基于GB151方法驗算立式蒸汽發生器管板厚度

張敏杰+何震+田宇+郭興坤

【摘 要】在壓水堆核電廠立式蒸汽發生器設計中，強度計算是確定各部分基本尺寸的重要依據。其中，管板作為一二次側的壓力邊界，同時本身有數量眾多的開孔，厚度取值尤為重要。本文在壓水堆核電廠蒸汽發生器設計中常用的管板計算方法基礎上，采用國家標準GB151《管殼式換熱器》進行驗算。結果表明，國家標準GB151的驗算精度良好，可以作為管板強度計算常用方法的有效補充。

【關鍵詞】壓水堆；立式蒸汽發生器；管板；厚度驗算

0 概況

壓水堆核電廠常用的立式蒸汽發生器是反應堆冷卻劑系統的主要設備之一。基本功能是將反應堆所產生的熱量傳遞給SG二次側工作介質水，產生飽和蒸汽，送汽輪發電機發電；將帶放射性的一回路系統工作介質反應堆冷卻劑與不帶放射性的二回路系統工作介質隔離；在正常停堆冷卻的第一階段或某些事故工況下，導出堆芯的衰變余熱，保護反應堆安全。

在壓水堆核電廠立式蒸汽發生器設計中，作為核一級設備，各部分基本尺寸的初步確定基于可靠的強度計算方式。由于強度計算工作需要快速地確定設備的壓力邊界厚度等初步尺寸，所以采用簡單，便捷，精度較高的計算方法最佳，實際工作中往往采用比較通用的規范和標準所規定的方法進行計算。

其中，管板（如圖1所示）作為一二次側的壓力邊界，同時本身有數量眾多的開孔，厚度取值尤為重要。本文嘗試以ACP1000核電機組ZH-65型蒸汽發生器為例，在壓水堆核電廠立式蒸汽發生器設計中常用的管板強度計算方法基礎上選取管板厚度以后，采用國家標準GB151《管殼式換熱器》進行驗算。

圖1 壓水堆核電廠立式蒸汽發生器管板型式示意圖

1 管板強度計算常用方法介紹

在以往的壓水堆核電廠立式蒸汽發生器設計中，常使用文獻[1]的計算方法。

Sm=設計溫度下材料的許用基本應力強度，MPa；

C=按最外圈傳熱管的中心距逐一測量后迭加所得的布管范圍的周長，mm；

A=周邊C所包圍的總面積，mm。

2 采用GB151《管殼式換熱器》進行驗算的方法介紹

按照國家標準GB151第5.7節，分別計算管板中心處徑向應力，管板布管區周邊處徑向應力以及管板邊緣處徑向應力，并與管板設計溫度下材料許用應力的1.5倍進行比較，判斷取用的管板厚度是否符合設計要求。

Sm=設計溫度下材料的許用基本應力強度，MPa。

3 采用GB151《管殼式換熱器》驗算結果的有效性驗證

為了驗證采用GB151《管殼式換熱器》驗算結果的有效性，本文以ACP1000核電機組ZH-65型蒸汽發生器為例，分別采用文獻[1]計算方法與GB151的驗算方法得出相應結果見表1和表2。

由表1所列出的數據可以看出，由于管板作為一二次側的壓力邊界的重要性，管板名義厚度的裕量很大，這一點由文獻[1]的計算厚度與名義厚度的比值可以體現。由表2所列出的數據可以看出，管板最大應力位于管板中心處，此處應力與1.5倍設計溫度下材料的許用應力Sm的比值為0.78，比由文獻[1]的計算厚度與名義厚度的比值更大，由此可以看出采用GB151《管殼式換熱器》驗算結果的精度良好，是一種有效的驗算方法。

4 結束語

本文以ACP1000核電機組ZH-65型蒸汽發生器為例，在壓水堆核電廠蒸汽發生器設計中常用的管板計算方法基礎上，采用國家標準GB151《管殼式換熱器》進行驗算。結果表明，國家標準GB151的驗算精度良好，在工程設計中具有實際意義，可以作為管板強度計算常用方法的有效補充。

【參考文獻】

[1]美國管式換熱器制造商協會標準（TEMA），2007[S].

[責任編輯：湯靜]