一種核電立式容器裙座的強度計算方法

吳瑞

摘 要：關于核電立式容器裙座的強度計算方法有很多，本文基于Maan H. Jawad和James R. Farr編著的《Structural Analysis and Design of Process Equipment》中有關裙座計算的方法，對一簡單立式容器的裙座進行了強度校核。

關鍵詞：核電；立式容器；裙座；強度計算

中圖分類號：TG053 文獻標識碼：A

在核電領域，由裙座支承的立式容器隨處可見。裙座強度計算的方法有很多，在Maan H. Jawad和James R. Farr編著的《Structural Analysis and Design of Process Equipment》一書中闡述了一種裙座的設計計算方法，該方法思路清晰明確，適用性也比較強。本文針對一個模擬的立式容器設備，按照該方法進行了裙座的校核計算。

進行裙座模擬強度計算的立式容器如圖1所示。

該容器按照ASME標準（2015版）第Ⅲ卷NB分卷進行設計，設計壓力為1.8MPa，不考慮外壓的影響，設計溫度為80℃。

在載荷方面，除了設計溫度和設計壓力外，該立式容器受到的載荷還包括接管載荷、設備靜載和地震載荷。此外，在容器設計時不考慮溫度效應、風載、雪載等。

在校核計算中需要用到的設計輸入?yún)?shù)見表1。

在分析、計算過程中，本文采用了《Structural Analysis and Design of Process Equipment》中的設計方法，具體過程如下。

1.壓應力校核計算

根據(jù)書中的公式12.2，可以計算出重量載荷在裙座底部截面的軸向壓應力為：

裙座筒體的許用應力強度應按照NB-3133.6確定，其設計最大許用應力應取下列兩項（a和b）的較小值。

（a）ASME第Ⅱ卷D篇第1分篇表2A或表2B所列的在設計溫度下裙座筒體材料，即SA-516M Gr.485材料的Sm值；

（b）由ASME第Ⅱ卷D篇第3分篇圖CS-2確定的系數(shù)B的取值。

對于SA-516M Gr.485材料，查ASME第Ⅱ卷D篇第1分篇表2A可以得到在設計溫度80℃下，裙座筒體材料的Sm值為161MPa。

關于系數(shù)B，其確定方法可按照下列步驟進行：

（1）確定系數(shù)A。A=0.125/（Ri·t） =0.0039。

（2）對于SA-516M Gr.485材料，查ASME第Ⅱ卷D篇第3分篇圖CS-2來確定B的數(shù)值，得到B=118MPa。

所以，裙座筒體的最大許用應力：min{B，Sm}=118MPa。

然后，對軸向壓應力進行評定，評定按照NF-3221.2 和 NF-3522（b）進行。

A級： |σ|=1.438<1.0Sm=161MPa；

B級： |σ|=1.438<1.33Sm=214.13MPa；

并且，|σ|=1.438<（2/3）B=78.67MPa，校核合格。

2.地腳螺栓設計計算

由于計算值為負值，說明地腳螺栓在固定時只起到定位的作用。

3.裙座與底封頭連接強度計算

（1）焊縫強度計算

本文中，許用焊縫厚度的計算公式來源于《Pressure Vessel Handbook》，具體公式為：

E：裙座和底封頭之間的焊接接頭系數(shù)，取0.6；

S：裙座或底封頭在設計溫度下材料應力強度值的較小值，S值取161MPa；

MT：焊縫處受到的力矩，其中A是立式容器重心至裙座與底封頭之間焊縫的豎直距離，取569.1mm。

由于裙座筒體的壁厚為25mm，一般來說裙座與底封頭之間焊縫厚度應十分接近25mm，因此，焊縫能夠承受軸向的重量載荷，校核合格。

（2）焊縫的剪應力校核

考慮焊縫的位置，剪應力的計算與評定根據(jù)NB-3227.2進行。

16.44MPa<0.6Sm=96.6MPa，校核合格。

本文基于《Structural Analysis and Design of Process Equi-

pment》中的內容，介紹了一種核電容器裙座的強度計算方法，該方法的計算結果比較準確，校核計算思路清晰，具有較強的說服力和適應性，是一種值得推廣的核電壓力容器設計計算方法。

參考文獻

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