核电站取消阻尼器支架的优化设计研究

武晓航　杨鑫焱

【摘 要】阻尼器支架是关系到核电厂管道设备安全运行的重要支吊架类型，阻尼器的结构复杂，成本很高，随着抗震设计规范的升版，反应谱法有了进一步的优化。论文以某核电厂安全注入系统的管道力学计算为例，介绍通过应用不同的反应谱计算方法，对管道系统进行应力分析，并对阻尼器支架的设置进行优化设计，计算结果表明，通过使用新版RG1.61规范的计算方法，能够取消部分阻尼器支架。

【Abstract】Damper support is an important support hanger type for nuclear power plant pipeline equipment safety operation. The structure of damper is complex， and the cost is very high. With the upgrade of seismic design standard， the response spectrum method has been further optimized. This paper takes the pipeline mechanics calculation of a nuclear power plant safety injection system as an example， the stress analysis of the pipeline system is carried out by applying different response spectrum calculation methods， and the optimal design of the damper support is carried out. The calculation results show that： by using the new version of the RG1.61 standard calculation method， some damper brackets can be cancelled.

【关键词】阻尼器；抗震；反应谱

【Keywords】damper； anti-seismic； response spectrum

【中图分类号】TM11 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0167-02

1 引言

阻尼器是关系到核电管道设备安全的重要支吊架类型。其主要功能是防止管道和设备在受到地震及其他偶然性动态载荷时被动态载荷破壞，在由于温度效应引起的管道位移下，阻尼器支架不发生作用，当发生地震、管道破裂、安全阀开启、水锤等工况时，阻尼器支架作为刚性约束保护管道或设备的安全。

阻尼器根据结构形式可以分为机型阻尼器和液压阻尼器，由于其结构复杂，用于核电厂使用的阻尼器对其结构的可靠性有很高的要求，需要进行后期维护，因此十分昂贵，在电站的初步设计中，为考虑成本，尽量调整通过管道或者支吊架的布置保证管道系统和设备的安全，减少不必要的阻尼器的使用。

2 反应谱法

在管道的抗震计算中，一般有等效静力法，反应谱法和时程分析法[1]。等效静力法适用于刚性部件，其固有频率要高于截断频率；时程分析法能够准确模拟结构的动态效应，多用于复杂结构以及一些需要考虑非线性问题的结构，计算耗时长，对计算机要求较高。反应谱法方法简单，是核电管道系统及设备抗震计算的主要计算方法。

对于多自由度系统的地震效应，通过振型叠加的方法，先得到各个振型的响应，再通过组合方法得到叠加的总的效应。

3 核电管道计算模型

安全注入系统属于核电站专设安全设施，在发生事故时提供堆芯应急冷却，该段管道位于反应堆安全壳外部，与贯穿件相连。

该段管系中设置有4个阻尼器，其中431点跟433点处阻尼器（编号为SNU.607）为并列阻尼，阻尼器的刚度均为3120N/mm；其余260点（编号为SNU.614）和75点（编号为SNU.608）的刚度为12500 N/mm。

4 抗震计算分析

采用反应谱法对该段管道进行抗震计算，首先需要选择合适的反应谱。核电项目中，根据上游结构专业提供的不同筏基，不同标高的反应谱，计算人员需要根据管道所在位置和管道系统支撑处的标高选择正确的反应谱。如果管道位于同一筏基上，选择该筏基上的楼层反应谱，管道处于不同筏基上，则需要使用不同筏基反应谱的包络值。本例中计算管道跨越反应堆安全壳和电气厂房，管道最高处标高为-1.2m，因此选择反应堆安全壳-0.59m和电气厂房0m标高的反应谱，以下通过3种不同的反应谱方案进行计算。

4.1 使用阻尼比2%的反应谱

计算采用阻尼比为2%的反应堆安全壳-0.59m和电气厂房0m标高的反应谱的包络谱。

4.2 使用阻尼比3%和4%的反应谱

根据RG1.61（2007版）的规定[2]，在管道进行时程分析法，反应谱法，及等效静力法进行抗震计算时，可以使用3%（OBE地震）和4%（SSE地震）。

4.3 使用变阻尼谱

根据RG1.61（2007版）的规定，可以使用变阻尼谱进行管道的抗震计算，变阻尼谱指低频阶段（0～10HZ）使用5%阻尼的反应谱，高频阶段（20HZ以上）使用2%阻尼的反应谱，中间频率可通过2%和5%阻尼的反应谱插值得到，使用3.2或者3.3节的阻尼比的反应谱，能够明显降低阻尼器支架的载荷，在使用3.2节使用3%（4%）阻尼比或者使用3.3节变阻尼比反应谱时，可以取消编号为SNU.607（1）和SNU.607（2）两个阻尼器支架，取消后剩余两个阻尼器支架的载荷相比使用2%阻尼比的反应谱计算载荷并无增大。因此，在今后次段管道设计时，可以取消上述的2个阻尼器。

5 结语

当前抗震计算的相关规范中，管道计算有着很大的保守性，随着如RG 1.61等规范升版，使用最新的规范的要求进行核电管道的抗震计算，在能够满足安全性要求的前提下，可以对管道和支吊架的布置进行合理的优化设计，获得较好的经济效益。

【参考文献】

【1】臧晶晶.核电厂管道系统抗震分析[D].北京：中国石油大学，2013.

【2】U.S.NUCLEAR REGULATORY COMMISSION REGULATORY GUIDE 1.61，2007，Rev.1[S].