EJ T 1022.14-1996 压水堆核电厂阀门.应力分析和抗震分析.pdf

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1、J准E蛐行核国和共民人华中EJ/T 1022. 14-96 压水堆核电厂阀门应力分析和抗震分析1996-04-18发布1996-08-01实施中国核工业总公司发布目次1 主题内容与适用范围.(1) 2 引用标准“.(1) 3 术语.(1) 4 一般规划.(2) 5 规范1级阀门的分析规则.(4) 6 规范2级阅门的分析规则.(11) 7 规范3级阀门的分析规则.02) 8 装有外伸结构的阀门的抗震分析.02)附录A阀门材料的许用应力强度和许用应力的确定（补充件）. . . . . . . (26) 附录B披劳曲线（补充件）. (28) 附录C40级管子的壁厚系列（补充件）. (33) 中华人民

2、共和国核行业标准压水堆核电厂阁门应力分析和抗震分析1 主题内容与适用范围EJ/T 1022. 14-96 本标准规定了压水堆核电厂阀门应力分析和抗震分析的方法和应力评定准则，以保证间门结构包括承压边界的完整性。本标准提出的阀门应力分析规则适用于公称通径DN25mm的规范1、2和3级阅门。抗震分析的规则适用于抗震I类阀门也适用于有抗震要求的非抗震I类阀门。本标准提出的阀门应力分析规则不适用于安全间和卸压阀。2 引用标准GB/T 16702-1996 压水堆核电厂核岛机械设备设计规起EJ IT 1022. 1-96 压水堆核电厂间门设计制造通则3 术语3. 1 运行安全地震动（SLl)核电厂运行期

3、间厂区可能遭受的最大地震动。当发生这种地震时，为使核电厂继续运行更不对公众的健康和安全造成严重危险所必须的那些设施均须保持其功能能力。3.2 极限安全地震动（SL2)厂区可能遭受的最大可信地震采用概率法时为厂区可能遭受的不低于年超越概率为10毛的最大地震动。当发生这种地震时，安全上重要的物项仍需保持下列功能能力za. 反应堆冷却剂压力边界的完整性pb. 具有关停反应堆并将其保持在安全停堆状态下的能力；c. 在事故所引起的厂外照射水平达到规范容许的限值时，具有防止或减轻这类事故后果的能力。3.3 完整性在运行寿期内能安全地承受给定的设计载荷和使用载荷的能力。3.4可运行性在规定的核电厂事件期间或

4、其后，执行系统安全功能的过程中能完成必要的机械运动。3.5 应力强度中国核工业总公司1996-04-18批准1996-08-01实施EJ/T 1022. 14-96 按强度理论将复杂应力状态的应力分量折算成单向应力对于采用第三强度理论说来，应力强度等于该点上最大剪应力的两倍，即最大主应力和最小主应力的代数差。3.6抗震I类在核电厂设计中，定为抗震I类的那些结构、系统及部件应设计成当发生SL2地震时仍能保持其功能。4 一般规则4. I 工况分类阅门设计中应考虑设计载荷和A、B、C、D四级使用载荷。各类使用载荷分别与正常、异常、紧急及事故工况相对应。4.2 载荷准则阀门应力分析中的设计载荷及各类使

5、用载荷应在阀门技术规格书中规定。4.2. 1 载荷条件在间门设计时应考虑（但不限于）以下各种载荷za. 内压；b. 冲击载荷（包括压力瞬态hc. 间门自重和在操作或试验条件下液体的重量，包括由于液体静压头和动压头引起的附加压力；d. 驱动装置、保植层及相连管道等引起的附加载荷ze. 振动载荷和地震载荷zf. 温度效应zg. 耳架及其它支撑的反作用力。4. 2.2 设计载荷a. 设计压力，不应低于正常和异常工况中可能存在的最大内外压差zb. 设计温度，不应低于上述a中阀门上各点可能存在的最高温度。c. 其他设计载荷为与上述a相关的机械载荷，对于规范1级阅门，包括运行安全地震动SLl引起的作用。4

