蒸汽发生器传热管堵管的研究-

1、试验研究蒸发器传热管堵管判据的研究李思源1,唐毅1,聂勇1,惠虎2,李培宁2(1.核动力运行研究所,湖北武汉430223;2.华东理工大学,上海200237摘要:以传热管缺陷的伤深比和当量长度比为参量,利用爆破压力拟合计算公式和强度条件,导出了含缺陷传热管的安全评定判据和堵管条件,提出了传热管在役检查的验收判据和堵管条件。关键词:蒸发器传热管;缺陷;安全评定;验收判据;堵管条件中图分类号:T Q051.6;T Q050.2文献标识码:A文章编号: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符号说明:D0传热管外直径,mmR i传热管内半径,mmR传热管中半径,mmL传热管缺陷沿管子轴向的长度,mml传热管缺陷沿管子轴向的当量长度,mm,l=A/a a传热管缺陷的深度,mmA传热管缺陷沿管子轴向的最大损伤面积,mm2t传热管管壁厚度,mmTs传热管在操作温度T下的屈服强度,MPaTb传热管在操作温度T下的抗拉强度,MPa p B含缺陷传热管爆破压力的计算值,M Pas传热管常温屈服强度,MPab传热管常温抗拉强度,MPap i

5、传热管一次侧操作压力,MPap0传热管二次侧操作压力,MPaT操作温度,RSF剩余强度系数K传热管外直径与内直径的比,K=D0/(D0-2t蒸汽发生器是压水堆核电站的重要设备,为了确保蒸发器在操作工况下安全运行,对含缺陷传热管必须建立安全评定判据和堵管条件。美国AS ME B&P V标准卷I W B-3521条的蒸汽发生器传热管验收标准1,规定允许的缺陷深度不得超过壁厚40%,否则就要堵管。德国针对I ncol oy800 22×1.2规格传热管开展了试验研究,结果表明缺陷允许的深度可以达到50%2。但这些堵管条件都只考虑缺陷深度的影响,而忽略了缺陷沿管子的轴向长度。这是不全

6、面的,也是很保守的。文献3以传热管缺陷的伤深比和当量长度31比为参量,建立了含缺陷传热管爆破压力拟合公式: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文中利用传热管爆破压力拟合公式(1和强度条件,导出了含缺陷传热管的安全评定判据;当传热管缺陷沿管轴的长度比确定时,给出了缺陷允许的伤深比m (。提出了传热管在役检查的验收判据。最后应用评定判据导出I nconel 690 19.05×1.09和I ncol oy 800 22

7、5;1.2两种规格传热管缺陷允许的伤深比m (,以及I nconel 690 19.05×1.09规格传热管在役检查验收算例。1传热管的安全评定1.1传热管的安全评定判据为了叙述方便,令:=-(1+24-101-(4则由式(1得到,直管段含缺陷传热管的强度剩余系数:RSF =p B /p B 0=1-(1-e (5蒸汽发生器在操作工况的正常运行中,传热管承受的内压力为p i -p 0,为了确保蒸汽发生器安全运行,在强度评定中,取传热管承受的内压为1.1(p i -p 0,将传热管在315下的爆破压力p B 除以3,作为传热管的许用压力p 。则传热管的强度条件为:1.1(p i -p

8、0p =p B /3(6将式(5代入式(6右端的p B ,并应用式(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,当传热管的缺陷尺寸满足不等式:(1-e 1-6(p i -p 0/(s +b ln K 时,该传热管在操作工况中正常运行是安全的。另一方面,无缺陷传热管的塑性屈服压力p so 可用下式计算:p s 0=s0.9ln K(7含缺陷传热管的塑性屈服压力p s 采用p s =RSF ×p s 0计算,再代入式(5和(7得到:p s =1-(1-e s 0.9ln K(8在蒸汽发生器的起/停堆阶段,

