快堆高温钠管道蠕变-疲劳交互作用分析

2017-11-20胡丽娜

科技与创新 2017年22期

关键词：不锈钢弹性高温

胡丽娜,刘佳

(中国原子能科学研究院,北京 102413)

快堆高温钠管道蠕变-疲劳交互作用分析

胡丽娜,刘佳

(中国原子能科学研究院,北京 102413)

CEFR(中国实验快堆)中运行的管道承受着反复的热载荷和机械载荷,存在高温蠕变-疲劳损伤问题.介绍了多种材料蠕变-疲劳寿命预测模型,之后依据ASME规范的双线性累积损伤法,以CEFR的一段管道为例,计算了该管道的蠕变-疲劳损伤.通过计算,掌握相应的研究方法,为示范快堆的管道系统设计打下坚实的基础.

管道;蠕变-疲劳损伤;双线性累计损伤;ASME规范

CEFR的主回路冷却系统和事故余热排除系统中部分管道的工作温度超过516℃,超过材料的蠕变温度427℃,反应堆的设计寿期为30年,在运行中管道承受着反复的热载荷和机械载荷,存在高温疲劳-蠕变损伤问题.

1 线性累积损伤方法

表1 疲劳损伤的总应变

表2 304不锈钢疲劳设计的总应变范围

2 实例分析

本文以CEFR的事故排放系统中的一段管道为例,分析整个寿期内的疲劳-蠕变交互作用的损伤是否满足ASME规范.CEFR分析中选取高温态,工作温度为510℃,压力为0.8 MPa,整个寿期高温工作总时间为3.04X105.热态启动温度为250~510℃,次数为60次;额定功率运行温度510℃,持续时间1 920 h,循环次数为100 000次.

2.1 蠕变-疲劳计算

应满足T-1320或T-1330的弹性棘轮规则XY≤1,如果满足这个条件则不会发生塑性棘轮;应满足△(QR+PL)max≤3S'm,如果满足这个条件,则不会发生交替塑性.计算得到X=0.096,Y=0.8,综上所述,该管道满足ASME NH分卷中关于弹性分析进行的蠕变-疲劳损伤寿命的计算条件.

2.2 疲劳损伤计算

疲劳损伤的总应变范围εt=KV△εmod+K△εc,总应变数值见表1.根据表2中304不锈钢疲劳设计的总应变范围,保守计算取N=106,循环次数为60次,疲劳损伤系数为6e-4.

2.3 蠕变损伤计算

蠕变损伤计算在弹性的基础上,确定松弛历史,再计算蠕变损伤,步骤为:①起始应力计算Sj的确定.根据高温状态的热拉伸曲线,由εt确定蠕变的初始应力Sj=99.26 MPa.②根据等时应力-应变曲线确定Sr.根据304材料的等时应力-应变曲线,得到蠕变应力松弛曲线.③确定时间间隔△t和许用时间宽度Td,表3列出了蠕变损伤因子的计算值.根据表3可知单次循环总蠕变损伤为,循环60次,总蠕变损伤为0.306.该管道蠕变-疲劳的总损伤系数未超过ASME中304不锈钢的蠕变-损伤设计曲线.