1T/CNEAXXXX—XXXX核電廠常規島管網振動疲勞管理導則本文件用于指導核電廠常規島管網疲勞管理，包括疲勞風險評估方法、高風險管道振動疲勞測試和評估要求、管道振動治理措施、高風險管道的定期監督要求等。本文件適用于壓水堆核電廠常規島管網疲勞管理，其他堆型機組的管網可參照實施。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。NB/T25081-2018核電站管道系統振動測試與評估NB/T20612-2021核電廠小支管振動測試與評估T/CNEA***核電廠管道振動測試規程第2部分：非核級管道3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1流動誘導湍流flowinducedturbulence管道閥門、彎頭、三通、變徑等流動不連續位置產生的不穩定流動。3.2機械激勵mechanicalexcitation旋轉或往復設備振動對所連接管道產生的激勵。3.3脈動pulsation管道內部流體的聲學駐波激勵。2T/CNEAXXXX—XXXX3.4高頻聲激勵high-frequencyacousticexcitation減壓裝置（如泄壓閥、調節閥或節流孔板）中高速流體沖擊管壁產生的高頻激勵，常引起噪聲和管壁彎曲振動。3.5空化cavitation當流體中存在足夠的局部壓降時（例如離心泵、閥門、孔板），液體內部形成氣泡并坍塌，產生非常高的局部壓力。3.6閃蒸flashing當流體中存在足夠的局部壓降（例如離心泵、閥門、孔板）或兩種流體類型混合，當流體壓力小于流體的飽和蒸汽壓力時，流體會突然從液體變為蒸汽狀態，這一過程稱為閃蒸。3.7閥門快速操作引起的水錘water-hammerduetorapidvalveoperation由于（流體）速度突變（管道系統中，閥門的突然關閉或開啟）、流體柱運動的突然開始或停止導致的沖擊。3.8小支管smallborepipe公稱直徑小于等于50mm的管道。4符號下列符號適用于本文本。符號說明單位c聲速m/sDext母管外徑mmDint母管內徑mmdint支管內徑mmdext支管外徑mmDtw直線型熱電偶套管的外徑mmD1熱電偶套管底座外徑mmD2熱電偶套管尖端外徑mmdtw熱電偶套管內孔直徑mm3T/CNEAXXXX—XXXXEml母管材料的彈性模量PaEtw熱電偶套管材料的楊氏模量Pa結構固有頻率HzFv流致振動系數無量綱FVF流體粘度影響系數無量綱K流體體積模量PaLtw從支撐點到熱電偶套管尖端的長度m階梯型熱電偶套管上最大直徑部分的長度mL2階梯型熱電偶套管上較小直徑部分的長度mLdis振源或聲源與焊接不連續位置之間的距離mLbranc?側支管長度mLspan管道上兩個支架之間的最大跨度mLup閥門到下一個重要直徑變化處之間的管道長度mMw氣體分子量g/molP靜態壓降PaP1減壓裝置上游壓力PaP2減壓裝置下游壓力PaPs?ut?in零流量時泵的壓頭PaPV蒸汽壓力PaR通用氣體常數=8314J/K.kmol雷諾數無量綱T母管壁厚mmt支管壁厚mmTe絕對溫度KW質量流量Kg/sγ比熱比=(Cp/Cv)無量綱ρ密度kg/m3v管道內介質的速度m/sμgas氣體動態粘度Pa.ss總體要求通過定性分析，篩選確定需要進行振動疲勞管理的管道系統范圍。對每個系統中的管道進行定量的振動疲勞失效可能性計算，確定高風險管道范圍。對高風險管道進行振動測試和評估，根據振動量級進行管理分級。對于存在振動疲勞失效風險的管道，應進行減振治理。4T/CNEAXXXX—XXXX6管網振動疲勞分級管理6.1管道系統范圍的確定進行管網振動疲勞分級之前，首先確定需要進行振動疲勞管理的管道系統范圍。重點考慮與機組安全或可靠性相關的系統。管道系統范圍的確定基于定性分析的方法進行，按照表1給出的9項要素分別進行判斷，失效可能性分為：低、中、高三類。每項要素的失效可能性為“低”的，定性評估分值為0，該項要素的失效可能性為“中”或“高”的，定性評估分值為1。