1、試驗研究蒸發(fā)器傳熱管堵管判據(jù)的研究李思源1,唐毅1,聶勇1,惠虎2,李培寧2(1.核動力運行研究所,湖北武漢430223;2.華東理工大學,上海200237摘要:以傳熱管缺陷的傷深比和當量長度比為參量,利用爆破壓力擬合計算公式和強度條件,導出了含缺陷傳熱管的安全評定判據(jù)和堵管條件,提出了傳熱管在役檢查的驗收判據(jù)和堵管條件。關鍵詞:蒸發(fā)器傳熱管;缺陷;安全評定;驗收判據(jù);堵管條件中圖分類號:T Q051.6;T Q050.2文獻標識碼:A文章編號:1001-4837(200802-0013-05I nvesti ga ti on of Plugg i n g Cr iter i a of Ste

2、am Genera tor Tub i n gL I S i-yuan1,TANG Y i1,N I E Y ong1,HU I Hu2,L I Pe i-n i n g2(1.Research I nstitute of Nuclear Power Operati on,W uhan430223,China;2.East China University ofScience and Technol ogy,Shanghai200237,ChinaAbstract:The safety evaluati on criteria of stea m generat or tubing with

3、defects and the p lugging criteria are derived while using the fit functi on deduced by the burst p ressure and strength criteria;finally,the accep tance criteria and p lugging criteria of steam generat or tubing are p resented according t o the in-service ins pecti on peri od.Key words:stea m gener

4、at or tubing;defect;safety assess ment;accep tance criteria;p lugging criteria符號說明:D0傳熱管外直徑,mmR i傳熱管內(nèi)半徑,mmR傳熱管中半徑,mmL傳熱管缺陷沿管子軸向的長度,mml傳熱管缺陷沿管子軸向的當量長度,mm,l=A/a a傳熱管缺陷的深度,mmA傳熱管缺陷沿管子軸向的最大損傷面積,mm2t傳熱管管壁厚度,mmTs傳熱管在操作溫度T下的屈服強度,MPaTb傳熱管在操作溫度T下的抗拉強度,MPa p B含缺陷傳熱管爆破壓力的計算值,M Pas傳熱管常溫屈服強度,MPab傳熱管常溫抗拉強度,MPap i

5、傳熱管一次側操作壓力,MPap0傳熱管二次側操作壓力,MPaT操作溫度,RSF剩余強度系數(shù)K傳熱管外直徑與內(nèi)直徑的比,K=D0/(D0-2t蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電站的重要設備,為了確保蒸發(fā)器在操作工況下安全運行,對含缺陷傳熱管必須建立安全評定判據(jù)和堵管條件。美國AS ME B&P V標準卷I W B-3521條的蒸汽發(fā)生器傳熱管驗收標準1,規(guī)定允許的缺陷深度不得超過壁厚40%,否則就要堵管。德國針對I ncol oy800 22×1.2規(guī)格傳熱管開展了試驗研究,結果表明缺陷允許的深度可以達到50%2。但這些堵管條件都只考慮缺陷深度的影響,而忽略了缺陷沿管子的軸向長度。這是不全

6、面的,也是很保守的。文獻3以傳熱管缺陷的傷深比和當量長度31比為參量,建立了含缺陷傳熱管爆破壓力擬合公式:p B p B 0=1-1-exp -(1+24-101-(1其中:p B 0=1.1f ln K =0.55(s +b ln K (2(=0.091.29(3.8(=0.2584(>3.8(3文中利用傳熱管爆破壓力擬合公式(1和強度條件,導出了含缺陷傳熱管的安全評定判據(jù);當傳熱管缺陷沿管軸的長度比確定時,給出了缺陷允許的傷深比m (。提出了傳熱管在役檢查的驗收判據(jù)。最后應用評定判據(jù)導出I nconel 690 19.05×1.09和I ncol oy 800 22

7、5;1.2兩種規(guī)格傳熱管缺陷允許的傷深比m (,以及I nconel 690 19.05×1.09規(guī)格傳熱管在役檢查驗收算例。1傳熱管的安全評定1.1傳熱管的安全評定判據(jù)為了敘述方便,令:=-(1+24-101-(4則由式(1得到,直管段含缺陷傳熱管的強度剩余系數(shù):RSF =p B /p B 0=1-(1-e (5蒸汽發(fā)生器在操作工況的正常運行中,傳熱管承受的內(nèi)壓力為p i -p 0,為了確保蒸汽發(fā)生器安全運行,在強度評定中,取傳熱管承受的內(nèi)壓為1.1(p i -p 0,將傳熱管在315下的爆破壓力p B 除以3,作為傳熱管的許用壓力p 。則傳熱管的強度條件為:1.1(p i -p