9、传热管承受的最大内压为p i ,由于起/停堆的时间很短,传热管允许的最大薄膜应力可以达到0.9s 。将它近似地换算成传热管承受的内压力时,其允许的最大压力可以达到0.9p s 。因此,含缺陷传热管的强度条件为:p i <0.9p s =1-(1-e s ln K 当缺陷尺寸满足不等式(9时,该传热管在操作工况的起/停堆阶段是允许的。(1-e 1-p i /(s ln K (9设:q =max 6(p i -p 0/(s +b ,p i /s /ln K (10f (,=1-exp -(1+24-101-1+q(11由于函数1-e 随着l 的增加而增大,因此,综合式(6,(9和(10得到含

10、缺陷传热管的评定判据:判据1:对R ×t 传热管的缺陷尺寸=a /t 和=l/R t:(1若f (,<0,则该传热管在操作工况下运行是安全的;(2若f (,0,则该传热管要堵管。1.2传热管缺陷允许的伤深比m (含缺陷传热管的安全评定判据1是以伤深比=a /t 和缺陷沿轴向的当量长度比=l/R t 作为评定参数。对在役传热管的缺陷部位,利用传热管材料在操作温度下的s 和b 由式(10计算得q ;又当=1=l 1/R t 确定时,式(11的f (,1只是的函数。而方程f (,1=0的解m (1就是该传热管缺陷的当量长度比1=l 1/R t 时所允许的缺陷伤深比。采用迭代法求方程f

11、 (,1=0的解m(1,取初始值0=0.5,经过计算简化后得到:1=0.50.5+(1-q 141CP VT 蒸发器传热管堵管判据的研究Vol251No22008-exp (-1.5896(1-1(12再用i 计算i +1(i =1,2,:i +1=0.5i +(1-q 1-exp (-(1×1+24i -10i 1-i-1(13当i =j ,且|j -j +1|0.005时,则m (1=m in j ,j +12传热管在役检查的验收条件传热管失效主要是由机械磨损和局部腐蚀导致其承载能力降低引起的。机械磨损包括U 型弯头处防振条微振磨损、支撑板处的松动磨损和凹痕等;局部腐蚀包括淤渣堆

12、积区里的耗蚀、点蚀和其它腐蚀等。一般,防振条微振磨损沿管轴的长度等于防振条的宽度,支撑板处的松动磨损沿管轴的长度等于支撑板的厚度。这些损伤缺陷沿传热管管轴的长度L 基本不变。淤渣堆积区的耗蚀所产生的缺陷沿管轴的长度L 一般等于淤渣堆积的高度。在运行时间相同的各个周期中,长度L 也大致相同。防振条微振磨损和支撑板处松动磨损,使传热管磨损面的面积随着运行时间的增加而扩大,但它们在相同工序中的振幅和频率是基本相同的。因此缺陷伤深比的月平均增长率在往后的运行周期中一般不会增加。由于淤渣堆积区的耗蚀使管壁均匀减薄,因此耗蚀伤深比的月平均增长率在各运行周期中基本不变。综上所述,机械磨损和耗蚀所产生的缺陷沿

13、管轴的长度L 在各运行周期中基本不变,缺陷伤深比的月平均增长率一般不会增加。设传热管在第k -1次(k =1,2,在役检查中检出一缺陷的尺寸为k -1,L k -1,该缺陷在第k 次在役检查中检出的尺寸为k ,L k ;第k -1次到第k 次检查的周期为m k 个月,并规定m k +1个月后进行第k +1次在役检查。当k =1,传热管首次在役检查,则k -1=0,取0=0,对机械磨损和耗蚀缺陷,取L 0=L 1;对其它腐蚀取L 0=0。由上面的分析和数据得到:(1该缺陷沿轴向的长度在m k 个月内的月平均增长率为:L /m =(L k -L k -1/m k(14对机械磨损和淤渣区的耗蚀所产生

