《核電廠凝汽器半側(cè)運(yùn)行安全評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》(征求意見稿)

3T/CNEAXXXX—XXXX核電廠凝汽器半側(cè)安全運(yùn)行技術(shù)評(píng)估導(dǎo)則本標(biāo)準(zhǔn)確立了以安全運(yùn)行為主，兼顧經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行核電廠凝汽器半側(cè)運(yùn)行評(píng)估的基本原則。本標(biāo)準(zhǔn)適用于百萬千瓦級(jí)大型壓水堆核電廠凝汽器，其他類型核電機(jī)組可參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本《導(dǎo)則》的應(yīng)用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本《導(dǎo)則》。凡是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《導(dǎo)則》。HEI2629HeatexchangeinstitutestandardsforsteamsurfacecondenserGB/T151熱交換器JB/T10085汽輪機(jī)表面式凝汽器ASMEPTC12.2PerformancetestcodeonsteamsurfacecondenserGB/T37753表面式凝汽器性能試驗(yàn)規(guī)程N(yùn)B/T25102壓水堆核電廠凝汽器性能試驗(yàn)導(dǎo)則DL/T932凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1跨距校核（spacingcheckcalculation）凝汽器換熱管跨距分為中間跨距和端部跨距。中間跨距為兩塊支撐板之間的跨距，端部跨距為管板與支撐板之間的跨距。端部跨距可以大于等于中間跨距。結(jié)合核電廠運(yùn)行典型工況，利用跨距計(jì)算模型對核電廠換熱管設(shè)計(jì)跨距進(jìn)行評(píng)估。3.2流體彈性不穩(wěn)定性（Fluidelasticinstability）流體彈性不穩(wěn)定性是汽輪機(jī)乏汽沖刷換熱管產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)流體力與換熱管運(yùn)動(dòng)相互作用的結(jié)果。流體彈性不穩(wěn)定性也稱之為流體彈性激振。當(dāng)流體速度較高時(shí)，流體給予換熱管的能量大于換熱管阻尼所消耗的能量。在流體力作用下，換熱管將產(chǎn)生大振幅的振動(dòng)，很短時(shí)間便遭到破壞。無論是氣體、液體還是兩相流體，當(dāng)其流過管束時(shí)，最常見到的和最具有破壞性的就是流體彈性不穩(wěn)定性，它是最重要的激振機(jī)理。3.3半側(cè)運(yùn)行(halfsidesafetyoperation)核電廠通過A列和B列循環(huán)水的兩條涵管獨(dú)立回路，分別向凝汽器水室提供正常運(yùn)行時(shí)冷卻機(jī)組所需50%冷卻水量。當(dāng)兩列之間無母管聯(lián)通或循環(huán)水管進(jìn)出口無出口蝶閥時(shí)，如凝汽器因循泵故障或某一4T/CNEAXXXX—XXXX水室鈦管泄漏需要隔離時(shí)，則凝汽器僅有一半的換熱面積處于換熱狀態(tài)。此時(shí)核電廠需要降低機(jī)組功率運(yùn)行。3.4運(yùn)行工況(operatingconditions)核電廠在熱平衡圖中通常包含額定工況，冬季工況，冬季半側(cè)運(yùn)行工況，冬季旁排全開等標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行工況，也包含半側(cè)運(yùn)行的安全工況。凝汽器在半側(cè)運(yùn)行工況下，經(jīng)常出現(xiàn)熱力條件能滿足運(yùn)行要求，而機(jī)械條件不滿足的情況出現(xiàn)，換熱管發(fā)生氣流激振引起了疲勞斷裂，導(dǎo)致鈦管泄漏，造成機(jī)組停機(jī)檢修或降低功率運(yùn)行。