8、0p =p B /3(6將式(5代入式(6右端的p B ,并應用式(2得到:3.3(p i -p 01-(1-e p B 00.551-(1-e (s +b ln K3.3(p i -p 0因此,當傳熱管的缺陷尺寸滿足不等式:(1-e 1-6(p i -p 0/(s +b ln K 時,該傳熱管在操作工況中正常運行是安全的。另一方面,無缺陷傳熱管的塑性屈服壓力p so 可用下式計算:p s 0=s0.9ln K(7含缺陷傳熱管的塑性屈服壓力p s 采用p s =RSF ×p s 0計算,再代入式(5和(7得到:p s =1-(1-e s 0.9ln K(8在蒸汽發(fā)生器的起/停堆階段,

9、傳熱管承受的最大內(nèi)壓為p i ,由于起/停堆的時間很短,傳熱管允許的最大薄膜應力可以達到0.9s 。將它近似地換算成傳熱管承受的內(nèi)壓力時,其允許的最大壓力可以達到0.9p s 。因此,含缺陷傳熱管的強度條件為:p i <0.9p s =1-(1-e s ln K 當缺陷尺寸滿足不等式(9時,該傳熱管在操作工況的起/停堆階段是允許的。(1-e 1-p i /(s ln K (9設:q =max 6(p i -p 0/(s +b ,p i /s /ln K (10f (,=1-exp -(1+24-101-1+q(11由于函數(shù)1-e 隨著l 的增加而增大,因此,綜合式(6,(9和(10得到含

10、缺陷傳熱管的評定判據(jù):判據(jù)1:對R ×t 傳熱管的缺陷尺寸=a /t 和=l/R t:(1若f (,<0,則該傳熱管在操作工況下運行是安全的;(2若f (,0,則該傳熱管要堵管。1.2傳熱管缺陷允許的傷深比m (含缺陷傳熱管的安全評定判據(jù)1是以傷深比=a /t 和缺陷沿軸向的當量長度比=l/R t 作為評定參數(shù)。對在役傳熱管的缺陷部位,利用傳熱管材料在操作溫度下的s 和b 由式(10計算得q ;又當=1=l 1/R t 確定時,式(11的f (,1只是的函數(shù)。而方程f (,1=0的解m (1就是該傳熱管缺陷的當量長度比1=l 1/R t 時所允許的缺陷傷深比。采用迭代法求方程f

11、 (,1=0的解m(1,取初始值0=0.5,經(jīng)過計算簡化后得到:1=0.50.5+(1-q 141CP VT 蒸發(fā)器傳熱管堵管判據(jù)的研究Vol251No22008-exp (-1.5896(1-1(12再用i 計算i +1(i =1,2,:i +1=0.5i +(1-q 1-exp (-(1×1+24i -10i 1-i-1(13當i =j ,且|j -j +1|0.005時,則m (1=m in j ,j +12傳熱管在役檢查的驗收條件傳熱管失效主要是由機械磨損和局部腐蝕導致其承載能力降低引起的。機械磨損包括U 型彎頭處防振條微振磨損、支撐板處的松動磨損和凹痕等;局部腐蝕包括淤渣堆

12、積區(qū)里的耗蝕、點蝕和其它腐蝕等。一般,防振條微振磨損沿管軸的長度等于防振條的寬度,支撐板處的松動磨損沿管軸的長度等于支撐板的厚度。這些損傷缺陷沿傳熱管管軸的長度L 基本不變。淤渣堆積區(qū)的耗蝕所產(chǎn)生的缺陷沿管軸的長度L 一般等于淤渣堆積的高度。在運行時間相同的各個周期中,長度L 也大致相同。防振條微振磨損和支撐板處松動磨損,使傳熱管磨損面的面積隨著運行時間的增加而擴大,但它們在相同工序中的振幅和頻率是基本相同的。因此缺陷傷深比的月平均增長率在往后的運行周期中一般不會增加。由于淤渣堆積區(qū)的耗蝕使管壁均勻減薄,因此耗蝕傷深比的月平均增長率在各運行周期中基本不變。綜上所述,機械磨損和耗蝕所產(chǎn)生的缺陷沿

13、管軸的長度L 在各運行周期中基本不變,缺陷傷深比的月平均增長率一般不會增加。設傳熱管在第k -1次(k =1,2,在役檢查中檢出一缺陷的尺寸為k -1,L k -1,該缺陷在第k 次在役檢查中檢出的尺寸為k ,L k ;第k -1次到第k 次檢查的周期為m k 個月,并規(guī)定m k +1個月后進行第k +1次在役檢查。當k =1,傳熱管首次在役檢查,則k -1=0,取0=0,對機械磨損和耗蝕缺陷,取L 0=L 1;對其它腐蝕取L 0=0。由上面的分析和數(shù)據(jù)得到:(1該缺陷沿軸向的長度在m k 個月內(nèi)的月平均增長率為:L /m =(L k -L k -1/m k(14對機械磨損和淤渣區(qū)的耗蝕所產(chǎn)生

