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

3T/CNEAXXXX—XXXX核電廠凝汽器半側(cè)安全運行技術(shù)評估導(dǎo)則本標準確立了以安全運行為主，兼顧經(jīng)濟性進行核電廠凝汽器半側(cè)運行評估的基本原則。本標準適用于百萬千瓦級大型壓水堆核電廠凝汽器，其他類型核電機組可參照執(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汽輪機表面式凝汽器ASMEPTC12.2PerformancetestcodeonsteamsurfacecondenserGB/T37753表面式凝汽器性能試驗規(guī)程NB/T25102壓水堆核電廠凝汽器性能試驗導(dǎo)則DL/T932凝汽器與真空系統(tǒng)運行維護導(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)合核電廠運行典型工況，利用跨距計算模型對核電廠換熱管設(shè)計跨距進行評估。3.2流體彈性不穩(wěn)定性（Fluidelasticinstability）流體彈性不穩(wěn)定性是汽輪機乏汽沖刷換熱管產(chǎn)生的動態(tài)流體力與換熱管運動相互作用的結(jié)果。流體彈性不穩(wěn)定性也稱之為流體彈性激振。當流體速度較高時，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，很短時間便遭到破壞。無論是氣體、液體還是兩相流體，當其流過管束時，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理。3.3半側(cè)運行(halfsidesafetyoperation)核電廠通過A列和B列循環(huán)水的兩條涵管獨立回路，分別向凝汽器水室提供正常運行時冷卻機組所需50%冷卻水量。當兩列之間無母管聯(lián)通或循環(huán)水管進出口無出口蝶閥時，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，則凝汽器僅有一半的換熱面積處于換熱狀態(tài)。此時核電廠需要降低機組功率運行。3.4運行工況(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)運行工況，冬季旁排全開等標準運行工況，也包含半側(cè)運行的安全工況。凝汽器在半側(cè)運行工況下，經(jīng)常出現(xiàn)熱力條件能滿足運行要求，而機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，造成機組停機檢修或降低功率運行。4總則評估核電廠凝汽器在半側(cè)運行工況運行時換熱管管束的安全性，防止換熱管發(fā)生疲勞斷裂，為核電廠的安全運行提供指導(dǎo)。評估內(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。宜通過變工況計算確定機組安全的半側(cè)運行電功率平臺，并進行光柵光纖的試驗測試，保障凝汽器運行安全性，并提升核電廠經(jīng)濟性。5設(shè)計制造期間評估要求5.1跨距校核計算方法汽輪機乏汽高流速汽流的拖拽作用使凝汽器換熱管發(fā)生振動，換熱管振幅隨蒸汽流速提高而增加，當換熱管的最大撓度Ym保持在換熱管排列橋距的1/4以內(nèi)時，可預(yù)防換熱管的汽流激振風(fēng)險。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)運行工況，冬季旁排全開等工況下的參數(shù)進行校核，選取各工況中跨距的最小值。如計算跨距大于核電廠的設(shè)計跨距，則換熱管管束基本處于安全狀態(tài)。如果計算跨距小于核電廠的設(shè)計跨距，則需要結(jié)合凝汽器流場分布情況和相關(guān)經(jīng)驗反饋，在蒸汽流速較高的危險區(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，其中又以彈性不穩(wěn)定振動為主要判斷類型。流體彈性不穩(wěn)定性也稱之為流體彈性激振。當蒸汽速度小于臨界流速時，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)運行工況，冬季旁排全開等工況下的參數(shù)進行校核，如各工況下計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)驗反饋，在流速較高的危險區(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)運行工況下計算流速大于臨界流速，則機組在實際半側(cè)運行中需要降低機組功率，直至在該功率平臺下的計算流速小于臨界流速。5.3換熱管交變應(yīng)力評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)化為流速的表達式進行判斷，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——動力放大系數(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)運行工況，冬季旁排全開等工況下的參數(shù)進行校核，如各工況下計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)驗反饋，在流速較高的危險區(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)運行工況下計算流速大于臨界疲勞流速，則機組在實際半側(cè)運行中需要降低機組功率，直至在該功率平臺下的計算流速小于臨界疲勞流速。5.4換熱管振幅評估換熱管振幅隨蒸汽流速提高而增加，當換熱管最大振幅小于橋距的1/15時，則換熱管之間將不會發(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)運行工況，冬季旁排全開等工況下的參數(shù)進行校核，如各工況下計算的換熱管振幅均小于換熱管橋距1/15時，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，則需要結(jié)合凝汽器流場分布情況和相關(guān)經(jīng)驗反饋，在流速較高的危險區(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)運行工況下計算流速大于臨界疲勞流速，則機組在實際半側(cè)運行中需要降低機組功率，直至在該功率平臺下的計算換熱管振幅小于換熱管橋距1/15。6服役運行期間評估要求6.1變工況計算評估當跨距的校核計算，彈性汽流激振評估,交變應(yīng)力評估或振幅評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)運行工況下評估指標超過保證值時，需要首先理論評估在低功率平臺的各項指標符合性。根據(jù)機組半列運行熱平衡圖，擬合得到不同海水溫度、不同熱功率平臺下凝汽器半側(cè)運行時電功率等熱力參數(shù)。如彈性氣流激振、交變應(yīng)力、振幅均滿足判定準則，則理論上在該工況時換熱管處于安全狀態(tài)。最終將獲得機組在凝汽器半側(cè)運行時不同海水溫度下的對應(yīng)的安全電功率平臺。6.2光纖光柵測試試驗在理論評估的機組半側(cè)安全運行工況基礎(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，對100%Pn(核功率)雙列運行工況、理論計算安全的半側(cè)運行工況等多個工況下?lián)Q熱管振幅進行實際測量。如換熱管最大振幅小于橋距1/15的設(shè)計限制值，則凝汽器換熱管在該條件下運行時處于安全狀態(tài)。如實際測試傳熱管振幅接近或大于橋距1/15的設(shè)計限制值，應(yīng)立即降低機組功率，直至換熱管最大振幅小于橋距1/15的設(shè)計限制值。全年不同海水溫度時機組效率不同，則同一熱功率平臺下的電功率不同。宜評估同一熱功