定性評估分值之和不為0的管道系統，需要納入到進行振動疲勞分級管理的范圍。表1管道系統振動疲勞風險的定性分析要素表低中高15000≤ρv<2否/是3否4否泵5否運行管理能夠確保不發生旋轉失速行6否/是7否/是8否/是9否是6.2管道系統失效可能性的定性評估管道系統的范圍確定后，對該系統中所有管道進行失效可能性的定性評估。單根管道的振動疲勞失效可能性定性評估方法與管道系統的評估方法相同，也按照表1給出的9個要素進行分析。每項要素的失效可能性為“低”的，定性評估分值為0，該項要素的失效可能性為“中”或“高”的，定性評估分值為1。定性評估分值之和不為0的管道，需要進行振動疲勞失效可能性的定量評估。5T/CNEAXXXX—XXXX根據表1，確定每根管道的潛在激勵機制，對于每一種潛在激勵機制，按照6.3的要求開展振動疲勞失效可能性的定量評估。6.3單一管道的振動疲勞失效可能性（LOF）的定量評估6.3.1受流動誘導湍流激勵的管道LOF定量評估計算管道內流體動能ρv2：對于單相流：2ρv2=(實際密度×實際速度)（1）對于多相流：2ρv2=(有效密度×有效速度)（2）其中：有效密度=總質量流量/總體積流量；有效速度=總體積流量/管道內部橫截面積；總質量流量=∑（每種相的實際體積流量）×（該相的密度總體積流量=∑（每種相的實際體積流量）。計算流體粘度影響系數（FVF對于液體和多相流體，FVF等于1。氣體系統的FVF通過以下公式計FVF=（3）根據管道設計圖或現場實際勘測，確定管道上具有部分或全部位移約束作用的兩個支架之間的最大管跨長度Lspan，按照表1的方法判斷管道上支架布置類型。支架布置分為柔性、中等柔性、中等剛性和剛性四種，根據表2的方法確定每種支架布置類型的流致振動系數Fv。表1支架布置分類方法最大管跨長度支架布置類型Lspan≤?1.2346?10?5Dxt+0.02Dext+2.0563剛性Lspan>?1.2346?10?5Dxt+0.02Dext+2.0563Lspan≤?1.1886?10?5Dxt+0.025262Dext+3.3601中等剛性Lspan>?1.1886?10?5Dxt+0.025262Dext+3.3601Lspan≤?1.5968?10?5Dxt+0.033583Dext+4.429中等柔性Lspan>?1.5968?10?5Dxt+0.033583Dext+4.429柔性表2流致振動系數計算方法支架布置類型外徑范圍αβFv剛性60mm~762mm446187+646Dext+9.17?10?4Dxt0.1ln(Dext)?1.3739α(Dext/T)β中等剛性60mm~762mm283921+370Dext0.1106ln(Dext)?1.501α(Dext/T)β中等柔性273mm~762mm150412+209Dext0.0815ln(Dext)?1.3269α(Dext/T)β60mm~219mm13.1?4.75?10?3Dext+1.41?10?5Dxt?0.132+2.28?10?4Dext?3.72?10?7DxtexpαDext/T)β6T/CNEAXXXX—XXXX柔性273mm762mm41.21Dext+49397α(Dext/T)β60mm~219mm1.32?10?5Dxt?4.42?10?3Dext+12.22expαDext/T)β]通過公式（4）確定流動誘導湍流引起管道振動疲勞的LOF值：LOF=ρv2?FVF/Fv（4）6.3.2受機械激勵管道的LOF定量評估管道與泵、壓縮機等直接連接時，泵和壓縮機的振動傳遞至管道，引起機械激勵。LOF值的確定方法為：a）與往復式/容積式壓縮機或泵連接的管道，LOF為0.9。與柴油機或燃氣機連接的管道，LOF為0.8。b）與螺桿壓縮機或泵連接的管道，LOF為0.6。與離心泵連接的管道，LOF為0.4。與LOF≥0.5的管道連接時，LOF值與所連接管道相同。6.3.3受脈動激勵管道的LOF定量評估脈動激勵的來源有：往復或容積式壓縮機及泵、離心式壓縮機旋轉失速、封閉支管壓力脈動。