核电厂高能管道应用破前漏技术对材料力学性能的要求

核电厂高能管道应用破前漏(LBB)技术可提高其安全性与经济性,同时对材料提出了新的力学性能测试要求。文章研究和分析了美国核管理委员会颁布的LBB有关的标准评审大纲和实施规范等,梳理和归纳了测试项目、对象、温度、数量与热老化效应等5项总体要求,以及试样尺寸、侧槽效应、应变范围、试样方向等4项测试关键技术要求,以确保测试数据的有效性。本研究可为国内开展此领域的测试工作提供一定的指引作用。     

管道内表面非中心裂纹扩展研究

管道非中心裂纹和中心裂纹扩展规律有所不同,有必要进行研究。目的是得到管道内表面非中心裂纹的扩展规律和路径。采用有限元软件ABAQUS,建立了含非中心内表面裂纹管道的三维线弹性有限元模型,利用Paris公式分析了裂纹的扩展行为。结果是得到了管道内表面非中心裂纹在不同载荷作用下的扩展规律和路径,以及裂纹偏移角度对裂纹扩展的影响,并将计算结果和中心裂纹的分析结果相比较,研究两种裂纹在扩展上的差异。结论为在LBB分析中,泄漏裂纹计算时应考虑裂纹的偏心的影响,裂纹稳定性分析中则无须考虑裂纹偏心。     

压力管道破前漏分析的一种简化方法

介绍了一种用于核反应堆管道和压力容器破前漏（ＬＢＢ）分析的简化方法，它主要以线弹性断裂力学的基础，将ＬＢＢ分析中应力强度因子，裂纹张开面积和泄漏率等计算以解析公式表达出来。这种方法使用方便，而且满足有关的国家标准和国际规范的要求，适用于一些应力分布和几何形状比较简单的管道和压力容器，或用于ＬＢＢ性质的近似估计。     

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。     

破前漏(LBB)分析方法在钠冷快堆管道分析中的应用探讨

采用破前漏(LBB)分析方法,对中国实验快堆余热排放系统中间回路进行断裂力学分析.假设在其受力最严重的管段,反应堆运行前已存在一个贯穿裂纹,根据系统寿期内的运行工况,运用J积分撕裂模量汇交方法,求出在综合最恶劣工况(即合成出包络工况)下裂纹的临界长度;通过Paris公式求出该裂纹在交变载荷作用下的稳定扩展量;利用CASTEM2000程序建立力学模型,分别求出包络工况下寿期末裂纹和临界裂纹的张开而积.结果证明,该管道在其寿期内可能出现的最大裂纹张开面积小于(DT)/4(D为管道直径,T为管壁厚).     

核电厂主管道事故工况载荷组合合理性研究

为证明核电厂主管道事故工况下安全停堆地震(SSE)和冷却剂丧失事故(LOCA)载荷组合的合理性,需论证SSE和LOCA不会同时作用在主管道上。采用概率统计学方法分析得到SSE和LOCA事故为不相关事件时,核电厂主管道同时发生SSE和LOCA的概率低于核电厂设计考虑的概率;采用确定性方法分析得到即使主管道上存在可探测的泄漏裂纹,SSE也不是导致LOCA发生的诱导因素。因此,在主管道设计中假设SSE和LOCA不同时发生是合理的;在主管道应力分析中将SSE和LOCA产生的载荷按照平方和平方根的组合方式进行组合是保守的,能够保护公众的健康和安全。     

基于ANSYS程序的反应堆压力容器疲劳裂纹扩展分析方法研究

进行断裂力学分析时,RCC-M规范附录ZG规定了2种方法,其中第一种方法比较简便,易于实现,但结果过于保守,经常不满足限值要求;这时可采用第二种方法进行分析,即进行疲劳裂纹扩展计算分析,但该方法过程繁琐,计算量庞大。本文应用ANSYS程序中的APDL语言编制疲劳裂纹扩展计算程序,并对反应堆压力容器进行疲劳裂纹扩展计算。     

核级不锈钢管座焊接区与母材区疲劳裂纹扩展性能对比研究

焊接接头广泛应用于核电站管座处,而疲劳裂纹扩展是导致焊接接头失效的重要原因之一。因此,研究焊接区材料的疲劳裂纹扩展和寿命预测方法对准确预测焊接接头的寿命具有重要意义。本文以核电厂常用的304L不锈钢焊缝材料为对象,研究不同载荷比、不同取样方向对疲劳裂纹扩展速率的影响;基于试验数据建立焊缝材料的疲劳裂纹扩展速率模型,并与美国机械工程师协会（ASME）标准中奥氏体钢进行对比。结果表明:不同取样方向对焊缝疲劳裂纹扩展速率的影响不大,但载荷比对其有较大影响,较低载荷比下,焊缝的疲劳裂纹扩展速率在某个应力强度因子幅值（?K）前高于母材的疲劳裂纹扩展速率,在其之后则低于母材,而较高载荷比下则恰恰相反。      