14、的缺陷有L k L k -1。因此可以取式(14作為未來m k +1個月內(nèi)該缺陷長度的月平均增長率。對其它腐蝕缺陷,它們沿管軸的最大損傷形狀一般近似于半橢圓形,在RSF 計算中,當軸向長度為L 時,其當量長度l =0.78L 。在未來m k +1個月內(nèi),雖然這類缺陷沿管軸長度的月平均增長率沒有參考數(shù)據(jù),但也可以近似地采用式(14,而m k +1個月后該缺陷的當量長度l k +1取L k +1的預測值。因此,在m k +1個月內(nèi)缺陷長度的增量為m k +1L /m ,利用式(14得到,在m k +1個月后該缺陷沿管軸長度的預測值為:L k +1=L k +m k L /m=L k +(L k -

15、L k -1m k +1/m k(15根據(jù)1.2節(jié)的方法,取=k +1=L k +1/R t,利用迭代式(12和(13,求出該缺陷允許的傷深比m (k +1。(2該缺陷的傷深比在m k 個月內(nèi)的月平均增長率/m 為(k -k -1/m k 。在未來m k +1個月內(nèi),由機械磨損和淤渣區(qū)的耗蝕所產(chǎn)生的缺陷傷深比都可以用它計算。為了確保蒸汽發(fā)生器安全運行,一律取:/m =1.2(k -k -1/m k 將其作為未來m k +1個月內(nèi)缺陷傷深比的月平均增長率。因此,該缺陷在m k +1個月后缺陷傷深比的預測值為:k +1=k +m k +1/m=k +1.2(k -k -1m k +1/m k(16

16、保證含缺陷傳熱管安全使用m k +1個月的條件為k +1m (k +1,即:k +1.2(k -k -1m k +1/m k m (k +1由此得到該傳熱管缺陷在第k 次在役檢查中的驗收條件為:k m (k +1+1.2k -1m k +1/m k 1+1.2m k +1/m k若m k +1=m k ,則該傳熱管缺陷第k 次在役檢查中的驗收條件為:k m (k +1+1.2k -1/2.2綜上所述得到:判據(jù)2:已知傳熱管在第k -1次和第k 次在役檢查中檢出同一缺陷的尺寸分別為k -1,L k -1和k ,L k ;這兩次檢查的周期為m k 個月,并規(guī)定m k +1個月后進行第k +1次檢查

17、。對參數(shù)k +1(見式(17和式(11,求得方程f (,k +1=0的解為m (k +1。k +1=L k +(L k -L k -1m k +1/m k /R t (1751第25卷第2期壓力容器總第183期m k=m (k +1+1.2k -1m k +1/m k 1+1.2m k +1/m k(18(1若k m k ,則該傳熱管運行m k +1個月是安全的;(2若k >m k ,則該傳熱管要堵管。3應用3.1I nconel 690 19.05×1.09規(guī)格傳熱管允許的傷深比蒸汽發(fā)生器的操作工況為:p i =15.5MPa ,p 0=6.89MPa ,T =327。傳熱管

18、的外直徑D 0=19.05mm ,壁厚t =1.09mm ,材質為I nconel 690。在T =327下,327s 242MPa ,327b 552MPa4。將上面的參數(shù)代入式(10計算得q =0.5354。將q 值代入式(12和(13,對應于=l/3.1286計算得允許的傷深比m (列于表1。3.2I ncol oy 800 22×1.2規(guī)格傳熱管允許的傷深比蒸汽發(fā)生器的操作工況為:p i =15.2MPa ,p 0=6.58MPa ,T =315。傳熱管的外直徑D 0=22mm ,壁厚t =1.2mm ,材質為I nconel 800。在T =327下,327s 214MPa

19、 ,327b 552MPa 4。將上面的參數(shù)代入式(10計算得q =0.61465。將q 值代入式(12和(13,由于R t =3.5327mm ,對應于=l/3.5327計算得允許的傷深比m (見表2。表1I nconel 690 19.05×1.09規(guī)格傳熱管對應于的允許傷深比m (參數(shù)數(shù)值=l/R t0.7170.6610.6420.6270.6150.6040.5950.5870.539表2I ncol oy 800 22×1.2規(guī)格傳熱管對應于的允許傷深比m (參數(shù)數(shù)值=l/R t34567810203.6l (mm 0.6610.6000.5800.5600.5

