《核燃料后处理厂管道力学计算要求》（征求意见稿）

1T/CNIDAXXXX—XXXX核燃料后处理厂管道力学计算通用要求本文件规定了核燃料后处理厂抗震I类管道在力学分析上所应采用的方法，提供了抗震I类管道力学分析结果的校核准则，从而可保证乏燃料后处理厂抗震I类管道及其附件的完整性、功能性和可运行性的设计要求。本文件适用于EJ/T939《核燃料后处理厂建（构）筑物、系统和部件的分级准则》中规定的后处理厂抗震I类管道的力学计算。非抗震I类管道的力学计算不应低于国家现行非核安全相关标准的规定。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB50267-2019核电厂抗震设计标准EJ/T939-2014核燃料后处理厂建（构）筑物、系统和部件的分级准则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1腐蚀裕量corrosionallowances当预计会有腐蚀或侵蚀时，应在原有设计要求的壁厚基础上加上裕量。此裕量应按规定的管道设计寿命确定。3.2极限安全地震动ultimatesafetygroundmotion（SL-2）核电厂设计基准地震动的较高水准，是对应极限安全要求的地震动，通常为预估的核电厂所在地区可能遭遇的最大潜在地震动，对应的年超越概率为10-4。3.3运行安全地震动operationalsafetygroundmotion（SL-1）2T/CNIDAXXXX—XXXX核电厂设计基准地震动的较低水准，主要用于对核电厂运行安全控制、设计中的荷载组合与应力分析等，该地震动具有与极限安全地震动不同的用途。4抗震分析方法4.1一般要求管道抗震分析应采用等效静力法或反应谱法进行分析。抗震分析中，应考虑两个水平方向和一个竖直方向的地震输入。4.2等效静力法等效静力法可适用于简化计算，应同时满足以下要求：1有充分依据表明实际结构可用简单的模型模拟，且可导致保守的计算结果；2可采用1.5倍包络反应谱的最大谱加速度作为输入，若采用小于1.5的系数，需进行充分论证。4.3谱分析法可根据管道模型的特点，选用单层谱或多层谱分析法。a)选用单层谱法时，施加于支承上的单层谱应该是各个支承的包络谱。两个楼层之间的谱可采用线性插值得到。b)选用多层谱法时，应按照支承安装的楼层标高将支承分为几组，然后将与标高相关的楼层谱施加到相应的支承上。4.4阻尼比管道抗震分析中采用的阻尼比应根据以下要求确定。a)考虑运行安全地震动时，阻尼比应取3%，考虑极限安全地震动时，阻尼比应取4%。b)当采用多支承点的包络谱对管道系统进行地震作用效应的计算时，可根据管道的固有频率按下述规定确定阻尼比：1）当固有频率小于或等于10Hz时，阻尼比可取5%；2）当固有频率大于或等于20Hz时，阻尼比可取2%；3）当固有频率大于10Hz但小于20Hz时，阻尼比可基于（1）和（2）给出的数值由线性插值确4.4管道模型4.4.1模型自由度所建立的管道计算模型应包含足够数量的节点和自由度，可按以下步骤检查自由度数量是否足够。1检查各振型曲线是否光滑；3T/CNIDAXXXX—XXXX2振型曲线光滑时，对管道模型输入1g加速度进行静力计算，将计算结果与相应分布质量模型的静力计算结果对比，若支承或支承附近两者计算结果相差较大，则表明自由度数量不够。4.4.2模型边界a)模型边界一般应取管道与部件连接处、固定支承处或与较大管径管道的连接处。如果满足下列要求之一，可排除支管而只对主管进行计算。1）支管的外径小于或等于主管外径的1/4或支管与主管的截面惯性模量比小于1/100。2）支管位于固定点或纵向导向支承附近。否则，应在主管分析中考虑支管的影响，并且在单独分析支管时，应输入主管连接点处的地震反应，含连接点处的反应谱、加速度时程及位移。若采取其它简化输入方法，应验证其保守性。