14、的缺陷有L k L k -1。因此可以取式(14作为未来m k +1个月内该缺陷长度的月平均增长率。对其它腐蚀缺陷,它们沿管轴的最大损伤形状一般近似于半椭圆形,在RSF 计算中,当轴向长度为L 时,其当量长度l =0.78L 。在未来m k +1个月内,虽然这类缺陷沿管轴长度的月平均增长率没有参考数据,但也可以近似地采用式(14,而m k +1个月后该缺陷的当量长度l k +1取L k +1的预测值。因此,在m k +1个月内缺陷长度的增量为m k +1L /m ,利用式(14得到,在m k +1个月后该缺陷沿管轴长度的预测值为:L k +1=L k +m k L /m=L k +(L k -

15、L k -1m k +1/m k(15根据1.2节的方法,取=k +1=L k +1/R t,利用迭代式(12和(13,求出该缺陷允许的伤深比m (k +1。(2该缺陷的伤深比在m k 个月内的月平均增长率/m 为(k -k -1/m k 。在未来m k +1个月内,由机械磨损和淤渣区的耗蚀所产生的缺陷伤深比都可以用它计算。为了确保蒸汽发生器安全运行,一律取:/m =1.2(k -k -1/m k 将其作为未来m k +1个月内缺陷伤深比的月平均增长率。因此,该缺陷在m k +1个月后缺陷伤深比的预测值为:k +1=k +m k +1/m=k +1.2(k -k -1m k +1/m k(16

16、保证含缺陷传热管安全使用m k +1个月的条件为k +1m (k +1,即:k +1.2(k -k -1m k +1/m k m (k +1由此得到该传热管缺陷在第k 次在役检查中的验收条件为:k m (k +1+1.2k -1m k +1/m k 1+1.2m k +1/m k若m k +1=m k ,则该传热管缺陷第k 次在役检查中的验收条件为:k m (k +1+1.2k -1/2.2综上所述得到:判据2:已知传热管在第k -1次和第k 次在役检查中检出同一缺陷的尺寸分别为k -1,L k -1和k ,L k ;这两次检查的周期为m k 个月,并规定m k +1个月后进行第k +1次检查

17、。对参数k +1(见式(17和式(11,求得方程f (,k +1=0的解为m (k +1。k +1=L k +(L k -L k -1m k +1/m k /R t (1751第25卷第2期压力容器总第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 ,则该传热管运行m k +1个月是安全的;(2若k >m k ,则该传热管要堵管。3应用3.1I nconel 690 19.05×1.09规格传热管允许的伤深比蒸汽发生器的操作工况为:p i =15.5MPa ,p 0=6.89MPa ,T =327。传热管

18、的外直径D 0=19.05mm ,壁厚t =1.09mm ,材质为I nconel 690。在T =327下,327s 242MPa ,327b 552MPa4。将上面的参数代入式(10计算得q =0.5354。将q 值代入式(12和(13,对应于=l/3.1286计算得允许的伤深比m (列于表1。3.2I ncol oy 800 22×1.2规格传热管允许的伤深比蒸汽发生器的操作工况为:p i =15.2MPa ,p 0=6.58MPa ,T =315。传热管的外直径D 0=22mm ,壁厚t =1.2mm ,材质为I nconel 800。在T =327下,327s 214MPa

19、 ,327b 552MPa 4。将上面的参数代入式(10计算得q =0.61465。将q 值代入式(12和(13,由于R t =3.5327mm ,对应于=l/3.5327计算得允许的伤深比m (见表2。表1I nconel 690 19.05×1.09规格传热管对应于的允许伤深比m (参数数值=l/R t0.7170.6610.6420.6270.6150.6040.5950.5870.539表2I ncol oy 800 22×1.2规格传热管对应于的允许伤深比m (参数数值=l/R t34567810203.6l (mm 0.6610.6000.5800.5600.5

