核电站蒸汽发生器传热管电磁超声导波自动化检测系统设计

蒸汽发生器传热管作为高温气冷堆核电站一回路压力边界的关键部件,承担着热交换及辐射屏障的重要作用,其结构完整性严重影响核电安全运行。针对该类特殊结构传热管的在役检查难题,设计了专用的电磁超声导波自动化检测系统,研制了内置单点检测式的磁场增强型电磁超声导波探头,开发了采用模块化组件的五轴联动多自由度自动运载装置,提出了基于机器视觉的管孔动态定位方法,建立了蒸汽发生器全尺寸模拟体试验平台并开展了定位精度测试与缺陷检测试验。试验结果表明所设计的自动化检测系统可实现任意位置目标管孔的高精度定位及自动行走,可识别模拟体上异种钢焊缝处与距离检测端约60 m处的刻槽缺陷,有效检测范围覆盖传热管全长,有望为高温气冷堆核电站蒸汽发生器特殊结构传热管的质量健康评价提供技术支撑。

基于扩展有限元法的传热管贯穿裂纹应力强度因子计算

蒸汽发生器作为压水堆的重要压力边界,其传热管是否破损直接关系到反应堆的运行安全。为解决蒸汽发生器中传热管疲劳裂纹扩展数字孪生中裂纹长度的预测问题,本文通过ABAQUS软件,对已存在贯穿裂纹的传热管进行建模,比较其自带的围线积分法和扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)计算应力强度因子(stress intensity factor,SIF)的准确性。在裂纹尺寸a/W>0.5时,XFEM与公式解结果相差较小。因此,采用XFEM计算其在不同应力下的应力强度因子,发现随着裂纹尺寸、载荷的增大,应力强度因子也随着增大,应力值与应力强度因子成正比关系。

自然循环工况下蒸汽发生器传热管一、二次侧温差估算

为确保事故后的堆芯冷却,建立数学模型对自然循环工况下蒸汽发生器传热管一、二次侧温差分布情况进行计算,并研究自然循环流量、衰变热水平、二次侧压力等对温差分布的影响。本实验结果可为蒸汽发生器传热管应力分析提供输入,为制定合理的事故处理策略提供依据。

不同类型涡流探头对蒸汽发生器传热管缺陷检测能力的对比分析

为研究不同类型涡流探头对蒸汽发生器传热管缺陷的检测能力,分别采用轴绕式探头、旋转探头与阵列探头,对位于自由段的孔形、槽形、磨损缺陷和疲劳裂纹进行试验、对胀管过渡区孔形和槽形缺陷进行试验,还进行了缺陷分辨力试验,发现旋转探头与阵列探头具有相近的缺陷检出能力,对于间距较小的缺陷和胀管过渡段上的缺陷等复合缺陷,旋转探头与阵列探头的缺陷检出能力均明显优于轴绕式探头的。

换热管的布管对挠性薄管板应力场影响的有限元分析

换热管的布管是影响挠性薄管板挠性的最重要也是最容易被忽视的因素之一,换热管布管的合理与否直接决定挠性薄管板的使用寿命。文章对某余热锅炉中的挠性薄管板分别建立不同的有限元分析模型进行多工况模拟,得出管板的各类应力水平及应力分布规律。针对换热管布管的主要参数(换热管排列形式、换热管中心距、布管限定圆直径)给出了各因素对挠性薄管板应力强度的影响规律。分析结果表明:合理地优化换热管的布管可以有效改善挠性薄管板的受力状态,对挠性薄管板的工程设计具有一定的指导意义。

压水反应堆蒸汽发生器传热管焊接堵管工艺实践

基于某核电厂压水反应堆蒸汽发生器传热管的焊接堵管案例,根据2021年版ASME BPVC规范,主要从堵头材料、焊接材料、焊接工艺评定、堵管工艺操作技术等方面进行分析,以确保压水反应堆蒸汽发生器传热管焊接堵管工艺的有效性。采用经评定合格的堵管工艺,对该核电厂蒸汽发生器的破损传热管进行堵管,蒸汽发生器投用后未再发生泄漏,堵管效果良好。研究结果为国内核电厂蒸汽发生器传热管破损后焊接堵管工艺提供了技术参考。

蒸汽发生器传热管焊接堵管用小型化激光头研制

核电站蒸汽发生器传热管破损将导致放射性冷却剂外泄,因此需进行堵管作业。激光焊接精度高,可用于蒸汽发生器的焊接堵管。然而,受限于蒸汽发生器的空间结构,现有的激光焊接头往往难以满足实际要求,因此需设计定制化的小型激光头。首先,分析和计算了小型化激光头的光路;其次,设计出小型激光头的机械结构,并完成其在蒸汽发生器内的运动仿真和干涉模拟;最后,对所设计的激光头装置进行了模拟传热管焊接验证。结果表明,所设计的小型化激光头具有良好的焊接性能和可操控性能,可用于蒸汽发生器的焊接堵管作业。