b)应考虑抗震I类管道与非抗震I类管道系统的相互作用，并满足下列要求：1）非抗震I类管道系统若与抗震I类管道系统不直接相连，但两者隔离不可实施或无效，则非抗震I类管道系统应满足与抗震I类管道系统相同的抗震设计要求；2）非抗震I类管道系统若与抗震I类管道系统直接相连，则前者应包含在后者的分析模型中，非抗震I类管道系统自交界部位到相邻的第一个固定点间的部分，在极限安全地震动下，不应导致抗震I类管道系统的失效。4.4.3支承要求一般管道设计中采用的支承类型应包括：a)固定支承，约束6个自由度；b)导向和夹紧支承，约束1、2或者3个位移自由度。管道抗震分析时管道模型中可选取支架的实际刚度，也可对支架做刚性简化；采用后者方法时，支架的实际刚度应大于最小刚度限值，最小刚度限值取决于管道名义直径和壁厚等级。当一个支架支承多个管道时，不同位置的支架刚度应就各管道分别确定，采用刚性支架假设应进行论证。计算中应满足支承点处的位移和约束要求、支承间的最大跨距要求和管道支承的最小刚度要求。当管道分担的支架质量对抗震计算结果影响较大时，应考虑管道分担的支架质量的影响。当土建条件具备时，应尽量采用埋板将支承连接到混凝土结构上。4.4.3其它要求管道模型的总体坐标系应尽可能与厂房的参考坐标系一致。若管道需采用局部坐标系建模，应在管道规格书中规定。管道模型中应计入管道上的阀门及其它部件的质量，应考虑偏心距及偏心质量的影响。阀门只应在阀体上部承受支承，如果阀门本身不要求有支承，则支承应放置在靠近阀体的位置，阀盖不应用作支承。冷冻阀、穿地阀、蒸汽喷射泵等部件应根据实际在管道模型中考虑其几何特征和约束形式的影响。4.5响应叠加方法管道模型单个方向不同阶模态响应的组合方法应参照《核电厂抗震设计标准》GB50267附录B执行，管道在三个正交方向的地震响应采用平方和的平方根法（SRSS）进行组合。4T/CNIDAXXXX—XXXX如果管道模型位于不同的厂房，不同方向由于厂房引起的地震锚固点位移产生的响应应采用静力法求得，对于三个方向的响应采用平方和的平方根法（SRSS）进行组合。地震锚固点位移响应与地震响应应采用平方和的平方根法（SRSS）进行组合。5应满足的准则5.1基本准则运行中管道所承受的工况可分为设计工况、正常运行工况、异常工况、事故工况和试验工况。设计工况指以设计载荷为特征的一种工况，设计载荷应由管道在正常运行工况下所承受的最高载荷确定。正常运行工况指管道在正常运行期间（包括稳态运行和相关的各种正常运行瞬态）所处的工况。异常工况指管道在各种正常运行故障时所处的工况。事故工况指极不可能出现的工况，但必须研究这类工况对部件安全造成的后果。试验工况指在规定的水压试验时部件所处的工况。管道对每一类工况有关的每一载荷组合应对应一个准则级别要求。设计工况应满足0级准则。正常运行工况应满足A级准则。异常工况应满足B级准则。事故工况应满足D级准则。在试验工况下，应满足对应的评定限制。每组准则级别均与一组评定限制相对应。乏燃料后处理厂抗震I类管道的各工况，载荷，准则级别，评定方程编号和评定限制见表1。由于后处理厂管道内介质具有强腐蚀性，在设计工况计算时应在管道设计壁厚基础上减去腐蚀裕量作为计算厚度。表1不同工况下所考虑的载荷和评定限制-设计压力-静重和持续载荷6-热膨胀和热位移A级7-热膨胀和热位移-正常运行压力-静重和持续载荷8-非循环锚固点位移,包括生9-最大运行压力-静重和持续载荷-SL-1动力效应-SL-1产生的锚固点位移-其它一次异常载荷-最大运行压力-静重和持续载荷-SL-2动力效应10’5T/CNIDAXXXX—XXXX-SL-2产生的锚固点位移-其它一次事故载荷PDhPDn10’’h/P2tyn注1）当热胀应力超过SA时，即当没有满足公式(7)的要求时，可用公式(8)继续校核热胀应力与自重应力之和是否小于Sh+SA，如满足公式(8)，可认为此工况热胀应力满足要求。（2）在事故工况下，若>Sh，应同时计算10、10’’两个方程，应力比取两个方程结果的最P：设计压力；PPmax：所考虑工况下的最大压力；D0：管道外径；tn：公称壁厚，对于弯管，指管道弯曲前直管的公称壁厚减去弯曲引起的最大减薄值；Z：管道截面模量；i：应力增强系数，宜按照RCC-M图C3680执行；MA：由重量和其它持续载荷加在横截面上产生的合力矩；MB：偶然载荷（如阀门产生的推力，地震载荷等MB中由地震产生的力矩应采用以下两种计算方法：如果阻尼比大于或等于ξ≥10%，则直接采用响应谱分析法得到的力矩MDyn。