Fatigue Analysis and Countermeasure of Pressurizer Surge Line
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摘要: 为建立热分层以及运行环境对稳压器波动管（简称“波动管”）疲劳影响的分析方法和流程，通过数值模拟、热分层载荷分析、环境影响系数分析计算，对波动管疲劳状态进行分析预测。研究结果表明，受热分层和运行环境的影响，波动管在寿期末累积疲劳使用系数（CUF）接近于1.0，因此需加装在线疲劳监测系统，对波动管的疲劳状态进行实时监测，避免突发断裂。Abstract: In order to establish the analysis method and process of thermal stratification and the impact of operating environment on the fatigue of pressurizer surge line (hereinafter referred to as “surge line”), the fatigue state of surge line is analyzed and predicted through numerical simulation, thermal stratification load analysis and environmental impact coefficient analysis and calculation. The research results show that due to the influence of thermal stratification and operating environment, the cumulative fatigue utilization factor (CUF) of the surge line at the end of its life is close to 1.0, so it is necessary to install an online fatigue monitoring system to monitor the fatigue of the surge line in real time to avoid sudden breakage.
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Key words:
- Pressurize /
- Surge line /
- Fatigue evaluation /
- Numerical simulation
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图 3 升温过程中波动管热分层位移变形图
Figure 3. Displacement and Deformation Diagram of Thermal Stratification of Surge Line During Temperature Rise
图 4 升温过程中波动管热分层应力分布图
Figure 4. Stress Distribution Diagram of Thermal Stratification of Surge Line During Temperature Rise
图 5 局部应力计算模型图
R—管道半径；F为热分层载荷下管道截面由于冷热流体分层导致管道截面变形产生的变形协调力；$ \tau $—F引起的弯矩；E为环管上下部分在水平方向总热膨胀量
Figure 5. Local Stress Calculation Model Diagram
表 1 某核电机组运行瞬态
Table 1. Operation Transient of a Nuclear Power Unit
序号 瞬态说明 1 核电厂升温 2 核电厂降温 3 0~15%满功率之间手动升负荷 4 0~15%满功率之间手动降负荷 5 以5%满功率/min速率升负荷 6 以5%满功率/min速率降负荷 7 以10%满功率/min阶跃升负荷 8 以10%满功率/min阶跃降负荷 9 蒸汽排放引起的大负荷阶跃变化升温 10 蒸汽排放引起的大负荷阶跃变化降温 11 稳态波动 12 给水循环升温 13 给水循环降温 14 汽轮机冲转试验 15 丧失负荷 16 丧失厂外电源 17 部分失去反应堆冷却剂强迫流动 18 满功率运行时停堆 19 反应堆意外卸压 20 控制棒下落 21 过量给水 22 安注误动作 23 运行基准地震(OBE) 24 水压试验 
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表 2 波动管至2014年12月的疲劳计算结果
Table 2. Fatigue Calculation Results of Surge Line Until December 2014
模型 管部件类型 CUF 波动管 三通 0.075 接管嘴 0.024 弯管1 0.021 弯管2 0.018 弯管3 0.012
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表 3 波动管至延寿期末（50 a）的疲劳计算结果
Table 3. Fatigue Calculation Results of Surge Line Until End of Life Extension (50 a)
模型 管部件类型 CUF 波动管 三通 0.2540 接管嘴 0.0659 弯管1 0.0560 弯管2 0.0484 弯管3 0.0320
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表 4 波动管至2014年12月考虑环境影响的疲劳损伤计算结果
Table 4. Environmental Assisted Fatigue Damage Calculation Results of Surge Line Until December 2014
模型 管部件类型 Fen值修正后的CUF 波动管 三通 0.267 接管嘴 0.128 弯管1 0.095 弯管2 0.085 弯管3 0.060
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表 5 波动管至延寿期末考虑环境影响的疲劳损伤计算结果
Table 5. Environmental Assisted Fatigue Damage Calculation Results of Surge Line Until End of Life Extension
模型 管部件类型 Fen值修正后的CUF 波动管 三通 0.994 接管嘴 0.360 弯管1 0.260 弯管2 0.229 弯管3 0.164
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[1] U. S. Nuclear Regulatory Commission. Generic aging lessons learned (GALL) report: NUREG-1801, Rev. 2[R]. Washington: NRC, 2010. [2] Nuclear Energy Institute. Industry guideline for implementing the requirements of 10 CFR part 54-the license renewal rule: NEI 95-10 Revision 6[R]. Washington: Nuclear Energy Institute, 2005. [3] U. S. Nuclear Regulatory Commission. Effect of LWR coolant environments on the fatigue life of reactor materials: NUREG/CR-6909[R]. Washington: U. S. Nuclear Regulatory Commission, 2006. -
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