20、500.5380.5200.4680.6153.3I nconel 690 19.05×1.09规格传热管的在役检查验收条件蒸汽发生器的操作工况同3.1节。设传热管在役检查的周期为18个月。(1第1次在役检查验收条件传热管投产18个月后进行第1次在役检查,并检出防振条处传热管磨损缺陷的伤深比1=a /t =0.25,缺陷沿管轴的长度L 1=9mm 。按规定取0=0,L 0=9mm ,计算得R T =3.1286mm ,=l/R t =L 1/R t =2.88。将3.1节中的q =0.535代入式(12和(13计算得该缺陷允许的伤深比m (2.88=0.726,由式(18计算得第1次

21、在役检查允许的伤深比m 1=0.33。由于1=0.25<0.33=m 1,因此由判据2得到:该传热管再运行一个周期是安全的。(2第2次在役检查验收条件蒸汽发生器运行第2个周期后,传热管进行第2次在役检查,查出(1中传热管缺陷沿管轴的长度L 2=10mm ,缺陷的伤深比为2。将相关参数代入式(17计算得:=L 2+(L 2-L 1m 3/m 2R t =3.516并由式(12和(13计算得该缺陷允许的伤深比m (3.5=0.6835。由于1=0.25,因此由式(18计算得第2次在役检查允许的伤深比m 2=0.44。从而由判据2得到:1若20.44,则该传热管再运行1个周期是安全的;2若2&

22、gt;0.44,则该传热管必须堵管。4结论根据传热管的操作工况和材料性能数据,由式(10计算出q 后得到:(1安全评定判据若R ×t 传热管的缺陷尺寸和=l/R t 使得61CP VT 蒸发器传热管堵管判据的研究Vol251No22008f(,=1-exp-(1+24-101-1+q<0,则该传热管在操作工况下运行是安全的;反之该传热管要堵管。(2在役检查验收判据若相邻两次在役检查检出传热管同一缺陷的尺寸分别为k-1,L k-1和k,L k。这两次检查的周期为m k个月,并规定m k+1个月后进行第k+1次检查。又对k+1=Lk+(Lk-Lk-1mk+1/m k/R t,方程f

23、(,k+1=0的解为m(k+1。若:k m(k+1+1.2k-1m k+1/m k1+1.2mk+1/m k则该传热管在操作工况下运行mk+1个月是安全的;反之该传热管要堵管。参考文献:1AS ME锅炉及压力容器规范(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,聂勇,等.蒸发器含缺陷传热管爆破压力的计算J.压力容器,2007,24(12:1-7.4AS

24、 ME锅炉及压力容器规范(第卷S.2001.收稿日期:2007-11-07修稿日期:2008-01-07简讯第十三届北京埃森焊接与切割展览会筹备进展由中国机械工程学会及其焊接分会、中国焊接协会、中国电器工业协会电焊机分会、德国焊接学会和德国埃森展览公司共同主办的第十三届北京埃森焊接与切割展览会将于2008年5月1417日在北京中国国际展览中心举办。2008年北京埃森展招展工作的重点是增加展商的国际性,确保知名展商参展及高水平设备的展出。截止到2008年1月中旬,展览会已有来自20个国家和地区的800多家企业报名参展,共预订展台净面积达25038平方米,折合标准展台2782个,分布于国展1号馆一

25、、二、三层以及2-10号馆,展出面积61000平方米,比2007年增加30%。在国际馆,德国展团和欧洲展团共预定了999m2的展台面积,美国展团预定了216m2,韩国展团预定了540m2。此外,现代、ABB、发那科、KI S W E L、S AF、Kuba、Ther madyne、Ne2 der man、海宝、肯比、福禄、T OX等知名公司共预定了1779m2。国内部分,唐山展团(包括松下公司、神钢集团、小池酸素和开元电器预定了整个3号馆,展台面积近2000m2;林肯公司、伊萨公司、欧地希、凯尔达、天泰焊材、阿比泰克、北京时代分别预定396m2;上海沪工、佳士科技、瑞凌实业分别预定288m2;上海华威预定252m2