一種核電立式容器裙座的強(qiáng)度計(jì)算方法

吳瑞

摘 要：關(guān)于核電立式容器裙座的強(qiáng)度計(jì)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(guān)裙座計(jì)算的方法，對(duì)一簡(jiǎn)單立式容器的裙座進(jìn)行了強(qiáng)度校核。

關(guān)鍵詞：核電；立式容器；裙座；強(qiáng)度計(jì)算

中圖分類號(hào)：TG053 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在核電領(lǐng)域，由裙座支承的立式容器隨處可見。裙座強(qiáng)度計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算方法，該方法思路清晰明確，適用性也比較強(qiáng)。本文針對(duì)一個(gè)模擬的立式容器設(shè)備，按照該方法進(jìn)行了裙座的校核計(jì)算。

進(jìn)行裙座模擬強(qiáng)度計(jì)算的立式容器如圖1所示。

該容器按照ASME標(biāo)準(zhǔn)（2015版）第Ⅲ卷NB分卷進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)壓力為1.8MPa，不考慮外壓的影響，設(shè)計(jì)溫度為80℃。

在載荷方面，除了設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力外，該立式容器受到的載荷還包括接管載荷、設(shè)備靜載和地震載荷。此外，在容器設(shè)計(jì)時(shí)不考慮溫度效應(yīng)、風(fēng)載、雪載等。

在校核計(jì)算中需要用到的設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)見表1。

在分析、計(jì)算過程中，本文采用了《Structural Analysis and Design of Process Equipment》中的設(shè)計(jì)方法，具體過程如下。

1.壓應(yīng)力校核計(jì)算

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

裙座筒體的許用應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)按照NB-3133.6確定，其設(shè)計(jì)最大許用應(yīng)力應(yīng)取下列兩項(xiàng)（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(shè)計(jì)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(duì)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(shè)計(jì)溫度80℃下，裙座筒體材料的Sm值為161MPa。

關(guān)于系數(shù)B，其確定方法可按照下列步驟進(jìn)行：

（1）確定系數(shù)A。A=0.125/（Ri·t） =0.0039。

（2）對(duì)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(yīng)力：min{B，Sm}=118MPa。

然后，對(duì)軸向壓應(yīng)力進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定按照NF-3221.2 和 NF-3522（b）進(jìn)行。

A級(jí)： |σ|=1.438<1.0Sm=161MPa；

B級(jí)： |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(shè)計(jì)計(jì)算

由于計(jì)算值為負(fù)值，說明地腳螺栓在固定時(shí)只起到定位的作用。

3.裙座與底封頭連接強(qiáng)度計(jì)算

（1）焊縫強(qiáng)度計(jì)算

本文中，許用焊縫厚度的計(jì)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(shè)計(jì)溫度下材料應(yīng)力強(qiáng)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(yīng)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(yīng)力校核

考慮焊縫的位置，剪應(yīng)力的計(jì)算與評(píng)定根據(jù)NB-3227.2進(jìn)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(nèi)容，介紹了一種核電容器裙座的強(qiáng)度計(jì)算方法，該方法的計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確，校核計(jì)算思路清晰，具有較強(qiáng)的說服力和適應(yīng)性，是一種值得推廣的核電壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

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