LOF值的確定方法為：a）往復或容積式壓縮機及泵的功率小于112kW且排放壓力小于3.5MPa時，連接管道LOF=0.4；否則LOF=1.0。b）離心式壓縮機顯示旋轉失速特性，且在低流量下運行時，連接管道的LOF=1.0；否則LOF=0.4；無旋轉失速特性時，連接管道的LOF=0.2;流體經過具有封閉端的支管時，會引起周期性流體激勵，影響范圍支管到主管上游和下游的第一個直徑變化處（管道直徑變化2倍以上）。這種情況下支管LOF的評估流程在附錄A中的圖A.1中給出。6.3.4高頻聲激勵情況下管道LOF定量評估調節閥、減壓閥、節流孔板等減壓裝置處可能產生高頻聲激勵，高頻聲激勵的影響范圍較廣，通常會傳遞至下游第一個容器處，因此需評估振源下游每個焊縫處的LOF值。高頻聲激勵情況下管道焊縫的LOF評估流程在附錄B中圖B.1~圖B.2給出。6.3.5閥門快速操作引起的水錘激勵下管道LOF定量評估識別管線上所有需要執行快速動作功能的閥門，評估三種情況：干氣閥打開、液體或多相閥關閉、液體或多相閥打開。a）干氣閥快速打開導致動量突然變化，從而形成瞬態力。管道LOF=Fmax/Flim，其中：峰值力（KN）：Fmax=（5）載荷限值Flim(KN):Flim=(16.8×Ψ3?1.81×Ψ2+525×Ψ+25.3)×Dext×θ×π×Dt/(4×109)（6）7T/CNEAXXXX—XXXXb）液體或多相閥快速關閉，指閥門關閉時間小于（2Lup/c），這種情況下管道LOF計算方法在附錄C圖C.1中給出。c）液體或多相閥門打開產生動態力激勵下，管道LOF=Fmax/Flim，其中：峰值力（KN）：Fmax=0.63W（7）載荷限值Flim(KN):Flim=(16.8×Ψ3?1.81×Ψ2+525×Ψ+25.3)×Dext×θ×π×Dt/(4×109)（8）6.3.6空化和閃蒸激勵管道的LOF定量評估空化和閃蒸是相對局部的影響，所產生的能量可以沿著管道傳輸，激勵源上游和下游各兩個支架（指具有部分或全部位移約束的支架）范圍，母管LOF值的計算方法在附錄D中圖D.1給出。6.3.7段塞流管道的LOF定量評估管道的激勵機制為段塞流，LOF=1.0。6.4高風險管道的振動疲勞定量評估和分級管理對于LOF值大于0.3的管道，進行母管目視檢查和附屬小支管的振動測量。目視檢查中主要檢查母管的施工、幾何結構、支撐有效性以及是否存在向相鄰管道傳遞振動的風險。對于LOF值大于0.5的管道，應進行母管和附屬小支管的振動測量，參考T/CNEA***標準執行。管道的振動測量及允許振動限值的計算方法，參照NB/T25081-2018標準執行。小支管的振動測量及允許振動限值的計算方法，參照NB/T20612-2021標準執行。對管道振動疲勞進行分級管理，根據其實際振動水平分為0級~3級，分級方法在附錄E中圖E.1給出。管理要求如下：（1）0級管道：不需采取措施；（2）1級管道：作為關注對象，進行定期目視檢查，著重檢查附屬小支管振動水平和支架完整性；（3）2級管道：開展3C定期振動鑒定，評估管道振動水平，并根據振動水平重新進行分級。重要管道（如影響機組安全性或運行可靠性）進行減振治理；（4）3級管道：開展減振治理，降低管道振動水平，使分級符合0~2級分級準則。6.5管道振動控制措施管道振動措施通常考慮兩個方面：消除激勵機制和降低振動響應。針對不同的激振機制，可有實施更針對性的改進措施。對于流體誘導湍流激勵，通常引起低頻振動，主要減振措施有：a）從激勵機制方面，可采用降低流速、流動平滑、使用高恢復系數的閥門等來降低激振能量，從而降低管道振動水平；8T/CNEAXXXX—XXXXb）從振動響應方面，可采用消除管道支架間隙以提高管道固有頻率（管道有熱膨脹要求時需綜合評估）、安裝粘滯型阻尼器、安裝調諧動力吸振器、調整管道支吊架布置或增加位移約束型支架等措施，來降低管道振動水平。對于受機械激勵的管道，主要減振措施有：a）從激勵機制方面，措施主要有：改變機器運行條件以避開共振頻率，或在機器與管道之間增加隔振裝置、使用波紋管等，避免機器振動載荷向管道的傳遞；b）從振動響應方面，改變管道的質量或剛度以調整其固有頻率，避免與激振頻率重合，如改變管跨長度、改變管道直徑等；c）從避免共振的角度，管道固有頻率應避開激勵頻率的±20%。