《核電廠常規(guī)島管網(wǎng)振動(dòng)疲勞管理導(dǎo)則》（征求意見(jiàn)稿）

1T/CNEAXXXX—XXXX核電廠常規(guī)島管網(wǎng)振動(dòng)疲勞管理導(dǎo)則本文件用于指導(dǎo)核電廠常規(guī)島管網(wǎng)疲勞管理，包括疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、高風(fēng)險(xiǎn)管道振動(dòng)疲勞測(cè)試和評(píng)估要求、管道振動(dòng)治理措施、高風(fēng)險(xiǎn)管道的定期監(jiān)督要求等。本文件適用于壓水堆核電廠常規(guī)島管網(wǎng)疲勞管理，其他堆型機(jī)組的管網(wǎng)可參照實(shí)施。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(duì)應(yīng)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(tǒng)振動(dòng)測(cè)試與評(píng)估NB/T20612-2021核電廠小支管振動(dòng)測(cè)試與評(píng)估T/CNEA***核電廠管道振動(dòng)測(cè)試規(guī)程第2部分：非核級(jí)管道3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1流動(dòng)誘導(dǎo)湍流flowinducedturbulence管道閥門(mén)、彎頭、三通、變徑等流動(dòng)不連續(xù)位置產(chǎn)生的不穩(wěn)定流動(dòng)。3.2機(jī)械激勵(lì)mechanicalexcitation旋轉(zhuǎn)或往復(fù)設(shè)備振動(dòng)對(duì)所連接管道產(chǎn)生的激勵(lì)。3.3脈動(dòng)pulsation管道內(nèi)部流體的聲學(xué)駐波激勵(lì)。2T/CNEAXXXX—XXXX3.4高頻聲激勵(lì)high-frequencyacousticexcitation減壓裝置（如泄壓閥、調(diào)節(jié)閥或節(jié)流孔板）中高速流體沖擊管壁產(chǎn)生的高頻激勵(lì)，常引起噪聲和管壁彎曲振動(dòng)。3.5空化cavitation當(dāng)流體中存在足夠的局部壓降時(shí)（例如離心泵、閥門(mén)、孔板），液體內(nèi)部形成氣泡并坍塌，產(chǎn)生非常高的局部壓力。3.6閃蒸flashing當(dāng)流體中存在足夠的局部壓降（例如離心泵、閥門(mén)、孔板）或兩種流體類(lèi)型混合，當(dāng)流體壓力小于流體的飽和蒸汽壓力時(shí)，流體會(huì)突然從液體變?yōu)檎羝麪顟B(tài)，這一過(guò)程稱為閃蒸。3.7閥門(mén)快速操作引起的水錘water-hammerduetorapidvalveoperation由于（流體）速度突變（管道系統(tǒng)中，閥門(mén)的突然關(guān)閉或開(kāi)啟）、流體柱運(yùn)動(dòng)的突然開(kāi)始或停止導(dǎo)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(hào)下列符號(hào)適用于本文本。符號(hào)說(shuō)明單位c聲速m/sDext母管外徑mmDint母管內(nèi)徑mmdint支管內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)固有頻率HzFv流致振動(dòng)系數(shù)無(wú)量綱FVF流體粘度影響系數(shù)無(wú)量綱K流體體積模量PaLtw從支撐點(diǎn)到熱電偶套管尖端的長(zhǎng)度m階梯型熱電偶套管上最大直徑部分的長(zhǎng)度mL2階梯型熱電偶套管上較小直徑部分的長(zhǎng)度mLdis振源或聲源與焊接不連續(xù)位置之間的距離mLbranc?