乏燃料水池?zé)峤粨Q器設(shè)計(jì)

應(yīng)秉斌

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

乏燃料水池?zé)峤粨Q器設(shè)計(jì)

應(yīng)秉斌

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

乏燃料水池?zé)峤粨Q器是用于國(guó)內(nèi)某核電站一期工程反應(yīng)堆中換料水池與乏燃料水池冷卻，該換熱器的管程壓力為0.9MPa，殼程壓力為1.2MPa，由于用于冷卻換料水池因此需按照核級(jí)承壓容器要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。該換熱器以RCC-M為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在設(shè)備的設(shè)計(jì)、原材料、制造、試驗(yàn)、安裝等環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保換熱器能穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

RCC-M；核電站；換熱器；承壓設(shè)備

乏燃料水池?zé)峤粨Q器是核電站反應(yīng)堆換料水池與乏燃料水池冷卻系統(tǒng)中的重要設(shè)備。該設(shè)備用于將乏燃料組件在貯存水池中產(chǎn)生的余熱帶給二次側(cè)的設(shè)備冷卻水。乏燃料水池?zé)峤粨Q器的殼程壓力為1.2MPa，管程壓力為0.9MPa，屬壓力容器范疇。壓力容器的設(shè)計(jì)就是以工藝規(guī)范為設(shè)計(jì)輸入，以工藝規(guī)范給定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，通過合理選材，并按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，確保了設(shè)備的安全可靠的運(yùn)行。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合規(guī)范全方位考慮原材料、制造、試驗(yàn)、檢驗(yàn)、安裝等環(huán)節(jié)。

1 設(shè)計(jì)要求

用于核電廠的設(shè)備需按照其運(yùn)行環(huán)境和設(shè)備功能進(jìn)行核安全分級(jí)，由核級(jí)、非核級(jí)組成。其中核級(jí)可以分為三個(gè)等級(jí)。乏燃料水池?zé)峤粨Q器的安全分級(jí)為核3級(jí)設(shè)備。因此其設(shè)計(jì)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為RCC-M。

本設(shè)備的設(shè)計(jì)要求由電廠的工藝給出，主要包括設(shè)計(jì)溫度、壓力、介質(zhì)、流量等。本設(shè)備的設(shè)計(jì)要求參數(shù)如表1。

表1 設(shè)備的設(shè)計(jì)要求

2 材料[1-3]

設(shè)計(jì)的第一步是確定材料。本熱交換器承受一定的設(shè)計(jì)壓力，需按照壓力容器鋼材的要求進(jìn)行選材。其材料應(yīng)有一定的塑性、韌性和強(qiáng)度，還應(yīng)該考慮防介質(zhì)的腐蝕。

本熱交換器的殼程流體為普通冷卻水，其腐蝕性不高，因此選擇使用20HR碳鋼和低合金鋼板。為了提高其可焊性，在鋼板采購(gòu)規(guī)范中提出了控制碳當(dāng)量的要求(C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15)。采購(gòu)規(guī)范中規(guī)定了室溫拉伸、高溫拉伸、彎曲試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)的要求，規(guī)定了鋼板的目視檢測(cè)和超聲檢測(cè)的要求。

本熱交換器的管程流體為含硼水，具有一定的腐蝕性，因此選擇00Cr19Ni10管材。為了提高其可焊性，在鋼板采購(gòu)規(guī)范中規(guī)定不允許加硼。采購(gòu)規(guī)范中提出了壓扁試驗(yàn)、擴(kuò)口試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)等工藝性試驗(yàn)，規(guī)定了應(yīng)進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)及室溫拉伸、高溫拉伸和沖擊試驗(yàn)，規(guī)定了管材的目視檢測(cè)、超聲檢測(cè)和渦流檢測(cè)的要求。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

乏燃料水池?zé)峤粨Q器是一臺(tái)臥式U形管式換熱器(Φ16x1)，有兩個(gè)支座支撐，其中一個(gè)是固定支座，另一個(gè)是滑動(dòng)支座。管程承壓部件包括：殼體、法蘭、接管、管板、傳熱管和端蓋。殼程承壓部件包括：殼體、封頭、接管。內(nèi)件主要由折流板、隔板、拉桿等。其它附件包括：吊耳、設(shè)備銘牌和接地板等，見圖1。