如果所采用的阻尼比2%≤ξ≤5%，则MB=Dyn，式中τ=。MC：由热膨胀产生的力矩变化范围；MD：由任何单向的非循环锚固点位移产生的合力矩，如预计的建筑物沉降；6T/CNIDAXXXX—XXXXSC：室温下材料的许用应力；Sh：设计温度下材料的许用应力；Sy：试验温度下材料的屈服强度；SA：热膨胀应力的允许应力变化范围，应由公式SA=f(1.25SC+0.25Sh)给出，式中f为设备使用寿期内，循环工作条件下等效全温度循环的总循环数为N时的应力范围减弱系数，f的取值由表2给出。表2应力范围减弱系数取值等效全温度循环数N减弱系数f10.90.822000～450000.745000～1000000.60.5如果温度变化幅度不同，则等效的全温度循环次数N可按下式计算：Nn式中：NE=对应于最大的温度变化幅度ΔTE的循环次数，对应于ΔTE的膨胀应力SE将在表5-1的方程7中得到计算；N1,…Nn=对应于较低温度变化幅度ΔT1、ΔT2…Tn的循环次数；r,…rn=温度变化幅度ΔTi与最高温度变化幅度ΔTE之比。E)5.2功能性准则对于在事故工况下要求保持功能性的管道，应对管道进行功能性分析。此分析应使相应的管道应力满足表3的限值。7T/CNIDAXXXX—XXXX表3功能性评定所考虑的应力类型和评定限制75.3可运行性准则对于在事故工况下要求附件保持其可运行性的管道，应对管道进行管道附件的可运行性分析。此分析应使相应的管道应力满足表4的限值。表4可运行性评定所考虑的应力类型和评定限制7AZAZ5.4接口数据规定5.4.1与设备接口处的载荷应管道与设备接口的许用载荷应满足设备供货方的要求。5.4.2阀门加速度阀门重心处应同时承受两个水平方向和一个竖直方向的加速度。除非另有说明，阀门重心每一个方向的加速度应限制在以下数值以内。对于SL-2地震：地面峰值加速度的20倍。对于SL-1地震：0.8倍的SL-2的加速度限值。6分析报告6.1一般要求管道计算完成后应提供管道力学分析报告，完整的管道力学分析报告应由以下几部分组成：封面、签字页、文件修改记录页、目录、正文、附录和附图等。管道力学分析报告的各部分要求如下。6.2概述8T/CNIDAXXXX—XXXX应列出计算任务来源、所采用的软件版本和软件有效性证书编号、所考虑的载荷以及评定结果所依据的规范、本报告所提供的最终分析结果等简要内容。还应包括经设计者确认澄清的内容和修改说明（主要是指管道布置的修改、支架位置和支架功能的修改等）。6.3管道描述应列表给出报告中所用到的管道参数，包括管道编号、管道外径和壁厚、管道材料、管道保温参数（壁厚和线重）、管道线重、工况参数以及管道的抗震级别、规范等级和核安全等级（功能等级）。应给出报告中所采用的单位。应列表给出管道边界信息，包括边界标识、所在管线号、模型中对应的节点号、安装分区和标高等信息。应列表给出管道建模中的支架信息，包括：支架个数、对应的节点号、支架功能、约束方向、标高和备注等信息，并且对支架约束所采用的坐标系（局部坐标系或总体坐标系）给出注释。应给出所用材料参数的依据，并且给出报告中用到的标识符含义。应给出阀门和孔板等部件的参数，包括重心节点号、长度、重量、偏心和抗震类别等信息。6.4设计条件应列表给出所考虑的载荷和对应的工况号。应列表给出所考虑的载荷、工况号、准则级别、方程编号以及应力限值。应给出阀门加速度限值（如有）。应给出管道功能性应力限值（如有）。应给出阀门可运行性应力限值（如有）。6.5计算结果应对地震分析所采用的方法（单层谱或多层谱）给出说明。列表给出所采用的反应谱，包括厂房、标高、反应谱等级（SL-1和SL-2）和阻尼比。应列表给出应力分析结果，包括准则级别、方程编号、最大值对应的节点号、最大计算应力值、许用应力限值和最大值与许用应力限值的比值以及比值大于0.9的节点号。6.6参考文献及相关文件