側(cè)支管長(zhǎng)度mLspan管道上兩個(gè)支架之間的最大跨度mLup閥門(mén)到下一個(gè)重要直徑變化處之間的管道長(zhǎng)度mMw氣體分子量g/molP靜態(tài)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(shí)泵的壓頭PaPV蒸汽壓力PaR通用氣體常數(shù)=8314J/K.kmol雷諾數(shù)無(wú)量綱T母管壁厚mmt支管壁厚mmTe絕對(duì)溫度KW質(zhì)量流量Kg/sγ比熱比=(Cp/Cv)無(wú)量綱ρ密度kg/m3v管道內(nèi)介質(zhì)的速度m/sμgas氣體動(dòng)態(tài)粘度Pa.ss總體要求通過(guò)定性分析，篩選確定需要進(jìn)行振動(dòng)疲勞管理的管道系統(tǒng)范圍。對(duì)每個(gè)系統(tǒng)中的管道進(jìn)行定量的振動(dòng)疲勞失效可能性計(jì)算，確定高風(fēng)險(xiǎn)管道范圍。對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)管道進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試和評(píng)估，根據(jù)振動(dòng)量級(jí)進(jìn)行管理分級(jí)。對(duì)于存在振動(dòng)疲勞失效風(fēng)險(xiǎn)的管道，應(yīng)進(jìn)行減振治理。4T/CNEAXXXX—XXXX6管網(wǎng)振動(dòng)疲勞分級(jí)管理6.1管道系統(tǒng)范圍的確定進(jìn)行管網(wǎng)振動(dòng)疲勞分級(jí)之前，首先確定需要進(jìn)行振動(dòng)疲勞管理的管道系統(tǒng)范圍。重點(diǎn)考慮與機(jī)組安全或可靠性相關(guān)的系統(tǒng)。管道系統(tǒng)范圍的確定基于定性分析的方法進(jìn)行，按照表1給出的9項(xiàng)要素分別進(jìn)行判斷，失效可能性分為：低、中、高三類(lèi)。每項(xiàng)要素的失效可能性為“低”的，定性評(píng)估分值為0，該項(xiàng)要素的失效可能性為“中”或“高”的，定性評(píng)估分值為1。定性評(píng)估分值之和不為0的管道系統(tǒng)，需要納入到進(jìn)行振動(dòng)疲勞分級(jí)管理的范圍。表1管道系統(tǒng)振動(dòng)疲勞風(fēng)險(xiǎn)的定性分析要素表低中高15000≤ρv<2否/是3否4否泵5否運(yùn)行管理能夠確保不發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速行6否/是7否/是8否/是9否是6.2管道系統(tǒng)失效可能性的定性評(píng)估管道系統(tǒng)的范圍確定后，對(duì)該系統(tǒng)中所有管道進(jìn)行失效可能性的定性評(píng)估。單根管道的振動(dòng)疲勞失效可能性定性評(píng)估方法與管道系統(tǒng)的評(píng)估方法相同，也按照表1給出的9個(gè)要素進(jìn)行分析。每項(xiàng)要素的失效可能性為“低”的，定性評(píng)估分值為0，該項(xiàng)要素的失效可能性為“中”或“高”的，定性評(píng)估分值為1。定性評(píng)估分值之和不為0的管道，需要進(jìn)行振動(dòng)疲勞失效可能性的定量評(píng)估。5T/CNEAXXXX—XXXX根據(jù)表1，確定每根管道的潛在激勵(lì)機(jī)制，對(duì)于每一種潛在激勵(lì)機(jī)制，按照6.3的要求開(kāi)展振動(dòng)疲勞失效可能性的定量評(píng)估。6.3單一管道的振動(dòng)疲勞失效可能性（LOF）的定量評(píng)估6.3.1受流動(dòng)誘導(dǎo)湍流激勵(lì)的管道LOF定量評(píng)估計(jì)算管道內(nèi)流體動(dòng)能ρv2：對(duì)于單相流：2ρv2=(實(shí)際密度×實(shí)際速度)（1）對(duì)于多相流：2ρv2=(有效密度×有效速度)（2）其中：有效密度=總質(zhì)量流量/總體積流量；有效速度=總體積流量/管道內(nèi)部橫截面積；總質(zhì)量流量=∑（每種相的實(shí)際體積流量）×（該相的密度總體積流量=∑（每種相的實(shí)際體積流量）。計(jì)算流體粘度影響系數(shù)（FVF對(duì)于液體和多相流體，F(xiàn)VF等于1。氣體系統(tǒng)的FVF通過(guò)以下公式計(jì)FVF=（3）根據(jù)管道設(shè)計(jì)圖或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘測(cè)，確定管道上具有部分或全部位移約束作用的兩個(gè)支架之間的最大管跨長(zhǎng)度Lspan，按照表1的方法判斷管道上支架布置類(lèi)型。