核电厂蒸汽发生器传热管束流弹失稳评价关键参数分析及实验研究

针对某压水型核电厂新研发蒸汽发生器的传热管,采用ASME BPVC-Ⅲ推荐的半经验公式及相应参数取值,计算得到了悬臂传热管在空泡份额为0%(单相水)、10%、20%、50%、80%、90%下的流弹失稳临界流速。同时,设计开展了悬臂传热管阵在各空泡份额下的流致振动实验,测得了传热管流弹失稳临界流速、动水中的振动阻尼比及固有频率等关键参数。实验中测得的振动阻尼比主要包含了两相阻尼与粘滞阻尼,随空泡份额的变化而变化,范围为1.51%~3.98%,考虑测量不确定度后,该值可用于本文所述蒸汽发生器设计,且具有一定的保守性。分析结果表明,规范推荐的公式及参数计算所得传热管流弹失稳临界流速和实验结果趋势相同、规律一致,前者较后者有较大的保守性,安全系数在1.5以上;采用实验测得的阻尼比及固有频率重新计算得到的临界流速安全系数有所下降,但仍高于1.1。通过实验和分析,讨论了文中所述新研发核电厂蒸汽发生器传热管束流弹失稳评价关键参数取值及分析方法的合理性与保守性,可用于工程产品的设计及分析。

传热管表面裂纹应力强度因子影响研究

针对蒸汽发生器传热管表面裂纹存在的应力腐蚀开裂问题,对传热管表面裂纹的应力强度因子进行了研究。利用解析法验证了有限元计算的准确性,对传热管表面裂纹在不同长度、深度、角度以及壁面温差条件下的应力强度因子分布及变化趋势进行了分析总结。计算结果表明:传热管表面裂纹主要为张开型裂纹,当裂纹与轴向夹角为0°时裂纹对传热管影响最大,其应力强度因子沿裂纹最深点呈对称分布,随裂纹长度、深度呈非线性增长,与温差呈线性增长。计算结果为传热管寿命评估及可靠性分析提供了参考。

高温气冷堆蒸汽发生器换热管电磁超声导波检测方法研究

高温气冷堆蒸汽发生器螺旋换热管是压力边界相对薄弱的部分,若出现降质破损,可能引起放射性介质泄漏并造成堆芯损伤。针对该类换热管由于管路复杂缺乏无损检测方法的现状,提出了适用于高温气冷堆蒸汽发生器复杂结构换热管的电磁超声导波检测方法,开发了专用电磁超声导波检测仪及检测探头,建立了1∶1的高温气冷堆蒸汽发生器换热管全尺寸模拟体试验平台,开展了灵敏度测试优化试验及换热管全长缺陷检测试验。试验结果表明,该电磁超声导波检测方法能够有效解决高温气冷堆蒸汽发生器换热管在役无损检测难题,所开发的电磁超声导波检测仪和检测探头能够在单点位置实现换热管长距离全覆盖检测,可有效识别模拟体上换热管异种钢焊缝薄弱处与远端约60.2 m处截面损伤率为16.8%的刻槽缺陷,验证了高温气冷堆蒸汽发生器换热管电磁超声导波在役检测的可行性。

核电厂蒸汽发生器传热管接近管运行特性研究

由于传热管结构设计考虑裕量不足,以及制造、运输、安装过程中的不当操作,蒸汽发生器弯管区传热管之间可能存在接近管现象。本文针对存在接近管的蒸汽发生器管束区进行三维流场分析,对接近管的振动运行特性进行分析评价,并对运行期间存在接近现象的传热管间隙变化进行了评估。分析结果表明,管子因湍流激励导致的最大振幅均方根值约为50μm,考虑相邻两个管子的振动,当两根管子之间的间隙大于0.3 mm时,可以认为传热管不会发生因流致振动导致的接触磨损。一对接近管的小半径传热管被执行堵管后,热膨胀将使存在接近管现象的两根传热管之间的间隙将进一步增加。

核电厂蒸汽发生器传热管运行维护方法探究

核电厂蒸汽发生器传热管运行维护方法对保障核电厂安全、高效、经济运行具有重要意义。随着核电事业的发展,其在安全性、经济性、可靠性方面的要求越来越高,这就需要提高蒸汽发生器运行维护水平。蒸汽发生器作为反应堆冷却剂系统中最主要的部件之一,其工作状态直接影响整个系统的安全性和可靠性。由于种种原因,蒸汽发生器一旦出现故障,将可能导致严重的后果。另外,蒸汽发生器长期处于高温、高压环境下,容易发生腐蚀穿孔等失效事故。这些都给核电厂带来巨大的经济损失与社会负面影响,同时还存在一定安全隐患,甚至危及人员生命。因此,如何科学地管理、控制和维护蒸汽发生器的运行,成为了目前亟须解决的问题。该文对核电厂蒸汽发生器的运行维护技术进行了探究,并提出了改善其运行维护的相关措施。