6、.2.3 使用载荷除阀门技术规格书另有规定外，各级使用载荷可按表1的规定。4.3 应力分析规则阀门应力分析除遵循本标准的规则外，允许按GB/T16702B3200的规则对1级阀门进行应力分析，按C3200的规则对2、3级阀门进行应力分析。4.4 载荷组合与应力准则对应于设计载荷和各类使用载荷的载荷组合及其应力限值（准则级别应遵照表1的规定。2 EJ/T 1022.14-96 表1载荷组合及准则级别准则级别载荷载荷组合I)规范1级规？在2、3级IA 11s IA 设计载荷设计内压）管道反作用力的。A级使用载荷设计内压管道反作用力SL!地震动引起的作用盯A A A B缀使用载荷1. 1设计内压管道

7、反作用力SLl地震动引起的作用B C缀使用载荷1. 2设计内压管道反作用。c B 力1. 2设计内压管道反作用D缀使用载荷力SL2地震引起的作用。D B 管道破裂载荷注：l各级载荷组合均包括自重及有关机械载街2J适用于规范l级阀门，对所有阀门考虑SL!地震引起的应力循环用作疲劳分析3）对规范1级阀门应包括SL！地震引起的惯性效应。41A级是指在地震时和或）地震后应能保持其可运行性的阀门。5 11级是指在地震时能保持其完整性的非能动阀门。4.S 许用应力强度和许用应力间门材料的许用应力强度Sm和基本许用应力S由附录A补充件）确定。4.6 有关阅门抗震分析的规则11 。A B c D 4. 6.1

8、 本标准是按照下列原则，即按管道系统传递的载荷，特别是地震载荷设计的当满足本标准有关应力分析的规则，且满足管道的强度要求时，则阅门的完整性是满足的。但当阀门带有一个外伸的支架和驱动装置，而此结构的牢固性对于阀门承压边界的完整性是必要时则应对阔体”外伸结构的最大受力区域进行计算，并校核阀颈与阀体连接区域的强度。4.6. 2 阀门包括外伸结构的最低自振频率应由阀门技术规格书规定。4.6.3 外伸结构的最低自振频率大于33Hz的阀门其抗震计算可采用准静力法，即将等效的地震加速度引起的静载荷施加于外伸结构的重心上，且同时应考虑空间正交三个方向的等效地震载荷同时作用。等效地震加速度值由阀门技术规格书提供

9、。4.6.4 对于直接安装在支承结构（楼板或墙壁）上的阀门抗震计算，可采用We分析法。其输入的楼层反应谱由间门技术规格书提供。4. 6. s 地震作用应考虑与各类使用载荷组合，可按表1执行。4. 6.6 对于装有外伸结构的规范2级和3级间门的抗震分析，均采用本标准第8章的规定。4.7 应力分析报告间门制造厂应提供足够详细的应力分析报告，应力分析报告应表明满足本规范适用的3 EJ/T 1022. 14-96 要求。当规定工况的苛刻程度使问门的设计完整性周期小于电站寿期时，制造厂有责任在应力分析报告中详细说明。5 规范1级阀门的分析规则5. 1 0级准则5. 1. 1 一次薄膜应力的极限一次薄膜应

10、力主要是由内压产生的。对于满足本条要求的阀门，在内压下阀体最高应力区是在阀颈与流道的交接处，其特征是有垂直于阀颈与间体中心线平面上的环向拉应力。本条规则用来限制这个交接区的总体一次薄膜应力。为满足本条要求所使用的标准设计压力可按照260下对应于压力级P，直接从EJ/T1022. l附录确定，或通过内插法求得：以创十（仨仨）（Isz-Ps1)(1) 式中：I飞一一与中间压力级P，有关的标准设计压力；l讪、Psz一一与压力级I,1,I,z有关的标准设计压力。5. 1. 1. 1 在阀颈与流道交接区的最大一次薄膜应力可利用图1.并按照下列要求用压力面积法来确定。5. 1. 1. 1. 1 根据精确绘