支架布置分為柔性、中等柔性、中等剛性和剛性四種，根據(jù)表2的方法確定每種支架布置類(lèi)型的流致振動(dòng)系數(shù)Fv。表1支架布置分類(lèi)方法最大管跨長(zhǎng)度支架布置類(lèi)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(dòng)系數(shù)計(jì)算方法支架布置類(lèi)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(guò)公式（4）確定流動(dòng)誘導(dǎo)湍流引起管道振動(dòng)疲勞的LOF值：LOF=ρv2?FVF/Fv（4）6.3.2受機(jī)械激勵(lì)管道的LOF定量評(píng)估管道與泵、壓縮機(jī)等直接連接時(shí)，泵和壓縮機(jī)的振動(dòng)傳遞至管道，引起機(jī)械激勵(lì)。LOF值的確定方法為：a）與往復(fù)式/容積式壓縮機(jī)或泵連接的管道，LOF為0.9。與柴油機(jī)或燃?xì)鈾C(jī)連接的管道，LOF為0.8。b）與螺桿壓縮機(jī)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(shí)，LOF值與所連接管道相同。6.3.3受脈動(dòng)激勵(lì)管道的LOF定量評(píng)估脈動(dòng)激勵(lì)的來(lái)源有：往復(fù)或容積式壓縮機(jī)及泵、離心式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)失速、封閉支管壓力脈動(dòng)。LOF值的確定方法為：a）往復(fù)或容積式壓縮機(jī)及泵的功率小于112kW且排放壓力小于3.5MPa時(shí)，連接管道LOF=0.4；否則LOF=1.0。b）離心式壓縮機(jī)顯示旋轉(zhuǎn)失速特性，且在低流量下運(yùn)行時(shí)，連接管道的LOF=1.0；否則LOF=0.4；無(wú)旋轉(zhuǎn)失速特性時(shí)，連接管道的LOF=0.2;流體經(jīng)過(guò)具有封閉端的支管時(shí)，會(huì)引起周期性流體激勵(lì)，影響范圍支管到主管上游和下游的第一個(gè)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(píng)估流程在附錄A中的圖A.1中給出。6.3.4高頻聲激勵(lì)情況下管道LOF定量評(píng)估調(diào)節(jié)閥、減壓閥、節(jié)流孔板等減壓裝置處可能產(chǎn)生高頻聲激勵(lì)，高頻聲激勵(lì)的影響范圍較廣，通常會(huì)傳遞至下游第一個(gè)容器處，因此需評(píng)估振源下游每個(gè)焊縫處的LOF值。高頻聲激勵(lì)情況下管道焊縫的LOF評(píng)估流程在附錄B中圖B.1~圖B.2給出。6.3.5閥門(mén)快速操作引起的水錘激勵(lì)下管道LOF定量評(píng)估識(shí)別管線上所有需要執(zhí)行快速動(dòng)作功能的閥門(mén)，評(píng)估三種情況：干氣閥打開(kāi)、液體或多相閥關(guān)閉、液體或多相閥打開(kāi)。a）干氣閥快速打開(kāi)導(dǎo)致動(dòng)量突然變化，從而形成瞬態(tài)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(guān)閉，指閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間小于（2Lup/c），這種情況下管道LOF計(jì)算方法在附錄C圖C.1中給出。c）液體或多相閥門(mén)打開(kāi)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)力激勵(lì)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(lì)管道的LOF定量評(píng)估空化和閃蒸是相對(duì)局部的影響，所產(chǎn)生的能量可以沿著管道傳輸，激勵(lì)源上游和下游各兩個(gè)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(jì)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(píng)估管道的激勵(lì)機(jī)制為段塞流，LOF=1.0。