核电厂稳压器下封头电加热元件安装区开孔补强计算

鲁佳　李焕鸣　邓丰　李冬慧　胡彧　田雅婧

【摘 要】压水堆核电厂稳压器下封头通常需要开70-90个布置较为密集的电加热元件安装孔。本文采用RCC-M和Н-ППУ-01两种压水堆核能设备强度计算标准对某核电工程稳压器下封头电加热元件安装区进行补强计算。经计算，采用两种标准对下封头电加热元件安装区域开孔补强计算均满足相应标准要求。

【关键词】稳压器；开孔补强；多开孔；RCC-M

中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）04-0137-002

Nuclear power plant voltage regulator under the head of electric heating elements Installation area opening reinforcement calculation

LU Jia LI Huan-ming DENG Feng LI Dong-hui HU Yu TIAN Ya-jing

（Key Laboratory of Nuclear Reactor System Design Technology， Chengdu 610000， China）

【Abstract】The pressure head of PWR nuclear power plant usually needs to open 70-90 electric heating element mounting holes which are more densely arranged. In this paper， RCC-M and Н-ППУ-01 two kinds of pressurized water reactor nuclear equipment strength calculation standard of a nuclear power project under the header heating element mounting area reinforcement calculation. After calculation， two kinds of standards are used to meet the corresponding standard requirements for the reinforcement calculation of openings in the installation area of the lower header electric heating element.

【Key words】Regulator； Open hole reinforcement； More openings； RCC-M

0 引言

稳压器是压水堆核电厂反应堆冷却剂系统的主要设备之一。功能是通过稳压器内的喷雾头和电加热元件联合配合来补偿一回路冷却水温度变化引起回路水容积的变化或调节一回路冷却剂的工作压力，以防止一回路系统设备由于压力过高而损坏或由于压力过低造成堆内冷却剂产生容积沸腾而引起燃料棒过热烧毁的事故[1]。

稳压器下封头上垂直安装着70～90根电加热元件，安装方式是电加热元件套管垂直冷装在下封头的电加热元件孔中，电加热元件与电加热元件套管焊接。因此，稳压器下封头通常需要垂直开70～90个贯穿孔，并且这些孔在下封头较为密集布置。稳压器作为核一级设备，各部分基本尺寸的初步确定基于可靠的强度计算。目前，国内核一级设备设计一般是基于压水堆核岛机械设备设计和建造规则[2]（RCC-M）和ASME[3]第III卷，而RCC-M和ASME第III卷标准对于核一级设备开孔补强计算基本相同。俄罗斯原子能部制定的壓水堆船用核蒸汽发生装置管道和设备强度计算标准[4]（Н-ППУ-01）同样可用于压水堆核设备的补强计算。本文采用RCC-M、Н-ППУ-01标准对某核电工程稳压器下封头电加热元件安装区进行强度计算，研究它们关于电加热元件区域的补强计算。

1 结构参数

设计压力，p=17.13MPa

电加热元件安装孔直径，d=32mm；

下封头内径，R=1195mm；

下封头计算壁厚，δ=59mm；

下封头名义壁厚，T=90mm；

附加余量，C=0mm；

设计温度下材料许用应力值，[σ]=183MPa；

各电加热元件安装孔示意图如图1所示。

2 强度计算

2.1 按RCC-M标准计算

根据RCC-M B3332的规定，凸形封头上开孔不需补强须同时满足RCC-M B3332.1中的a）、b）、c）三个条件。对于该结构的电加热元件安装孔，距离最近的两个孔之见的中心距为109.30mm，因此在直径为2.5（820mm）内，开孔个数多于2，并且不满足开孔直径之和不超过0.25（82mm）。因此，下封头电加热元件安装区域的开孔至少不满足RCC-M B3332.1 a）的要求，需要进行补强计算。以下分别按照单个开孔和多个开孔的补强计算：

2.1.1 单个开孔进行开孔补强计算

开孔所需要的补强总面积，Ar=dδF；

沿下封头表面的补强圆柱半径界限，LA=max（d，+T+tn）；

2/3补强面积应位于补强圆柱半径极限，

LA，2/3=max（+0.5，++）；

实际补强面积，A=2（LA-）（T-δ）；

其中，F为补强修正系数，按RCC-M要求，此处F=1；tn为接管名义壁厚，此结构中为0。

经计算，Ar=1888mm2，LA=106mm，LA，2/3=180mm，A=5580mm2。计算结果表面，Ar

2.1.2 多个开孔进行补强计算

RCC-M ZA400 f）要求一个开孔补强面积不能作为另一个开孔的补强面积。由电加热元件安装孔在下封头上分布情况（即各开孔之间的间距，见图1）可知，相邻开孔最小间距dN=109.3mm。而单个开孔补强计算的补强圆柱半径界限LA=106mm，显然2LA=212mm>dN，所以相邻开孔的补强限制均互相重叠。因此，考虑相邻开孔所需的最小补强边界。

最小补强边界通过开孔所需的最小补强面积来确定，即，最小补强边界，

L=+

经计算，L=46.5mm，显然2L=93mm

2.2 按Н-ППУ-01标准计算

根据Н-ППУ-01 4.3節规定，对于中间表面上该孔的边缘和最邻近孔的边缘的距离大于LB=2的开孔认定为单个开孔。对于该结构的电加热元件安装孔，LB=945mm，距离最近的两个孔之见的中心距为109.30mm，小于单个开孔限值，因此，该孔为非单个开孔，需进行多孔联合补强计算。以下分别按照单个开孔和多个开孔的补强计算。

2.2.1 单个开孔是壳体强度降低

根据Н-ППУ-01 4.3.1.4节规定，封头上单个未补强孔的最大允许直径，

d0=-1.75；

壳体强度降低的系数，φd=；

其中，φ0=·，m=4，m=1。经计算φ0=0.645，d0=638.5mm，φd=1.100（按规范取1）。因d=32mm远小于d0，单个开孔补强计算满足规范要求。

2.2.2 多个开孔的壳体强度降低

根据Н-ППУ-01 4.3.2.3节规定，不考虑壳体厚度加厚作补强时，壳体上任何方向上多开孔的强度降低系数，

φd=

其中L为孔间距。取相邻开孔最小间距dN=109.3mm，即L=dN=109.3mm，φd=0.707，φd<1，说明需考虑壳体厚度加厚作补强。由4.3.1.6节可知，孔周围壳体的加固应当在确定加固面积时作堆焊层考虑，加固面积

An=2

其中加固厚度Sn=S-δ=31mm，An=17191mm2。此时由4.3.2.13计算得到补强后强度降低系数

φ=+φ

经计算φ=1.2365，即φ>1，多个开孔补强计算满足规范要求。

3 总结

本文采用RCC-M和Н-ППУ-01两种压水堆核能设备设计强度计算标准对某压水堆核电工程稳压器下封头电加热元件安装区进行补强计算。RCC-M标准基于等面积补强法利用下封头厚壁对开孔区域进行补强计算，Н-ППУ-01标准基于开孔壳体强度降低系数计算对开孔区域补强计算。经计算，采用两种标准对下封头电加热元件安装区域开孔补强计算均满足相应标准要求。

【参考文献】

[1]聂春福.压水堆蒸汽式稳压器[J].核动力工程，1987，8（3）：24-34.

[2]压水堆核岛机械设备设计和建造规则（RCC-M）[S].2007版.

[3]锅炉及压力容器规范第III卷核动力装置设备（ASME）[S].2004版.

[4]管道和设备元件强度标准（Н-ППУ-01）[S].2002版.