《核燃料后處理廠管道力學計算要求》（征求意見稿）

1T/CNIDAXXXX—XXXX核燃料后處理廠管道力學計算通用要求本文件規(guī)定了核燃料后處理廠抗震I類管道在力學分析上所應采用的方法，提供了抗震I類管道力學分析結(jié)果的校核準則，從而可保證乏燃料后處理廠抗震I類管道及其附件的完整性、功能性和可運行性的設計要求。本文件適用于EJ/T939《核燃料后處理廠建（構(gòu)）筑物、系統(tǒng)和部件的分級準則》中規(guī)定的后處理廠抗震I類管道的力學計算。非抗震I類管道的力學計算不應低于國家現(xiàn)行非核安全相關標準的規(guī)定。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB50267-2019核電廠抗震設計標準EJ/T939-2014核燃料后處理廠建（構(gòu)）筑物、系統(tǒng)和部件的分級準則3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1腐蝕裕量corrosionallowances當預計會有腐蝕或侵蝕時，應在原有設計要求的壁厚基礎上加上裕量。此裕量應按規(guī)定的管道設計壽命確定。3.2極限安全地震動ultimatesafetygroundmotion（SL-2）核電廠設計基準地震動的較高水準，是對應極限安全要求的地震動，通常為預估的核電廠所在地區(qū)可能遭遇的最大潛在地震動，對應的年超越概率為10-4。3.3運行安全地震動operationalsafetygroundmotion（SL-1）2T/CNIDAXXXX—XXXX核電廠設計基準地震動的較低水準，主要用于對核電廠運行安全控制、設計中的荷載組合與應力分析等，該地震動具有與極限安全地震動不同的用途。4抗震分析方法4.1一般要求管道抗震分析應采用等效靜力法或反應譜法進行分析?？拐鸱治鲋?，應考慮兩個水平方向和一個豎直方向的地震輸入。4.2等效靜力法等效靜力法可適用于簡化計算，應同時滿足以下要求：1有充分依據(jù)表明實際結(jié)構(gòu)可用簡單的模型模擬，且可導致保守的計算結(jié)果；2可采用1.5倍包絡反應譜的最大譜加速度作為輸入，若采用小于1.5的系數(shù)，需進行充分論證。4.3譜分析法可根據(jù)管道模型的特點，選用單層譜或多層譜分析法。a)選用單層譜法時，施加于支承上的單層譜應該是各個支承的包絡譜。兩個樓層之間的譜可采用線性插值得到。b)選用多層譜法時，應按照支承安裝的樓層標高將支承分為幾組，然后將與標高相關的樓層譜施加到相應的支承上。4.4阻尼比管道抗震分析中采用的阻尼比應根據(jù)以下要求確定。a)考慮運行安全地震動時，阻尼比應取3%，考慮極限安全地震動時，阻尼比應取4%。b)當采用多支承點的包絡譜對管道系統(tǒng)進行地震作用效應的計算時，可根據(jù)管道的固有頻率按下述規(guī)定確定阻尼比：1）當固有頻率小于或等于10Hz時，阻尼比可取5%；2）當固有頻率大于或等于20Hz時，阻尼比可取2%；3）當固有頻率大于10Hz但小于20Hz時，阻尼比可基于（1）和（2）給出的數(shù)值由線性插值確4.4管道模型4.4.1模型自由度所建立的管道計算模型應包含足夠數(shù)量的節(jié)點和自由度，可按以下步驟檢查自由度數(shù)量是否足夠。1檢查各振型曲線是否光滑；3T/CNIDAXXXX—XXXX2振型曲線光滑時，對管道模型輸入1g加速度進行靜力計算，將計算結(jié)果與相應分布質(zhì)量模型的靜力計算結(jié)果對比，若支承或支承附近兩者計算結(jié)果相差較大，則表明自由度數(shù)量不夠。4.4.2模型邊界a)模型邊界一般應取管道與部件連接處、固定支承處或與較大管徑管道的連接處。如果滿足下列要求之一，可排除支管而只對主管進行計算。1）支管的外徑小于或等于主管外徑的1/4或支管與主管的截面慣性模量比小于1/100。2）支管位于固定點或縱向?qū)蛑С懈浇?。否則，應在主管分析中考慮支管的影響，并且在單獨分析支管時，應輸入主管連接點處的地震反應，含連接點處的反應譜、加速度時程及位移。若采取其它簡化輸入方法，應驗證其保守性。b)應考慮抗震I類管道與非抗震I類管道系統(tǒng)的相互作用，并滿足下列要求：1）非抗震I類管道系統(tǒng)若與抗震I類管道系統(tǒng)不直接相連，但兩者隔離不可實施或無效，則非抗震I類管道系統(tǒng)應滿足與抗震I類管道系統(tǒng)相同的抗震設計要求；2）非抗震I類管道系統(tǒng)若與抗震I類管道系統(tǒng)直接相連，則前者應包含在后者的分析模型中，非抗震I類管道系統(tǒng)自交界部位到相鄰的第一個固定點間的部分，在極限安全地震動下，不應導致抗震I類管道系統(tǒng)的失效。