對于受脈動激勵的管道，主要減振措施有：a）從激勵機制方面，措施主要有：改變機器運行條件以避開共振頻率（壓縮機速度應避開最近聲學固有頻率的±20%改變管道長度以改變其聲學固有頻率，流動平滑，使用脈動罐來吸收壓力脈動、使用孔板或消聲器等；b）從振動響應方面，改變管道的質量或剛度以調整其固有頻率，避免與激振頻率重合，如改變管跨長度、改變管道直徑等。對于受高頻聲激勵的管道，減振措施有：a）從激勵機制方面，措施主要有：降低質量流量、使用低噪聲閥芯、增加危險區域與聲源之間的距離（如將小支管移至遠離聲源的位置）、使用消聲器等；b）從振動響應方面，措施主要有：增加局部管壁厚度可提高其局部剛度、消除聲源附近的圓周不連續結構、使用加強環等。對于母管上的附屬支管，措施主要有：移除支管、將支管移至振動低的位置、優化支管座結構等，降低支管振動水平。對于存在空化和閃蒸的管道，主要減振措施有：a）從激勵機制方面，措施主要有：改變運行條件、更換閥門類型或閥內件、采用多級降壓、局部進行流量平滑等；b）從振動響應方面，由于空化和閃蒸僅對閥門下游有限距離起作用，故加強下游母管道和小支管的支撐有助于降低管道振動水平。對存在水錘的管道，主要解決措施有：a）從激勵機制方面，措施主要有：改變運行條件、使用安全閥進行泄壓、使用緩沖罐降低流速等；b）從振動響應方面，措施主要有：減少彎頭和異徑管的數量以減少瞬態流動引起的流體動量變化影響、使用液壓阻尼器抵抗流體速度快速變化引起的管道強制運動等。7高風險管道的定期監督對于振動等級為2級和3級的管道，應制定定期監督計劃，監督內容應包括：管道振動測試和評估、管道上支架的檢查、管道焊縫的檢查。振動等級為3級的管道，定期監督的周期不應大于1個燃料循環。振動等級為2級的管道，定期監督的周期不應大于3個燃料循環。9T/CNEAXXXX—XXXX（規范性附錄）封閉支管脈動激勵評估流程圖A.1規定了封閉支管脈動激勵情況下，母管上每個封閉支管的LOF分析方法，母管的LOF取支管LOF的最大值。PVF=0.29否是否↓是0.316?0.083?0.065dintDint RePVF=0.29否是否↓是0.316?0.083?0.065dintDint RevcS1=0.42是S=2S1否S=S1S=0.467(dint/Dint)0.316PVF=0.29否是πpv2dcrit=1000400πpv2對母管上每個封閉支管封閉支管內徑≥dcrit？管內流體雷諾數Re＞1.6×107？dint/Dint=1？FV=1000Sv/dintFS=0.206c/Lbranc?↓FV/FS≥1.0?PVF=1.0圖A.1封閉支管脈動激勵評估流程T/CNEAXXXX—XXXX（資料性附錄）高頻聲激勵情況下的LOF評估流程圖B.1和圖B.2為高頻聲激勵情況母管LOF的分析方法。圖B.1高頻聲激勵情況的LOF評估T/CNEAXXXX—XXXX關注位置的PWL，log10N=470712.5155?63075.1242log10B+?B=a(PWL?0.112762s?0.001812s2+4.30727↓如果Dext/dext<10，則FLM1=?0.07+0.91(Dext/dext+?0.48Dext/dext)1.5+0.065(Dext/dext2連接是否為焊接支管臺是↓連接是否為焊接支管臺是N=N?FLM1FLM2=0.29+0.09tanh[(PWL?17是否是FLM3=0.263+0.087tanh[(PWL?172)/2.9]否LOF=LOF=Lf是LOF=0.29圖B.2高頻聲疲勞評估（確定單個焊接不連續的LOF）圖B.2中，N是失效循環次數；FLMi，是第i階段的疲勞壽命乘數。T/CNEAXXXX—XXXX（規范性附錄）液體或多相閥快速關閉引起水錘的管道LOF計算作閥門。母管LOF值適用于閥門上游至進入容器或管道直徑較大變化處，