6.4高風(fēng)險(xiǎn)管道的振動(dòng)疲勞定量評(píng)估和分級(jí)管理對(duì)于LOF值大于0.3的管道，進(jìn)行母管目視檢查和附屬小支管的振動(dòng)測(cè)量。目視檢查中主要檢查母管的施工、幾何結(jié)構(gòu)、支撐有效性以及是否存在向相鄰管道傳遞振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于LOF值大于0.5的管道，應(yīng)進(jìn)行母管和附屬小支管的振動(dòng)測(cè)量，參考T/CNEA***標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。管道的振動(dòng)測(cè)量及允許振動(dòng)限值的計(jì)算方法，參照NB/T25081-2018標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。小支管的振動(dòng)測(cè)量及允許振動(dòng)限值的計(jì)算方法，參照NB/T20612-2021標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。對(duì)管道振動(dòng)疲勞進(jìn)行分級(jí)管理，根據(jù)其實(shí)際振動(dòng)水平分為0級(jí)~3級(jí)，分級(jí)方法在附錄E中圖E.1給出。管理要求如下：（1）0級(jí)管道：不需采取措施；（2）1級(jí)管道：作為關(guān)注對(duì)象，進(jìn)行定期目視檢查，著重檢查附屬小支管振動(dòng)水平和支架完整性；（3）2級(jí)管道：開(kāi)展3C定期振動(dòng)鑒定，評(píng)估管道振動(dòng)水平，并根據(jù)振動(dòng)水平重新進(jìn)行分級(jí)。重要管道（如影響機(jī)組安全性或運(yùn)行可靠性）進(jìn)行減振治理；（4）3級(jí)管道：開(kāi)展減振治理，降低管道振動(dòng)水平，使分級(jí)符合0~2級(jí)分級(jí)準(zhǔn)則。6.5管道振動(dòng)控制措施管道振動(dòng)措施通?？紤]兩個(gè)方面：消除激勵(lì)機(jī)制和降低振動(dòng)響應(yīng)。針對(duì)不同的激振機(jī)制，可有實(shí)施更針對(duì)性的改進(jìn)措施。對(duì)于流體誘導(dǎo)湍流激勵(lì)，通常引起低頻振動(dòng)，主要減振措施有：a）從激勵(lì)機(jī)制方面，可采用降低流速、流動(dòng)平滑、使用高恢復(fù)系數(shù)的閥門(mén)等來(lái)降低激振能量，從而降低管道振動(dòng)水平；8T/CNEAXXXX—XXXXb）從振動(dòng)響應(yīng)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(shí)需綜合評(píng)估）、安裝粘滯型阻尼器、安裝調(diào)諧動(dòng)力吸振器、調(diào)整管道支吊架布置或增加位移約束型支架等措施，來(lái)降低管道振動(dòng)水平。對(duì)于受機(jī)械激勵(lì)的管道，主要減振措施有：a）從激勵(lì)機(jī)制方面，措施主要有：改變機(jī)器運(yùn)行條件以避開(kāi)共振頻率，或在機(jī)器與管道之間增加隔振裝置、使用波紋管等，避免機(jī)器振動(dòng)載荷向管道的傳遞；b）從振動(dòng)響應(yīng)方面，改變管道的質(zhì)量或剛度以調(diào)整其固有頻率，避免與激振頻率重合，如改變管跨長(zhǎng)度、改變管道直徑等；c）從避免共振的角度，管道固有頻率應(yīng)避開(kāi)激勵(lì)頻率的±20%。對(duì)于受脈動(dòng)激勵(lì)的管道，主要減振措施有：a）從激勵(lì)機(jī)制方面，措施主要有：改變機(jī)器運(yùn)行條件以避開(kāi)共振頻率（壓縮機(jī)速度應(yīng)避開(kāi)最近聲學(xué)固有頻率的±20%改變管道長(zhǎng)度以改變其聲學(xué)固有頻率，流動(dòng)平滑，使用脈動(dòng)罐來(lái)吸收壓力脈動(dòng)、使用孔板或消聲器等；b）從振動(dòng)響應(yīng)方面，改變管道的質(zhì)量或剛度以調(diào)整其固有頻率，避免與激振頻率重合，如改變管跨長(zhǎng)度、改變管道直徑等。