4.4.3支承要求一般管道設計中采用的支承類型應包括：a)固定支承，約束6個自由度；b)導向和夾緊支承，約束1、2或者3個位移自由度。管道抗震分析時管道模型中可選取支架的實際剛度，也可對支架做剛性簡化；采用后者方法時，支架的實際剛度應大于最小剛度限值，最小剛度限值取決于管道名義直徑和壁厚等級。當一個支架支承多個管道時，不同位置的支架剛度應就各管道分別確定，采用剛性支架假設應進行論證。計算中應滿足支承點處的位移和約束要求、支承間的最大跨距要求和管道支承的最小剛度要求。當管道分擔的支架質(zhì)量對抗震計算結(jié)果影響較大時，應考慮管道分擔的支架質(zhì)量的影響。當土建條件具備時，應盡量采用埋板將支承連接到混凝土結(jié)構(gòu)上。4.4.3其它要求管道模型的總體坐標系應盡可能與廠房的參考坐標系一致。若管道需采用局部坐標系建模，應在管道規(guī)格書中規(guī)定。管道模型中應計入管道上的閥門及其它部件的質(zhì)量，應考慮偏心距及偏心質(zhì)量的影響。閥門只應在閥體上部承受支承，如果閥門本身不要求有支承，則支承應放置在靠近閥體的位置，閥蓋不應用作支承。冷凍閥、穿地閥、蒸汽噴射泵等部件應根據(jù)實際在管道模型中考慮其幾何特征和約束形式的影響。4.5響應疊加方法管道模型單個方向不同階模態(tài)響應的組合方法應參照《核電廠抗震設計標準》GB50267附錄B執(zhí)行，管道在三個正交方向的地震響應采用平方和的平方根法（SRSS）進行組合。4T/CNIDAXXXX—XXXX如果管道模型位于不同的廠房，不同方向由于廠房引起的地震錨固點位移產(chǎn)生的響應應采用靜力法求得，對于三個方向的響應采用平方和的平方根法（SRSS）進行組合。地震錨固點位移響應與地震響應應采用平方和的平方根法（SRSS）進行組合。5應滿足的準則5.1基本準則運行中管道所承受的工況可分為設計工況、正常運行工況、異常工況、事故工況和試驗工況。設計工況指以設計載荷為特征的一種工況，設計載荷應由管道在正常運行工況下所承受的最高載荷確定。正常運行工況指管道在正常運行期間（包括穩(wěn)態(tài)運行和相關的各種正常運行瞬態(tài)）所處的工況。異常工況指管道在各種正常運行故障時所處的工況。事故工況指極不可能出現(xiàn)的工況，但必須研究這類工況對部件安全造成的后果。試驗工況指在規(guī)定的水壓試驗時部件所處的工況。管道對每一類工況有關的每一載荷組合應對應一個準則級別要求。設計工況應滿足0級準則。正常運行工況應滿足A級準則。異常工況應滿足B級準則。事故工況應滿足D級準則。在試驗工況下，應滿足對應的評定限制。每組準則級別均與一組評定限制相對應。乏燃料后處理廠抗震I類管道的各工況，載荷，準則級別，評定方程編號和評定限制見表1。由于后處理廠管道內(nèi)介質(zhì)具有強腐蝕性，在設計工況計算時應在管道設計壁厚基礎上減去腐蝕裕量作為計算厚度。表1不同工況下所考慮的載荷和評定限制-設計壓力-靜重和持續(xù)載荷6-熱膨脹和熱位移A級7-熱膨脹和熱位移-正常運行壓力-靜重和持續(xù)載荷8-非循環(huán)錨固點位移,包括生9-最大運行壓力-靜重和持續(xù)載荷-SL-1動力效應-SL-1產(chǎn)生的錨固點位移-其它一次異常載荷-最大運行壓力-靜重和持續(xù)載荷-SL-2動力效應10’5T/CNIDAXXXX—XXXX-SL-2產(chǎn)生的錨固點位移-其它一次事故載荷PDhPDn10’’h/P2tyn注1）當熱脹應力超過SA時，即當沒有滿足公式(7)的要求時，可用公式(8)繼續(xù)校核熱脹應力與自重應力之和是否小于Sh+SA，如滿足公式(8)，可認為此工況熱脹應力滿足要求。（2）在事故工況下，若>Sh，應同時計算10、10’’兩個方程，應力比取兩個方程結(jié)果的最P：設計壓力；PPmax：所考慮工況下的最大壓力；D0：管道外徑；tn：公稱壁厚，對于彎管，指管道彎曲前直管的公稱壁厚減去彎曲引起的最大減薄值；Z：管道截面模量；i：應力增強系數(shù)，宜按照RCC-M圖C3680執(zhí)行；MA：由重量和其它持續(xù)載荷加在橫截面上產(chǎn)生的合力矩；MB：偶然載荷（如閥門產(chǎn)生的推力，地震載荷等MB中由地震產(chǎn)生的力矩應采用以下兩種計算方法：如果阻尼比大于或等于ξ≥10%，則直接采用響應譜分析法得到的力矩MDyn。