11、制的阀体设计图给出问颈与流道中心线形成的平面内交接区的断面因来确定流体面积A，和金属面积AmoA1和Am是根据去掉预定的腐蚀裕度的截面确定的。5. 1. 1. I. 2 计算交接区总体一次薄膜应力强度。Im（生om . . . . . i衷应力强度的允许值为阀体材料在260下给出的数值Sm。5. I. I. I. 3 构成流体面积和金属面积界限LA和LN的确定：先求出圆角与阀体的交点R见图l(a），该点相应的壁厚为T,.L取下列数值的较大值2L=O. 5d-Tb 或L. =T, LN=O. 5rz+O. 354Tb(d+Tb)05 式中：d一一交接区阀体颈部的内径，mm;Tb一一交接区颈部的壁

12、厚，mm;T，一一交接区阀体的壁厚，mm;rz一一交接区外圆角的半径，mm。在确定上述参数时，如果阀体是不规则的，如截止阀和其他非对称形状的阀门，需要作一些判断。在这种情形下，A1的内部面积范围应根据内部润湿表面，由在垂直于阀颈轴线和流道轴线形成的平面上最大宽度的线围成见图l(c）、“、（f门。4 EJ /T 1022. 14-96 5. 1. 1. 1. 4 对于图1的（e),(f)情形，LA由阀颈外表面算起，与流道中心线平行；LN从R点算起与阀颈中心轴线平行（或垂直于壳体中心轴线）。5. 1. I. I. 5 若由LA和LN所确定的A1和Am的范围超出阀体C图1(c），则阀体表面就成为确定

13、A1和Am的界限。在任何情况下凡可能在L.和LN界限以内的相邻管道面积都不予考虑。若有法兰包括在Am内，则应在Am值中减去紧回件孔的面积。5. 1. 1. I. 6 除下面的修正外，阀体的延伸部分，如加强筋或肋片，在计算Am时应考虑在内但只加上从阀体表面算起，等于加强筋或肋片平均厚度的有效长度的那一部分，剩余的加强筋面积应加在Ar上见图1(c）。但是附加的面积满足下述规定亦可包括在Am上：即垂直于阔杆中心轴线和阀体中心轴线形成的平面，并通过Am的每一点的线不穿过润湿表面，而应在金属内直到穿过阀体外表面。5. l. 1. 1. 7 在多数情况下，上述Am所划定的区域都是应力最大的，但对非常不规则

14、的问门，可在交接区的所有截面上进行校核，以保证在开启到闭合各种状态下能确定Pm的最大值。s. l. 1. 2 在交接以外的区域，当根据5.1. 1. 1所计算的Pm值，对常见类型的阀门，是阀门总体一次薄膜应力的最大值，但对不常见的阀门形状，对间体可疑的特殊局部轮廓处用mr积法对最大应力处进行校核。阀体材料在260（的许用应力强度值Sm，按附录A补充件的规定确定。5. I. 2 一次薄膜加弯曲应力的极限一次薄膜加弯曲应力应满足公式（3）的要求：1. S(r;/T,+o. 5)P,+P.b1. 5Sm ( 3) 式中：扎一标准设计压力，由式(1）确定Er T，一一在交接区阀体的壁厚FJ，一由管道反

15、作用力产生的应力。注：1）考虑到管道和阀体的相对刚性，由管道所传递的载荷都取为阀门的一次性载荷。5. I. 2. 1 内压产生的应力式（3）的第1项应满足下列要求：a. 为选择合适的旦，应考虑重要截面（见图2）上的补强材料，但不考虑局部焊缝。在确定r，和T，时，不考虑凸台和加强筋。b. 对于阔颈中心线和流通方向不成直角的阀体，上述确定的内压应力应乘以系数c. 0.8 C.=O. 2+;rn豆.(4) 式中z一一阀颈中心线与流通方向所夹的锐角，见图（3）。5. 1.2.2 由管道反作用力产生的应力P.b应满足下列af的要求。这些应力应按管道传递的力确定，以保证阀体能足够安全地承受由连接管道系统产