圖1 乏燃料水池?zé)峤粨Q器簡(jiǎn)圖

4 強(qiáng)度計(jì)算

本設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的主要部件有殼程筒體壁厚計(jì)算、殼程封頭壁厚計(jì)算、殼程接管強(qiáng)度計(jì)算；管程法蘭計(jì)算、管程端蓋計(jì)算、管箱筒體壁厚計(jì)算及管程接管強(qiáng)度計(jì)算；管板強(qiáng)度計(jì)算和傳熱管強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算滿足RCC-M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

4.1 筒體壁厚計(jì)算[4-5]

筒體壁厚計(jì)算，本文選取殼側(cè)筒體為典型代表進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式采用RCC-M標(biāo)準(zhǔn)中的圓筒壁厚計(jì)算公式：

其中:P——計(jì)算壓力，MPa；

R——圓筒內(nèi)半徑，mm；

S——材料許用應(yīng)力，MPa；

K——應(yīng)力強(qiáng)度修正系數(shù)。

根據(jù)RCC-M標(biāo)準(zhǔn)，式中的修正系數(shù)K取1，計(jì)算壓力P為1.2MPa，圓筒半徑R為500mm，材料許用應(yīng)力為84.96MPa，可以算出筒體計(jì)算壁厚為7.12mm。筒體的設(shè)計(jì)壁厚為20mm，大于計(jì)算厚度，滿足要求。

4.2 管板強(qiáng)度計(jì)算[5]

RCC-M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管板的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)滿足TEMA標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本設(shè)備的管板結(jié)構(gòu)形式根據(jù)TEMA標(biāo)準(zhǔn)其強(qiáng)度計(jì)算公式：

式中：F—— U形管固定管板系數(shù)；

G——筒體內(nèi)直徑，mm；

P——計(jì)算壓力，MPa；

S——管板材料許用應(yīng)力，MPa；

η——與傳熱管外徑和管間距有關(guān)的系數(shù)。

5 制造要求[4-6]

本設(shè)備是核3級(jí)設(shè)備，因此設(shè)備的原材料和焊材必須有材料質(zhì)量證明書，且進(jìn)行按批次復(fù)驗(yàn)。從事本設(shè)備焊接的焊工應(yīng)滿足HAF603《民用核安全設(shè)備焊工焊接操作工資格管理規(guī)定》規(guī)定的資質(zhì)要求。

承壓焊縫應(yīng)全焊透，每條對(duì)接焊縫焊后應(yīng)進(jìn)行100%射線檢測(cè)，對(duì)接焊縫其它無損檢驗(yàn)項(xiàng)目、其它焊縫焊后無損檢驗(yàn)項(xiàng)目及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合RCC-M S7730的規(guī)定。

換熱管與管板的焊接采用鈰鎢極自動(dòng)脈沖旋轉(zhuǎn)氬弧焊，焊接后進(jìn)行脹接，脹接采用液壓脹。

6 試驗(yàn)

本熱交換器應(yīng)遵守RCC-M D5000的要求在工廠進(jìn)行水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)的壓力殼程為1.8MPa(表壓)，管程為1.35MPa(表壓)，水質(zhì)應(yīng)符合RCC-M F6610的規(guī)定。水壓試驗(yàn)合格后，使用過濾的干燥壓縮空氣吹干設(shè)備。試驗(yàn)后應(yīng)更換所有的密封圈。

7 結(jié)論

綜上所述，本文所設(shè)計(jì)的乏燃料水池?zé)峤粨Q器通過對(duì)原材料、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度計(jì)算、制造和試驗(yàn)的規(guī)定，確保了設(shè)備滿足設(shè)計(jì)輸入條件和RCC-M規(guī)范的要求。

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(本文文獻(xiàn)格式：應(yīng)秉斌.乏燃料水池?zé)峤粨Q器設(shè)計(jì)[J].山東化工，2017，46(10)：156，162.)

Heat Exchanger Design for Nuclear Power Plant Waste Water System

YingBingbin

(Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute, Shanghai 200233，China)

Heat exchanger is used to spent fuel pool cooling in nuclear power plant project unit-1, the pressure of tube pass and shell pass is 0.9MPa and 1.2MPa. In this paper it uses RCC-M code to control the designment, material, manufacture, inspection, pressure test and install to make sure the heat exchanger running safety and stably.

RCC-M; nuclear power plant; heat exchanger;press equipment

2017-03-23

應(yīng)秉斌(1982—)，碩士，上海核工程研究設(shè)計(jì)院 高級(jí)工程師。

TL352

A

1008-021X(2017)10-0156-01