一种核电立式容器裙座的强度计算方法

吴瑞

摘 要：关于核电立式容器裙座的强度计算方法有很多，本文基于Maan H. Jawad和James R. Farr编著的《Structural Analysis and Design of Process Equipment》中有关裙座计算的方法，对一简单立式容器的裙座进行了强度校核。

关键词：核电；立式容器；裙座；强度计算

中图分类号：TG053 文献标识码：A

在核电领域，由裙座支承的立式容器随处可见。裙座强度计算的方法有很多，在Maan H. Jawad和James R. Farr编著的《Structural Analysis and Design of Process Equipment》一书中阐述了一种裙座的设计计算方法，该方法思路清晰明确，适用性也比较强。本文针对一个模拟的立式容器设备，按照该方法进行了裙座的校核计算。

进行裙座模拟强度计算的立式容器如图1所示。

该容器按照ASME标准（2015版）第Ⅲ卷NB分卷进行设计，设计压力为1.8MPa，不考虑外压的影响，设计温度为80℃。

在载荷方面，除了设计温度和设计压力外，该立式容器受到的载荷还包括接管载荷、设备静载和地震载荷。此外，在容器设计时不考虑温度效应、风载、雪载等。

在校核计算中需要用到的设计输入参数见表1。

在分析、计算过程中，本文采用了《Structural Analysis and Design of Process Equipment》中的设计方法，具体过程如下。

1.压应力校核计算

根据书中的公式12.2，可以计算出重量载荷在裙座底部截面的轴向压应力为：

裙座筒體的许用应力强度应按照NB-3133.6确定，其设计最大许用应力应取下列两项（a和b）的较小值。

（a）ASME第Ⅱ卷D篇第1分篇表2A或表2B所列的在设计温度下裙座筒体材料，即SA-516M Gr.485材料的Sm值；

（b）由ASME第Ⅱ卷D篇第3分篇图CS-2确定的系数B的取值。

对于SA-516M Gr.485材料，查ASME第Ⅱ卷D篇第1分篇表2A可以得到在设计温度80℃下，裙座筒体材料的Sm值为161MPa。

关于系数B，其确定方法可按照下列步骤进行：

（1）确定系数A。A=0.125/（Ri·t） =0.0039。

（2）对于SA-516M Gr.485材料，查ASME第Ⅱ卷D篇第3分篇图CS-2来确定B的数值，得到B=118MPa。

所以，裙座筒体的最大许用应力：min{B，Sm}=118MPa。

然后，对轴向压应力进行评定，评定按照NF-3221.2 和 NF-3522（b）进行。

A级： |σ|=1.438<1.0Sm=161MPa；

B级： |σ|=1.438<1.33Sm=214.13MPa；

并且，|σ|=1.438<（2/3）B=78.67MPa，校核合格。

2.地脚螺栓设计计算

由于计算值为负值，说明地脚螺栓在固定时只起到定位的作用。

3.裙座与底封头连接强度计算

（1）焊缝强度计算

本文中，许用焊缝厚度的计算公式来源于《Pressure Vessel Handbook》，具体公式为：

E：裙座和底封头之间的焊接接头系数，取0.6；

S：裙座或底封头在设计温度下材料应力强度值的较小值，S值取161MPa；

MT：焊缝处受到的力矩，其中A是立式容器重心至裙座与底封头之间焊缝的竖直距离，取569.1mm。

由于裙座筒体的壁厚为25mm，一般来说裙座与底封头之间焊缝厚度应十分接近25mm，因此，焊缝能够承受轴向的重量载荷，校核合格。

（2）焊缝的剪应力校核

考虑焊缝的位置，剪应力的计算与评定根据NB-3227.2进行。

16.44MPa<0.6Sm=96.6MPa，校核合格。

本文基于《Structural Analysis and Design of Process Equi-

pment》中的内容，介绍了一种核电容器裙座的强度计算方法，该方法的计算结果比较准确，校核计算思路清晰，具有较强的说服力和适应性，是一种值得推广的核电压力容器设计计算方法。

参考文献

[1] M.H.杰沃德，J. R.法尔.结构分析与过程设备设计[M].约翰威利世家出版社，1983：423.

[2] E.F.麦格耶西.压力容器手册（12版）[M].压力容器出版社，2001：79.endprint