压力诱发SGTR的概率计算方法探讨

诱发蒸汽发生器传热管破裂现象对核电厂堆芯损伤和放射性早期大量释放风险有非常大的影响。准确地对诱发蒸汽发生器传热管断裂概率进行计算和定值对正确认知核电厂的核安全风险非常重要。文章调研了已有压力诱发蒸汽发生器传热管破裂概率的取值计算方法,通过对不同取值计算方法的对比分析,结合国内实际情况,提出了一套较为合理可行的压力诱发蒸汽发生器传热管破裂概率的计算方法。文章推荐的诱发蒸汽发生器传热管破裂数据采集和分析计算方法为后续国内核电厂概率安全分析应用和安全监管提供了参考。

蒸汽发生器换热管衬管液压胀接工艺研究

核电站蒸汽发生器是将反应堆的热能传递给二回路介质以产生蒸汽的热交换设备,其中的传热管起着保障热通量变换和防泄漏的作用。但是在长期的高温高压与高腐蚀状态下,传热管也更易破损,给核电厂的安全性与经济性带来威胁。通过总结国内外衬管技术的应用并分析各种技术的优缺点,最终以液压胀接工艺为主要试验技术,对Inconel 690合金双管之间的胀管力计算和胀接试验过程进行研究,最终得出最佳液压胀接压力区间。

钠冷快堆蒸汽发生器换热管在役检查验收和堵管准则探讨

蒸汽发生器是快堆主热传输系统的关键设备之一,而换热管作为钠/水介质热交换边界,其破损将造成严重的钠水反应事故。为了确保蒸汽发生器的安全稳定运行,有必要对含缺陷换热管建立验收准则和确定堵管条件。本文通过有限元计算和高温爆破试验,对蒸汽发生器换热管建立验收和堵管准则,确保CFR600蒸汽发生器的安全运行。

Incoloy800H传热管抗晶间腐蚀性能研究

采用GB/T15260—94B法(即铜-硫酸铜-16%硫酸测定镍基合金的晶间腐蚀敏感性的方法)对国产Incoloy800H传热管在不同条件下的晶间腐蚀试验结果进行研究,并与进口Incoloy800H合金管的抗晶间腐蚀性能进行对比。分析结果表明,影响合金抗晶间腐蚀能力的主要因素是C、Ti含量,其敏感性随C含量的增加而递增,加入Ti元素是降低晶间腐蚀敏感性和防止晶间腐蚀的有效措施。

余热锅炉换热元件传热与阻力特性模化实验系统研究

为实现能源岛余热锅炉的优化设计,对其受热面中广泛采用的鳍片管高效换热元件的传热与阻力特性进行系统的研究.应用相似理论研制了鳍片管高效换热元件传热与阻力特性模化实验系统,并应用该系统对一定结构的螺旋鳍片管束进行了实验研究.结果表明,该系统的容量、结构、功能和测量精度能满足对各类鳍片管束及换热器的传热与流动工况进行模化实验研究的需要.

抗振条面内接触刚度对蒸汽发生器传热管流致振动的影响

流弹性失稳是引起蒸汽发生器传热管管束失效的一种主要原因。在相同流场条件下,传热管是否出现流弹性失稳与其模态频率直接相关。在实际结构中,抗振条对U型传热管弯管段面内支撑机理与面外的方向上不同,是通过摩擦约束实现的。这使得在模态分析计算中,传热管弯管段支撑处的边界条件设置非常重要。本文将传热管与抗振条接触点处的面外边界条件假设为简支,而在面内方向上用弹簧来模拟抗振条对传热管的摩擦约束。同时,通过改变弹簧刚度,讨论了不同强弱的面内支撑对传热管流致振动的影响。分析结果表明,当抗振条与传热管面内接触刚度较弱时,面内流弹性失稳可能较面外流弹性失稳出现得更早。

模块式高温气冷堆超临界蒸汽发生器设计

本工作涉及用于模块式高温气冷堆的超临界蒸汽发生器的设计参数。研究给出了传热管束的螺旋管结构设计方案和结构尺寸,并分析了其在超临界压力下的传热特性。热工水力分析计算结果证明,所设计的超临界蒸汽发生器能够满足传热和水力要求,且在设计工况下不会发生传热恶化。

支撑板对蒸汽发生器流动与传热特性的影响

根据相似模化理论,建立了耦合四叶梅花形支撑板的蒸汽发生器单元管三维物理模型,采用流-固传热方法和热力学相变模型,并基于二回路流体进口质量流量按4∶1分配给热、冷端的边界条件进行了支撑板对蒸汽发生器流动与传热特性的影响的数值研究.模拟结果表明:二回路热、冷端侧沸腾规律分布均匀,计算得到的出口含汽率与大亚湾核电站蒸汽发生器实际运行参数相符;支撑板流通截面的缩减,促使二回路侧流体流速、表面传热系数及含汽率在支撑板区域急剧升高又快速降低,同时二回路流体在支撑板上部出现回流现象,增加了支撑板区域杂质沉积及应力腐蚀的可能.该数值模拟方法可为蒸汽发生器支撑板结构优化设计提供技术支持.