LBB泄漏率计算与热力学非平衡效应影响评估

裂纹泄漏率计算是破前漏（LBB）在核电站管道和设备上应用的基础。在Fauske模型基础上,整个裂纹内流体流动假设为等焓过程且充分考虑摩擦效应对裂纹临界泄漏率的影响,利用Mathcad计算得到了管道裂纹两相泄漏率,与已有文献中实验数据进行对比,将其发展成为可准确计算裂纹泄漏率的计算机程序。同时根据两相流动不平衡理论,对模型进行热力学不平衡参数影响修正。结果表明：随裂纹长径比(L/D)增大,两相泄漏率减小;随裂纹入口滞止压力增大,两相泄漏率增大;裂纹入口流体过冷度增大,两相泄漏率增大,数学模型计算结果与实验结果趋势一致,但忽略热力学非平衡效应,数学模型计算得到的临界流量小于实验流量。对于热力学不平衡参数修正后模型,模型计算得到的结果均与实验数据符合很好,故由修正后模型编制的Mathcad程序可完成裂纹泄漏率的准确计算,为LBB在核电站管道上的应用提供基础。     

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。     

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。     

中国先进研究堆主回路进堆管系接管载荷优化

在已完成的中国先进研究堆(CARR)主回路系统进堆管道计算中,换热器管嘴载荷超值,需对支吊架设置进行优化.结合管道布置特点,利用PIPESTRESS软件的强大功能,找到接管载荷超值的主要原因,采用先静载荷后动载荷的方法合理调整支架,经反复对比分析,得到工程可实现的约束方案,使管嘴载荷满足了要求,从而保护了设备,提高了系统安全性能.为保护设备,管嘴附近的承重架应距设备尽可能地远,并应兼顾地震和热胀载荷对支架设置的不同要求,结合管嘴载荷、支架反力及现场安装等因素设置支架.     

中国先进研究堆主回路出堆管接管载荷优化分析

在设备管嘴载荷超值而工况温度又需要提高的情况下,结合系统结构特点,采用先静力工况后动力工况的原则,找到接管载荷超值的主要原因.当温度适当提高后,通过合理调整支架反复对比分析,得到工程可实现的约束方案,使管嘴载荷满足了要求,从而保护了设备,提高了系统安全性能.     

Adsorption and Desorption Behavior of Tritiated Water on the Piping Materials

The behavior of tritium on the surface of various piping materials must be investigated for establishment of the safety confinement technology of tritium or for development of the effective fuel handling technology in a D-T fusion reactor, because tritiated water or gaseous tritium is captured on the piping surface through adsorption or isotope exchange reaction. The present authors carried out the water adsorption and desorption experiments on 304 stainless steel, copper, and aluminum in the temperature range from 5 to 100°C and in the partial pressure range of water vapor between 11.8 and 198Pa using a breakthrough method and quantified the amount of water adsorbed and the overall mass transfer coefficients in adsorption and desorption of water. It was observed in this study that aluminum adsorbed more water than stainless steel or copper. It was also observed that the adsorption and desorption rates of water for three materials showed almost the same values. The breakthrough behavior of tritiated water in a 100 m pipe of stainless steel was also evaluated applying the results of this work. It is concluded that water adsorption and desorption reactions influence the behavior of tritiated water in the piping system under the condition where the partial pressure of tritiated water vapor is lower than several pascals.     

主管道管径对主泵性能的影响分析

针对压水堆核主泵及其2种不同的主管道冷段管径配置方案,将核主泵与主管道组合建立三维模型,采用六面体结构化网格划分并进行了整个流动区域的非定常流动特性数值计算,得出了不同的主管道冷段配置方案下泵内及管道内的非定常压力脉动特性。分析结果表明:增加冷段管径使主泵本身效率降低,但由于相接的冷段管径增大使水力损失降低,整个系统效率提高了1.3%;配置较大管径冷段可以明显降低过渡段的压力脉动幅值;2种冷段管径方案的泵内导叶入口位置和压水室内的压力脉动幅值差别较小,冷段内压力脉动幅值也较小,且均呈现出无周期和无规律特性;配置较大管径冷段会使轴向力脉动幅值略有降低。     

氦回路用风机的特点及与堆用主风机的比较

由于采用了平衡结构、气动轴承，置入式电机，抽气冷却和交直流机组调速等手段，清华大学核研院高压氦气试验回路的二级涡轮式氦气循环风机具有轴向推力小、无油、无动密封、不引入其它介质和调速方便等特点。本文还将这些特点和高温气冷堆－加路氦气风机的技术要求作用比较。     

反应堆主回路设备间辐射屏蔽设计方法述评

比较详细地给出了反应堆主回路设备间γ射线辐射屏蔽设计要求和设计方法，对蒙特卡罗方法和点核积分方法进行了分析和比较.对含有经验参数的点核积分方法和以“几何空间装配方法”为基础的点核积分方法进行了比较深入的分析和比较。     

反应堆冷却剂回路温度计套管流致振动分析

反应堆冷却剂回路温度计套管在流体流动冲刷下的振动主要有两种激励机理：湍流和旋涡脱落,本文计算了G1″和G1″1/4温度计套管的固有频率和旋涡脱落频率．分析了这两种不同尺寸的温度计套管的旋涡脱落锁定,并采用简化的工程方法对温度计套管的流致振动进行了疲劳分析研究．     

压水堆主回路失水事故下水锤与管道结构的相互作用分析

传统的水锤分析和管道动力响应计算是分开的,存在一定的缺陷。本文针对核电站主回路假想双端断裂时系统的受力和力矩分析这一问题,对破裂管道分充体和管道的耦合机制,引入描述流体－管道单元的１４个参数和１４个偏微分方程,利用特征线法对水锤和管道结构的相互耦合作用进行了模拟计算。计算得到了更为准确的水锤波和管道的受力和力矩,其波形和数值均与不考虑耦合作用时有所不同。这些计算结果为压水堆核电站的核安全设计和分析