break)技术多应用于轻水堆核电站高能管道的设计中,该技术是一种通过确定论的断裂力学评价和泄漏率计算,配合泄漏监测等手段论证高能管道不会出现双端剪切断裂事故的方法。通过断裂力学计算临界裂纹,是破前漏分析中关键的一环。传统的计算方法,采用经验公式如GE/EPRI公式,受限于管道材料、结构形状,具有一定的应用范围限制,不能严格满足一般工程问题的要求。本文给出的有限元方法,不仅克服经验公式的使用局限性,而且提升了计算精度,具有良好的工程推广价值。     

基于SimCont的AP1000非能动安全壳冷却系统仿真实现

应用SimCont程序对AP1000核电厂非能动安全壳冷却系统进行仿真建模,并以主蒸汽管道破裂、冷却剂环路冷管段双端断裂等最严重的设计基准事故为研究对象,仿真分析非能动安全壳冷却系统的响应和主要设备的功能实现,对仿真程序进行综合评价。结果表明：SimCont程序仿真模型能很好地反映出非能动安全壳冷却系统的功能,计算结果与安全分析报告基本吻合。     

LBB设计中管道贯穿裂纹张开位移及泄漏率计算研究

在核电站管道破前漏设计(LBB)过程中,需要对管道的关注部位假设一个贯穿裂纹,然后计算该裂纹在正常运行工况下的裂纹张开位移(COD)以及流体泄漏率,从而验证管道LBB设计准则的适应性。本文介绍了COD以及泄漏率计算的意义,然后探讨了各种计算方法的优缺点和发展方向,最后给出了自主开发程序的验证算例。文中讨论的问题可为LBB技术在我国核电厂中的应用提供参考。     

破前漏中的断裂力学分析研究

在核级管道的设计中,若能证明其满足破前漏(LBB)准则,在设计时可不予考虑假想的双端剪切断裂事故的发生,从而减少防甩防冲击等附加设备及在役检查工作量。因此对反应堆管道系统运用破前漏设计可降低复杂性,提高安全性。管道破前漏中的断裂力学特性分析内容主要包含给定裂纹下的裂纹张开量(COD)、张开面积(COA)计算及裂纹稳定性判定。本文总结了当前工程中最常用的两种破前漏近似准则并程序化其分析过程,然后利用有限元软件的二次开发,建立了含贯穿裂纹的压力管道数值分析程序,完成了校验计算。通过对工程准则与有限元计算结果的比对,讨论了工程准则的保守性,比对结果可给出不同工程近似方法的适用区间。     

非中心穿透裂纹对LBB技术应用的影响分析

随着LBB技术的发展和应用推广,可运用详细的裂纹扩展分析技术,通过周密的分析论证,以证明带缺陷管系在使用寿期内同样能够满足SRP3.6.3中关于LBB技术应用的、与泄漏探测能力、裂纹稳定性和载荷相关的裕量要求。在这种前提下,一些额外的分析就必不可少。其中之一即为需要考虑载荷对称中心与裂纹对称中心不重合情况,即所谓的非中心裂纹,对LBB技术应用的影响。本文以压水堆核电厂中DN150、DN350和DN550管径的核1级高能管道中非中心裂纹为研究对象,先从偏心角度对裂纹张开面积的分析着手,进而研究其对泄漏率分析与裂纹稳定性分析的影响,并对非中心裂纹对LBB技术应用的影响做了综合性的分析总结,为今后含缺陷管道应用LBB技术的分析提供参考与借鉴。     

SGTR事故SG满溢分析扩展研究

采用热工水力系统程序进行核电厂蒸汽发生器传热管破裂（SGTR）事故蒸汽发生器（SG）满溢分析,验证在该事故下SG不会发生满溢;对SGTR事故进行扩展研究,考虑多种传热管破裂情况,包括单根传热管双端断裂、多根传热管双端断裂和传热管破口,并将3种情况的分析结果进行比较,给出SGTR事故最极限的工况。研究结果表明,单根传热管双端断裂工况下,SG不会发生满溢,且与其他2种工况相比满溢裕量最小,在所有分析工况中最极限。      

某核电厂主蒸汽管道应力分析

本文研究了某核电厂中主蒸汽系统管道的计算和评定等典型内容。此系统管道运行中承受的载荷工况多样,管道应力状态复杂。为了保证系统管道能够正常运行,在设计上需保证该系统管道的应力能够满足相关规范要求。分析采用管道力学分析软件PIPESTRESS进行,计算模型包括主回路、主蒸汽系统及相关的管道和阀门,分析包含静力和动力计算等。对计算结果依据美国机械工程师学会的ASME及相关规范进行了应力评定,并包含了LBB评定,保证了回路运行的安全。     

基于全范围模拟机对压水堆MSLB叠加SGTR事故分析

主蒸汽管道断裂事故叠加蒸汽发生器传热管破裂事故属于核电厂超设计基准事故。为研究国内M310系列机组对该种事故的处理能力,采用了以宁德核电厂1号机为原型的全范围模拟机对此次事故进程进行模拟,选择了放射性释放较为恶劣的蒸汽管道破口(MSLB)叠加100根蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故,并应用了最新的SOP规程中的操纵员动作以缓解事故后果,分析了事故发生后一回路压力、蒸汽发生器压力、堆芯出口温度以及一次侧至二次侧破口流量的变化。分析结果表明了在核电厂自动动作和操纵员有效及时干预下,在一定情况下可以避免进入严重事故中,最终可以处于安全可控状态。     