16、生的力和力矩。a. 根据图2(a）所示交接区的重要截面A-A,P.b（弯曲载荷的作用）用下式确定：5 EJ/T 1022. 14-96 C.F1S b.（5)lrb t算P.b所需的参数由以下bf决定ll.注：1)作为另一规则，外力矩的实际最大值可以代替FbS，乘积b. 当连接材料为已知时，S，可取为管材在260时的屈服极限。当管材不明或当设计通用阀门时.s，可取为207MPa。c. Fb可按下列两种方法之一确定：方法：使用下列公式：o. 393d 3p F.= . (6) 138-P. 同时作为补充规则所取的Fi.值为：当d. (11) 式中：Qp见5.2. 2. 1; dIfml一一所考虑

17、工况的最大压力变化幅度EP.见5.1. 2; E.见5.2. 2. 2. b: C2和C一系数分别用图7和图8取得J!1T阳叫一一流体温度的最大变化幅度，由!1T川.ll中的最大值决定。注：1）在不考虑启停循环的阀门的本身运行循环的分析中，应在(11)式中考虑射流效应引起的外力即在公式(l）中加入P.b项或计算出射流实际效应而产生的应力变化幅度。s. 2.4 用于疲劳分析的总应力变化幅度a. 与回路启停循环有关的总应力变化幅度Sp取下列两者的较大值17 EJ/T 1022. 14-96 Sp1=fQP十2P.b也26Qn . (12) Spz=O. 8Qp十K(2P.b十2QTJ）(13)式中

18、：Sp1、Sr2一分别为阀颈与阀体交接处由于流体温度变化55C/h而产生的内外表面总应力强度，MPa;Q.,QTJ,QTJ的定义见5.2. 2; P.b的定义见5.1. 2. 2; K一一阀颈与阀体交接处外圆角的应力集中系数，除经验证后认为可使用较小值外. . 均应取2。b. 与回路启停循环以外的s.值按下式确定zSp=K, fQ.LlPr/P.+E.(C3C汁C5MT，.（式中；Qp和E.的定义见5.2. 2; C。由国5确定EC的定义见5.2. 3.由图8确定；C，由国9确定zK.=l一一一（一十一一1)；(15)n(m-1) 3Sm 当Sn(max）二三3mSm则K.=I/11 对奥氏体

19、不锈钢，当温度大于430时，取m=1. 7 ,n =O. 3。c. 上述b中用于确定瓦系数的S巾旧】值，应按下式确定I):注：ll见式(11)的注。Sn(max) =Qp (,jp(max)/ I，）十E.C3C占LlT(max) . ( 16) 式中：E.,C3的定义见5.2. 2;P.的定义见5.1. 1；其他项的定义见5.2. 3。s.2.s 疲劳分析s. 2. 5. 1 与回路的启停循环有关的部分使用系数由疲劳曲线查得，以S.=Sr/2为纵坐标，s.由5.2. 4a确定，疲劳曲线见附录B补充件）。若所考虑的疲劳循环类型是单一的，这些疲劳曲线将得出允许的循环数。设凡是此许用循环数。与启停

20、循环有关的部分使用系数等于8 式中：11是下列两值中的大者ga. 给走回路的启停次数zEJ/T 1022. 14-96 i-N. b. II，和N嚣的乘积，其中N，是地震次数，凡是每次地震的循环数。如果上述确定的，t值小于2000，则n取2000。5. 2.5.2 除回路启停循环以外的部分使用系数，可用下列方法确定：a. 设整个状态是由各种从稳态开始经瞬态再回复到此稳态的不同作用所组成。h. 每个状态分为加热阶段和冷却阶段，这些加热和冷却阶段的特性为流体温度的平均变化速度大于55C/h，其温度可分为几个梯级z按这种方式得到一系列梯级变化每个梯级i的特征是z祖度的变化幅度LlT1;符号：加热时用

21、“”号，冷却时用“一”号；出现次数，I；，它由状态P开始，并等于P状态出现次数11p。c. 将符号相反的梯级变化两两组合，作LlT，和4Ti绝对值的和，M于i手一个j主利1组合TiJ.Tf(io)= I.1T.Il.:1Ti卜. . . . . . . ( 1 7) 与此细介有关的出现次数11(i,j）如下z11(i .J)= (11; .11，）中的最小值。d. 这样得到的.JT川其出现次数不等于零，从中选取最大值iJ.T，也ll0 llil tJ.T，二!1T川.ll代入04）式，压力变化最大幅度.1P1取P和q两个状态中压力变化幅度P如在下述温度变化的范围内有z,1T, = 100-C下

