阳江核电有限公司工程改造部 广东省阳江市
摘要：动力管道是维持核电厂正常运行的重要组成设备，由于管道内部介质、温度、压力、流体瞬态等影响，在某些管道局部会产生无法避免的减薄。如果减薄的速率大于初始设计值，则需要对减薄的管道重新进行力学分析评价。本文利用ASME B31.1中的公式，通过经验公式及软件模拟的方式，对减薄后的管道进行力学分析，以保障在正常运行期间管道满足使用要求。
前言
广东某核电厂在大修期间，现场专业按规程对管道壁厚进行测量，测量后发现有2条管线壁厚不满足要求。测量结果如下表1所示。
表1 壁厚测量结果
管道壁厚减薄后会对管道的一次应力及二次应力会产生不利影响，需要进行有限元建模分析剩余厚度是否满足规范要求。但由于在实际应用中，管线涉及图纸较多，计算时间较长，很难满足正常大修工期。本文分别根据最小壁厚设计原则和ASME B31.1管线跨距要求对减薄的管线进行筛选，对于前两种计算方法不满足要求的管道，优先进行建模计算。
1、基本信息
根据查询管线相关参数，壁厚减薄涉及的管线信息如下：
表2 管线信息
2、计算假设
不考虑由于点蚀而引起的局部加速腐蚀情况；
假设减薄处的腐蚀是均匀的，不考虑由于腐蚀引起的应力集中；
3、一次应力评价
3.1 允许最小壁厚计算
受内压直管道要求的最小壁厚tm计算公式如下：
按直管外径确定时：
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根据规范《火力发电厂汽水管道设计技术规定》,弯管任何一点的实测最小壁厚，不得小于弯管相应点的计算壁厚，且外侧壁厚不得小于相连直管允许的最小壁厚。用作弯管的直管要求的最小壁厚 计算公式如下：
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上式中：
P：设计内压；
：管道外径；
S：材料的许用应力；
Y：系数，其值取为0.4；
：许用应力修正系数，对于无缝钢管取1；
C：厚度负偏差，根据HG/T20580-2011中无缝钢管表格取值0.125。
A：附加厚度, 这里主要考虑腐蚀、磨损等的影响，本报告根据管道初始厚度及本次测量厚度推断出腐蚀速率，推断出下一个循环中腐蚀量是否会得到满足，不考虑在以后的寿期中是否满足要求，所以腐蚀余量可与取0mm。
表3 管线信息
经过计算，利用管道壁厚设计理论公式计算结果如下：
表4 壁厚计算结果
3.2 管线跨距计算
根据3.1节计算公式，可知管线在设计时允许的最小壁厚，但3.1节公式中只考虑了内压一个因素，无法模拟管道实际工况下强度情况。本节根据ASME B31.1中关于管道跨距的规定进行计算，若减薄后的管道跨距满足规范要求，则证明减薄对管道一次应力无影响。
根据ASME B31.1中表121.5关于管线跨距的要求，如果管线弯曲应力小于15.86Mpa，并且管道每段间距挠度的允许值小于2.5mm，则管线满足规范要求。
注：将管道中的阀门及管件重量等效转换到管道线重上。
经过计算，管道允许跨距及现场跨距对比如下。
表5 跨距计算结果
3.3 详细建模计算
根据以上分析，管道在壁厚减薄后经过保守计算方法一次应力可以通过，二次应力结果无法得知，所以需采取详细建模的方式，对管线减薄后的强度进行校验。详细建模使用CAESAR II 2014软件进行模拟，计算时考虑载荷见表6，管道力学计算专用软件CAESAR II被广泛地应用于石化、电力、钢铁等行业，计算原理是利用梁单元对管道进行模拟，综合考虑内压、自重、热胀等作用对管道产生的应力影响。经过单元建模后的具体模型见图1。
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图1 管道模型
经过运算，管道的一次应力及二次应力均满足规范要求，证明在管道壁厚减薄后，管道的强度依然满足使用要求。
4、结论
本文根据最小壁厚计算公式、ASME B31.1中的一次应力简化计算公式及软件建模详细计算三种方式对减薄后的管道是否满足规范要求进行评估。在实际应用时，由于使用有限元软件建模详细计算的工作量较大，可分步采用前两种计算方法筛选哪些管线需要优先进行详细计算，在大修工期精细化的核电行业，使用此种方法，可以提高评估计算的工作效率，具有广泛的推广意义。
参考文献
[1]唐永进，压力管道应力分析，北京：中国石化出版社，2010
[2]DL/T-5054-1996 《火力发电厂汽水管道设计技术规定》
[3]ASME B31.1-2007
[4]HG/T 20580-2011《钢制化工容器设计基础规定（附条文说明）》