如果所采用的阻尼比2%≤ξ≤5%，則MB=Dyn，式中τ=。MC：由熱膨脹產(chǎn)生的力矩變化范圍；MD：由任何單向的非循環(huán)錨固點位移產(chǎn)生的合力矩，如預計的建筑物沉降；6T/CNIDAXXXX—XXXXSC：室溫下材料的許用應力；Sh：設計溫度下材料的許用應力；Sy：試驗溫度下材料的屈服強度；SA：熱膨脹應力的允許應力變化范圍，應由公式SA=f(1.25SC+0.25Sh)給出，式中f為設備使用壽期內(nèi)，循環(huán)工作條件下等效全溫度循環(huán)的總循環(huán)數(shù)為N時的應力范圍減弱系數(shù)，f的取值由表2給出。表2應力范圍減弱系數(shù)取值等效全溫度循環(huán)數(shù)N減弱系數(shù)f10.90.822000～450000.745000～1000000.60.5如果溫度變化幅度不同，則等效的全溫度循環(huán)次數(shù)N可按下式計算：Nn式中：NE=對應于最大的溫度變化幅度ΔTE的循環(huán)次數(shù)，對應于ΔTE的膨脹應力SE將在表5-1的方程7中得到計算；N1,…Nn=對應于較低溫度變化幅度ΔT1、ΔT2…Tn的循環(huán)次數(shù)；r,…rn=溫度變化幅度ΔTi與最高溫度變化幅度ΔTE之比。E)5.2功能性準則對于在事故工況下要求保持功能性的管道，應對管道進行功能性分析。此分析應使相應的管道應力滿足表3的限值。7T/CNIDAXXXX—XXXX表3功能性評定所考慮的應力類型和評定限制75.3可運行性準則對于在事故工況下要求附件保持其可運行性的管道，應對管道進行管道附件的可運行性分析。此分析應使相應的管道應力滿足表4的限值。表4可運行性評定所考慮的應力類型和評定限制7AZAZ5.4接口數(shù)據(jù)規(guī)定5.4.1與設備接口處的載荷應管道與設備接口的許用載荷應滿足設備供貨方的要求。5.4.2閥門加速度閥門重心處應同時承受兩個水平方向和一個豎直方向的加速度。除非另有說明，閥門重心每一個方向的加速度應限制在以下數(shù)值以內(nèi)。對于SL-2地震：地面峰值加速度的20倍。對于SL-1地震：0.8倍的SL-2的加速度限值。6分析報告6.1一般要求管道計算完成后應提供管道力學分析報告，完整的管道力學分析報告應由以下幾部分組成：封面、簽字頁、文件修改記錄頁、目錄、正文、附錄和附圖等。管道力學分析報告的各部分要求如下。6.2概述8T/CNIDAXXXX—XXXX應列出計算任務來源、所采用的軟件版本和軟件有效性證書編號、所考慮的載荷以及評定結(jié)果所依據(jù)的規(guī)范、本報告所提供的最終分析結(jié)果等簡要內(nèi)容。還應包括經(jīng)設計者確認澄清的內(nèi)容和修改說明（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管道描述應列表給出報告中所用到的管道參數(shù)，包括管道編號、管道外徑和壁厚、管道材料、管道保溫參數(shù)（壁厚和線重）、管道線重、工況參數(shù)以及管道的抗震級別、規(guī)范等級和核安全等級（功能等級）。應給出報告中所采用的單位。應列表給出管道邊界信息，包括邊界標識、所在管線號、模型中對應的節(jié)點號、安裝分區(qū)和標高等信息。應列表給出管道建模中的支架信息，包括：支架個數(shù)、對應的節(jié)點號、支架功能、約束方向、標高和備注等信息，并且對支架約束所采用的坐標系（局部坐標系或總體坐標系）給出注釋。應給出所用材料參數(shù)的依據(jù)，并且給出報告中用到的標識符含義。應給出閥門和孔板等部件的參數(shù)，包括重心節(jié)點號、長度、重量、偏心和抗震類別等信息。6.4設計條件應列表給出所考慮的載荷和對應的工況號。應列表給出所考慮的載荷、工況號、準則級別、方程編號以及應力限值。應給出閥門加速度限值（如有）。應給出管道功能性應力限值（如有）。應給出閥門可運行性應力限值（如有）。6.5計算結(jié)果應對地震分析所采用的方法（單層譜或多層譜）給出說明。列表給出所采用的反應譜，包括廠房、標高、反應譜等級（SL-1和SL-2）和阻尼比。應列表給出應力分析結(jié)果，包括準則級別、方程編號、最大值對應的節(jié)點號、最大計算應力值、許用應力限值和最大值與許用應力限值的比值以及比值大于0.9的節(jié)點號。6.6參考文獻及相關文件