20、500.5380.5200.4680.6153.3I nconel 690 19.05×1.09規(guī)格傳熱管的在役檢查驗收條件蒸汽發(fā)生器的操作工況同3.1節(jié)。設傳熱管在役檢查的周期為18個月。(1第1次在役檢查驗收條件傳熱管投產(chǎn)18個月后進行第1次在役檢查,并檢出防振條處傳熱管磨損缺陷的傷深比1=a /t =0.25,缺陷沿管軸的長度L 1=9mm 。按規(guī)定取0=0,L 0=9mm ,計算得R T =3.1286mm ,=l/R t =L 1/R t =2.88。將3.1節(jié)中的q =0.535代入式(12和(13計算得該缺陷允許的傷深比m (2.88=0.726,由式(18計算得第1次

21、在役檢查允許的傷深比m 1=0.33。由于1=0.25<0.33=m 1,因此由判據(jù)2得到:該傳熱管再運行一個周期是安全的。(2第2次在役檢查驗收條件蒸汽發(fā)生器運行第2個周期后,傳熱管進行第2次在役檢查,查出(1中傳熱管缺陷沿管軸的長度L 2=10mm ,缺陷的傷深比為2。將相關參數(shù)代入式(17計算得:=L 2+(L 2-L 1m 3/m 2R t =3.516并由式(12和(13計算得該缺陷允許的傷深比m (3.5=0.6835。由于1=0.25,因此由式(18計算得第2次在役檢查允許的傷深比m 2=0.44。從而由判據(jù)2得到:1若20.44,則該傳熱管再運行1個周期是安全的;2若2&

22、gt;0.44,則該傳熱管必須堵管。4結論根據(jù)傳熱管的操作工況和材料性能數(shù)據(jù),由式(10計算出q 后得到:(1安全評定判據(jù)若R ×t 傳熱管的缺陷尺寸和=l/R t 使得61CP VT 蒸發(fā)器傳熱管堵管判據(jù)的研究Vol251No22008f(,=1-exp-(1+24-101-1+q<0,則該傳熱管在操作工況下運行是安全的;反之該傳熱管要堵管。(2在役檢查驗收判據(jù)若相鄰兩次在役檢查檢出傳熱管同一缺陷的尺寸分別為k-1,L k-1和k,L k。這兩次檢查的周期為m k個月,并規(guī)定m k+1個月后進行第k+1次檢查。又對k+1=Lk+(Lk-Lk-1mk+1/m k/R t,方程f

23、(,k+1=0的解為m(k+1。若:k m(k+1+1.2k-1m k+1/m k1+1.2mk+1/m k則該傳熱管在操作工況下運行mk+1個月是安全的;反之該傳熱管要堵管。參考文獻:1AS ME鍋爐及壓力容器規(guī)范(第卷S.2001.Tube Cracks at Da mp ierre1E DF P WR Plant I m pact onPlant SafetyM.Structural M echanics in React or Tech2nol ogy,1987.395-411.3李思源,唐毅,聶勇,等.蒸發(fā)器含缺陷傳熱管爆破壓力的計算J.壓力容器,2007,24(12:1-7.4AS

24、 ME鍋爐及壓力容器規(guī)范(第卷S.2001.收稿日期:2007-11-07修稿日期:2008-01-07簡訊第十三屆北京埃森焊接與切割展覽會籌備進展由中國機械工程學會及其焊接分會、中國焊接協(xié)會、中國電器工業(yè)協(xié)會電焊機分會、德國焊接學會和德國埃森展覽公司共同主辦的第十三屆北京埃森焊接與切割展覽會將于2008年5月1417日在北京中國國際展覽中心舉辦。2008年北京埃森展招展工作的重點是增加展商的國際性,確保知名展商參展及高水平設備的展出。截止到2008年1月中旬,展覽會已有來自20個國家和地區(qū)的800多家企業(yè)報名參展,共預訂展臺凈面積達25038平方米,折合標準展臺2782個,分布于國展1號館一

25、、二、三層以及2-10號館,展出面積61000平方米,比2007年增加30%。在國際館,德國展團和歐洲展團共預定了999m2的展臺面積,美國展團預定了216m2,韓國展團預定了540m2。此外,現(xiàn)代、ABB、發(fā)那科、KI S W E L、S AF、Kuba、Ther madyne、Ne2 der man、海寶、肯比、福祿、T OX等知名公司共預定了1779m2。國內(nèi)部分,唐山展團(包括松下公司、神鋼集團、小池酸素和開元電器預定了整個3號館,展臺面積近2000m2;林肯公司、伊薩公司、歐地希、凱爾達、天泰焊材、阿比泰克、北京時代分別預定396m2;上海滬工、佳士科技、瑞凌實業(yè)分別預定288m2;上海華威預定252m2