DVI安注技术在三环路压水堆的应用研究

本文针对某三环路压水堆核电厂提出采用压力容器直接注入（DVI）技术的安注系统简化设计方案。采用RELAP5/SCDAP-SIM和CATHARE-GB程序分别分析了对安注系统功能执行要求最高的DVI管道断裂事故及反应堆冷却剂冷管段双端剪切断裂事故，研究该简化设计方案的可行性和有效性。分析结果表明，在DVI管道发生断裂的事故工况下，安注系统有足够的冗余性保证燃料温度不会明显上升。在RCS主管道发生大破口包括双端剪切断裂事故工况下，通过DVI注入可明显延长安注箱注入时间、提高安注箱水装量的有效利用率，仅利用中压安注泵和安注箱即可完成安注功能的执行，不再需要低压安注子系统。DVI技术的应用大大简化了安注系统设计，电厂的安全性和经济性得到共同提升。     

不同材料的核电厂主管道LBB评估对比研究

我国核电厂主管道的材料主要有铸造奥氏体不锈钢(CASS)和锻造不锈钢(WSS)。针对CASS和WSS两种材料的主管道,依据美国核管会的SRP3.6.3进行主管道硬前漏(LBB)评估的对比研究。考虑热老化效应获取可信的材料性能数据,根据材料性能差异采用极限载荷法或J积分撕裂模量汇交法计算临界裂纹尺寸。根据Henry均匀非平衡双相流模型计算泄漏裂纹尺寸,并通过环向表面裂纹和贯穿裂纹的扩展分析论证了裂纹疲劳扩展不会导致管道的突然断裂。研究结果表明,WSS材料和CASS材料相比具有更好的LBB性能。     

核电厂管道热疲劳机理与防治

管道热疲劳是管道受交变热应力长期影响而产生管道裂纹或破裂的现象,虽然热疲劳原因引起的管道破裂事件在核电厂发生的概率很小,但管道破裂有可能引起一回路破口等事故,因此需要引起重视.本文对管道热疲劳产生的机理进行分类并进行分析,根据管道热疲劳产生机理的特征,提出核电厂设计、在役运行阶段应采取管道热疲劳预防与检测的措施.     

核级管道中环向贯穿裂纹的断裂韧性计算研究

裂纹稳定性分析是破前漏技术(LBB)的关键问题之一。在工程设计中,失效评定图法(FAD)广泛应用于管道的临界裂纹长度计算。文章以某核电厂主蒸汽管道材料SA335为研究对象,结合有限元方法与材料损伤模型模拟了SA355管道中环向贯穿裂纹的断裂过程,并得到其断裂韧性K_(IC)。计算结果发现,通过紧凑拉伸试样测量的K_(IC)低估了管道裂纹的断裂韧性,使得评定点坐标K_r容易落在评定曲线包络的区域之外,进而得到较为保守的临界裂纹长度。采用文中推荐的计算方法,可以合理并有效地评价核级管道中贯穿裂纹的裂纹稳定性。     

LBB裂纹稳定性分析方法研究

破前漏（LBB）分析是一种先进的管道分析评价技术,其关键技术是裂纹的稳定性分析,决定着LBB技术的可用性。本文从核级管道的失效模式出发研究了LBB分析的裂纹稳定性分析问题,并探讨了修正J积分撕裂模量汇交方法(J-T方法)、修正极限载荷分析法以及两倍弹性斜率法的优缺点和适用范围,最后通过工程算例对不同分析方法进行检验,其结论可为我国核电站管道的LBB设计提供参考。     

主管道材料高温力学性能研究

提供核电厂破前漏（LBB）设计所需材料性能参数需要测量主管道母材和焊接材料在高温下的力学性能（包括材料在地震环境下的高温动态力学性能）。基于万能伺服材料试验机和高速材料试验机测量了核电厂主管道母材控氮00Cr17Ni12Mo2不锈钢及焊接材料OK Tigrod 316L在高温（350℃）下的静动态拉伸力学性能、裂纹扩展率和静动态断裂韧性。与主管道母材和焊接材料的常温力学性能相比,2种材料在350℃下的静动态拉伸力学性能以及OK Tigrod 316L在350℃下的静动态断裂韧性都较常温有较大幅度的降低,2种材料在350℃下的抗裂纹扩展性能较常温略有下降。研究成果可为核电厂管道的LBB设计提供试验技术和材料参数支持。     

主管道用材中低加载速率下常温断裂性能研究

核电厂主管道在长期服役下,母材及焊接处可能出现裂纹,需要对主管道材料及焊接材料在中低加载速率下的断裂性能进行研究,避免主管道在强地震冲击下可能出现的双端剪切断裂。基于Instron VHS高速材料试验机,开发了一套材料在中低加载速率下的断裂性能测试方法,测量了核电厂主管道材料控氮00Cr17Ni12Mo2及焊接材料OK Tigrod 316L在0.5 m/s加载速率以内的常温断裂性能。结果表明,常温下核电厂主管道材料控氮00Cr17Ni12Mo2在0.5 m/s冲击速率以内并不启裂,焊接材料OK Tigrod 316L在0.5 m/s加载速率以内的断裂韧性并未出现明显的规律性变化。      

AP1000核电厂IRWST低压安注性能研究

本文采用AFT Fathom软件分析了AP1000核电厂安全壳内置换料水箱(IRWST)的低压安注性能,分析了AP1000核电厂在压力容器直接注入管线双端断裂工况下事故后期的安全注射能力。分析结果表明,AP1000核电厂低压安注能力足以带出堆芯热量,并有较大的裕量。