4總則評(píng)估核電廠凝汽器在半側(cè)運(yùn)行工況運(yùn)行時(shí)換熱管管束的安全性，防止換熱管發(fā)生疲勞斷裂，為核電廠的安全運(yùn)行提供指導(dǎo)。評(píng)估內(nèi)容包括換熱管支撐板跨距、換熱管彈性氣流激振、換熱管交變應(yīng)力、換熱管振幅。宜通過變工況計(jì)算確定機(jī)組安全的半側(cè)運(yùn)行電功率平臺(tái)，并進(jìn)行光柵光纖的試驗(yàn)測試，保障凝汽器運(yùn)行安全性，并提升核電廠經(jīng)濟(jì)性。5設(shè)計(jì)制造期間評(píng)估要求5.1跨距校核計(jì)算方法汽輪機(jī)乏汽高流速汽流的拖拽作用使凝汽器換熱管發(fā)生振動(dòng)，換熱管振幅隨蒸汽流速提高而增加，當(dāng)換熱管的最大撓度Ym保持在換熱管排列橋距的1/4以內(nèi)時(shí)，可預(yù)防換熱管的汽流激振風(fēng)險(xiǎn)。如式(1)所示：Lu=2.9600.25(1)式中：Lu——支撐板跨距，m；E——換熱管材料的彈性模量，N.m—2；I——換熱管截面的慣性矩，m4；Ym——換熱管最大撓度，m；d0——換熱管外徑，m；P——汽輪機(jī)背壓對應(yīng)的飽和蒸汽密度，kg.m-3；Vs——凝汽器上喉部入口平均蒸汽流速，m.s1。根據(jù)核電廠凝汽器工作的額定工況，冬季工況，冬季半側(cè)運(yùn)行工況，冬季旁排全開等工況下的參數(shù)進(jìn)行校核，選取各工況中跨距的最小值。如計(jì)算跨距大于核電廠的設(shè)計(jì)跨距，則換熱管管束基本處于安全狀態(tài)。如果計(jì)算跨距小于核電廠的設(shè)計(jì)跨距，則需要結(jié)合凝汽器流場分布情況和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋，在蒸汽流速較高的危險(xiǎn)區(qū)域管束中安裝防振條，或者預(yù)防性堵管。5.2彈性氣流激振評(píng)估換熱管管束的汽流激振主要考慮紊流抖振，漩渦脫落共振和流體彈性不穩(wěn)定性振動(dòng)，其中又以彈性不穩(wěn)定振動(dòng)為主要判斷類型。流體彈性不穩(wěn)定性也稱之為流體彈性激振。當(dāng)蒸汽速度小于臨界流速時(shí)，換熱管管束將處于安全狀態(tài)，如式(2)所示。Va<Vc=0.349fmvs(2)5T/CNEAXXXX—XXXX式中：Va——凝汽器下喉部出口平均蒸汽流速，m·s1；Vc——臨界流速，m·s1；f——凝汽器換熱管固有頻率，Hz;m——滿水換熱管單位長度質(zhì)量kg·m—1；νs——蒸汽比容，m3.kg—1。根據(jù)核電廠凝汽器工作的額定工況，冬季工況，冬季半側(cè)運(yùn)行工況，冬季旁排全開等工況下的參數(shù)進(jìn)行校核，如各工況下計(jì)算的蒸汽流速均小于臨界流速，則換熱管管束基本處于安全狀態(tài)。如果某一工況下計(jì)算流速大于臨界流速，則需要結(jié)合凝汽器流場分布情況和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋，在流速較高的危險(xiǎn)區(qū)域管束中安裝防振條，或者預(yù)防性堵管等。如冬季半側(cè)運(yùn)行工況下計(jì)算流速大于臨界流速，則機(jī)組在實(shí)際半側(cè)運(yùn)行中需要降低機(jī)組功率，直至在該功率平臺(tái)下的計(jì)算流速小于臨界流速。5.3換熱管交變應(yīng)力評(píng)估若換熱管承受的交變應(yīng)力小于換熱管材料的極限σ的2/3，則換熱管材料可長期使用而不致破壞。交變應(yīng)力可以轉(zhuǎn)化為流速的表達(dá)式進(jìn)行判斷，如式(3)所示。式中：Va——凝汽器下喉部出口平均蒸汽流速，m·s1；Vc1——臨界疲勞速度，m·s—1；σ——溫度下?lián)Q熱管材料的許用耐久極限，N.m—3；d0——換熱管外徑，m；di——換熱管內(nèi)徑，m；β——?jiǎng)恿Ψ糯笙禂?shù)：CL——升力系數(shù)，可取2；根據(jù)核電廠凝汽器工作的額定工況，冬季工況，冬季半側(cè)運(yùn)行工況，冬季旁排全開等工況下的參數(shù)進(jìn)行校核，如各工況下計(jì)算的蒸汽流速均小于臨界疲勞流速，則換熱管管束基本處于安全狀態(tài)。