22、的20次加热g,1T,=80（下的10次加热；,1T,= 55 C下的100次冷却g按上述步骤中的组合如下310个f盾环LlTr=100十80=180C10个循环,1TrU.3=100+55= 155 90个循环.1Tr=55Cg. 回路启停循环以外工况有关的部分使用系数I？等于用上述方法确定的基本使用系如之和。5. 2. 5.3 由上述a和b确定的部分使用系数Ii与z之和，应不大于1。即/,=/1 +Iz:;l 5.3 c f及河i：则C级准则应满足5.1. 2的公式（3）；并作如下修正：a. 使用应力限值等于1.90Sm; b. 确i.i二J1，时所取的S，值是连接管道材料的屈服强度的1.

23、2倍或管材不明时取S,fli J 250MPa; c.由l21 5.- D级准则按GB/T16702附录ZF的规定评定。5.5 适用于阀体以外零件的规则5. s. J 阀体与阀盖的连接5. 5. I. 1 阀体和问盖用紧固件连接时按8.3. 4的规则进行分析。关于紧固件的疲劳分析，应在阀门技术规格书中规定。5.5. 1.2 不用紧固件连接的阀体与阀盖，包括一些特殊类型阀门非经建造者同意不得使用。所用的设计方法和制造方法必须与下列设计条件的规定有同等安全程度：a. 设计压力等于标准设计压力gb. 设计温度为26oc;c. 热应力按流体温度上升或下降速度为55h的最严峻的条件确定。应对这种连接进行

24、疲劳分析，其相应于设计条件的疲劳寿命至少应有2000次启停循环压力和温度的增减应假设为同时发生的。5. 5. 2 阀瓣10 EJ/T 1022. 14-96 阀瓣应作为承压边界的一部分，计算的一次薄膜应力强度不应超过S.一次薄膜加弯1H1应力强度不应超过1.5Sm。此外应对组成一次侧回路边界的隔离阀阀瓣进行分析以证明一次加一：i欠应力变化幅度被限制在3Sm以下，并应进行疲劳分析。5.5.3 阀门的其他零件5. 5. 3. I 阀杆、保持阀杆的结构和其他具有高应力的阀门零件（这些零件的损坏能引起承ff边界严重破坏）应根据标准设计压力和保守地估计或计算的附加载荷进行设计其一次应力不超过Sm值。金属

25、的温度应取为260C，除非在流体温度为260C时已尘金属的实际温度。对这些零件还应进行疲劳分析。5.5.3. 2 旁通管道的设计除阀门技术规格书另有规定外，可按相应的管道设计规范进行。6规范2级阀门的分析规则6. I 概述6. I. 1 规则分析在于应1日本章规则对问门承压边界的完整性进行验证。这些规则随机网完整性的不同准则级别而异。6. 1. 2 另一种规则当阀门技术规格书要求时包恬疲劳分析在内，阀门的应力分析应按第5市规范1级阀门的有关要求进行。6. J.3 基本许用应力问丰基本许用应力S值和螺纹紧固件许用应力S值见附录A补充件）。6. 2 0级或A级准则6. 2. I 一次薄膜应力的极限

26、J欠薄膜应力主要是由内压产生的。对于满足本条各项要求的阀门在内压下间体最高应力区是在阀颈与流道的交接处其特征是有一垂直于阀颈与阀体中心线Y面上的环向拉应力。本条的规则用来限制这个交接区的总体一次薄膜应力。为满足本条要求所使用的标准设计压力孔，可按照260下的许用压力直接从EJ/T1022. 1附录A补充件）确定，或通过内插法由式(1）求得。交接区的总体一次薄膜应力由压力面积法用式(18）求得：m= （生o以s. . (18) 式中：A1、A一一按5.1. 1定义确定：S一一阀体材料在260C下给出的基本许用应力。6.2.2 一次薄膜加弯曲应力的极限应按下式验证：1. 5(r./T,+o. 5)