對(duì)于受高頻聲激勵(lì)的管道，減振措施有：a）從激勵(lì)機(jī)制方面，措施主要有：降低質(zhì)量流量、使用低噪聲閥芯、增加危險(xiǎn)區(qū)域與聲源之間的距離（如將小支管移至遠(yuǎn)離聲源的位置）、使用消聲器等；b）從振動(dòng)響應(yīng)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(xù)結(jié)構(gòu)、使用加強(qiáng)環(huán)等。對(duì)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(dòng)低的位置、優(yōu)化支管座結(jié)構(gòu)等，降低支管振動(dòng)水平。對(duì)于存在空化和閃蒸的管道，主要減振措施有：a）從激勵(lì)機(jī)制方面，措施主要有：改變運(yùn)行條件、更換閥門(mén)類(lèi)型或閥內(nèi)件、采用多級(jí)降壓、局部進(jìn)行流量平滑等；b）從振動(dòng)響應(yīng)方面，由于空化和閃蒸僅對(duì)閥門(mén)下游有限距離起作用，故加強(qiáng)下游母管道和小支管的支撐有助于降低管道振動(dòng)水平。對(duì)存在水錘的管道，主要解決措施有：a）從激勵(lì)機(jī)制方面，措施主要有：改變運(yùn)行條件、使用安全閥進(jìn)行泄壓、使用緩沖罐降低流速等；b）從振動(dòng)響應(yīng)方面，措施主要有：減少?gòu)濐^和異徑管的數(shù)量以減少瞬態(tài)流動(dòng)引起的流體動(dòng)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(qiáng)制運(yùn)動(dòng)等。7高風(fēng)險(xiǎn)管道的定期監(jiān)督對(duì)于振動(dòng)等級(jí)為2級(jí)和3級(jí)的管道，應(yīng)制定定期監(jiān)督計(jì)劃，監(jiān)督內(nèi)容應(yīng)包括：管道振動(dòng)測(cè)試和評(píng)估、管道上支架的檢查、管道焊縫的檢查。振動(dòng)等級(jí)為3級(jí)的管道，定期監(jiān)督的周期不應(yīng)大于1個(gè)燃料循環(huán)。振動(dòng)等級(jí)為2級(jí)的管道，定期監(jiān)督的周期不應(yīng)大于3個(gè)燃料循環(huán)。9T/CNEAXXXX—XXXX（規(guī)范性附錄）封閉支管脈動(dòng)激勵(lì)評(píng)估流程圖A.1規(guī)定了封閉支管脈動(dòng)激勵(lì)情況下，母管上每個(gè)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(duì)母管上每個(gè)封閉支管封閉支管內(nèi)徑≥dcrit？管內(nèi)流體雷諾數(shù)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(dòng)激勵(lì)評(píng)估流程T/CNEAXXXX—XXXX（資料性附錄）高頻聲激勵(lì)情況下的LOF評(píng)估流程圖B.1和圖B.2為高頻聲激勵(lì)情況母管LOF的分析方法。圖B.1高頻聲激勵(lì)情況的LOF評(píng)估T/CNEAXXXX—XXXX關(guān)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(tái)是↓連接是否為焊接支管臺(tái)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(píng)估（確定單個(gè)焊接不連續(xù)的LOF）圖B.2中，N是失效循環(huán)次數(shù)；FLMi，是第i階段的疲勞壽命乘數(shù)。T/CNEAXXXX—XXXX（規(guī)范性附錄）液體或多相閥快速關(guān)閉引起水錘的管道LOF計(jì)算作閥門(mén)。母管LOF值適用于閥門(mén)上游至進(jìn)入容器或管道直徑較大變化處，