如果某一工況下計(jì)算流速大于臨界疲勞流速，則需要結(jié)合凝汽器流場分布情況和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋，在流速較高的危險(xiǎn)區(qū)域管束中安裝防振條，或者預(yù)防性堵管等。如冬季半側(cè)運(yùn)行工況下計(jì)算流速大于臨界疲勞流速，則機(jī)組在實(shí)際半側(cè)運(yùn)行中需要降低機(jī)組功率，直至在該功率平臺(tái)下的計(jì)算流速小于臨界疲勞流速。5.4換熱管振幅評(píng)估換熱管振幅隨蒸汽流速提高而增加，當(dāng)換熱管最大振幅小于橋距的1/15時(shí)，則換熱管之間將不會(huì)發(fā)生碰磨，如式(4)所示。式中：'ym——凝汽器換熱管振幅，m；d0——換熱管外徑，m；P——汽輪機(jī)背壓對應(yīng)的飽和蒸汽密度，kg.m-3；Vs——凝汽器上喉部入口平均蒸汽流速，m.s1。6T/CNEAXXXX—XXXXf——凝汽器換熱管固有頻率，Hz;m——滿水換熱管單位長度質(zhì)量kg·m—1；根據(jù)核電廠凝汽器工作的額定工況，冬季工況，冬季半側(cè)運(yùn)行工況，冬季旁排全開等工況下的參數(shù)進(jìn)行校核，如各工況下計(jì)算的換熱管振幅均小于換熱管橋距1/15時(shí)，則換熱管管束基本處于安全狀態(tài)。如果某一工況下的換熱管振幅大于等于換熱管橋距1/15時(shí)，則需要結(jié)合凝汽器流場分布情況和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋，在流速較高的危險(xiǎn)區(qū)域管束中安裝防振條，或者預(yù)防性堵管等。如冬季半側(cè)運(yùn)行工況下計(jì)算流速大于臨界疲勞流速，則機(jī)組在實(shí)際半側(cè)運(yùn)行中需要降低機(jī)組功率，直至在該功率平臺(tái)下的計(jì)算換熱管振幅小于換熱管橋距1/15。6服役運(yùn)行期間評(píng)估要求6.1變工況計(jì)算評(píng)估當(dāng)跨距的校核計(jì)算，彈性汽流激振評(píng)估,交變應(yīng)力評(píng)估或振幅評(píng)估中有任一工況超過保證值要求，則凝汽器傳熱管將處于不安全狀態(tài)。尤其是冬季半側(cè)運(yùn)行工況下評(píng)估指標(biāo)超過保證值時(shí)，需要首先理論評(píng)估在低功率平臺(tái)的各項(xiàng)指標(biāo)符合性。根據(jù)機(jī)組半列運(yùn)行熱平衡圖，擬合得到不同海水溫度、不同熱功率平臺(tái)下凝汽器半側(cè)運(yùn)行時(shí)電功率等熱力參數(shù)。如彈性氣流激振、交變應(yīng)力、振幅均滿足判定準(zhǔn)則，則理論上在該工況時(shí)換熱管處于安全狀態(tài)。最終將獲得機(jī)組在凝汽器半側(cè)運(yùn)行時(shí)不同海水溫度下的對應(yīng)的安全電功率平臺(tái)。6.2光纖光柵測試試驗(yàn)在理論評(píng)估的機(jī)組半側(cè)安全運(yùn)行工況基礎(chǔ)上，宜采用光纖光柵測試技術(shù)，在流速較高區(qū)域的換熱管上共安裝振幅測點(diǎn)，對100%Pn(核功率)雙列運(yùn)行工況、理論計(jì)算安全的半側(cè)運(yùn)行工況等多個(gè)工況下?lián)Q熱管振幅進(jìn)行實(shí)際測量。如換熱管最大振幅小于橋距1/15的設(shè)計(jì)限制值，則凝汽器換熱管在該條件下運(yùn)行時(shí)處于安全狀態(tài)。如實(shí)際測試傳熱管振幅接近或大于橋距1/15的設(shè)計(jì)限制值，應(yīng)立即降低機(jī)組功率，直至換熱管最大振幅小于橋距1/15的設(shè)計(jì)限制值。全年不同海水溫度時(shí)機(jī)組效率不同，則同一熱功率平臺(tái)下的電功率不同。宜評(píng)估同一熱功