27、P，十P.b二1.SS (19) 式中：町、1、r.h一按5.1. 2定义确定：11 EJ/T 1022. 14-96 S一一阀体材料在260下给出的基本许用应力。6.3 B级、C级和D级准则在阀门技术规格书中指定的各准则级应分别按下列二式同时进行验证z（去o.川运XS(20) 1. 5(r;/T,+o. S)P+XP.b除在阀门技术规格书中指定外，压力P应按表1规定。此外如果P小于设计压力则此时仍用公式（20）和（21)校核其中P为标准设计压力P”.s为在260时的值。表2准则级B c D x I. 1 . 5 2. (J 7 规范3级阀门的分析规则规范3级阀门的应力分析规则按第6章规范2级

28、阀门的分析规则执行。8 装有外伸结构的间门的抗震分析8. l 载荷当阀门最低自振频率不小于33Hz时，抗震分析可按准静力法进行其载荷可由作用于外币11部分质最巾心处的地震加速度所引起的等效静力构成，该等效静力是夕l、fl部分质量与地段加速度的乘积。恨定有三个分量（一个垂直方向二个水平方向）同时作用，其放果按平方有l的平方恨法m合c8.2分析部位8.2. 1 必现评定下列部位的应力：a . 外伸结构与阀盖的连接区域：b. 阀盖与阀颈的连接区域。8. 2. 2 如果外伸结构的损坏会破坏阀门承压边界的完整性时，则应评定外币jl结构组件的应力强度。8.3 应力的评定8. 3. I -M.H见则对分析的

29、每个截面，应找出与所施加载荷平衡的简单应力分布，可用惯用的公式计算下列正应力za. .，一总体薄膜应力，该应力等于作用于所考虑的实心截面上的平均应力。它不包括不连续性和应力集中仅由压力和其它机械载荷产生。b. l一一局部薄膜应力，该应力除了包括不连续效应外，其余与m相同。12 EJ/T 1022. 14-96 c. 吼一一弯曲应力，该应力等于作用在所考虑的实心截面上应力的线性变化部分。它仅由压力和其他机械载荷产生（不包括不连续和应力集中）。检验准则由8.3. 3规定。8.3. 2 另一种规则8.3. 2. 1 对于某一指定截面，薄膜应力和薄膜加弯曲应力是根据平均值或沿壁厚线性变化值确定。对于一

30、个给定截面，应力分布是根据结构的应力计算的。应力分布以与该截面有关的一组局部坐标 o。106 105 10 103 1oz 10 10 循环次数注：E=20.7lOMPa。表示Su550MPa。表示790MPaSu900MPa.对SSOMPaSu790MPa用内插碳钢及低合金钢的疲劳曲线（金属温度不起过370）图131EJ/T 1022. 14-96 制制西hm剧唱主栩如阳时w晤时军摩民N闰团材制MS后患。国内陆去哼OHhHHM叫“划OH 的。一OH i寸i寸NOH 29 。时aDH 伺CH制t.,.;. :E 守OH阴叫MeNN同嗡属机最大公称应力运2.7Sm 最大公称应力运3Sm10 s.

31、值MP a 1。”103 因描带婚E辛B离海哥海w 0 10 io 105 10 103 10 10 循环次数注：E=20.7 lOMPa. 螺栓紧固件的疲劳曲线图B3回时aHeNN同品VAm表Bl循环次数图曲线昌，10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10 1. 2 104 2 104 5 104 105 2 105 5 105 106 Bl 790MPa运s.900MPa2900 2210 15901 1210 930 690 540 430 340 305 295 250 200 180 165 152 138 Su S）时，采用的循环次数可按下式用内插

32、法确定N=N; CN;/N,)explog(S,/S,) /log(S,/S，汀式中N，和N，分别为应力变化幅度s，和S采用的循环次数曲线两部分连接点的坐标注：1) 2) 3) w . EJ/T 1022. 14-96 附录C40级管子的壁厚系列（补充件）Cl 40级管子的壁厚系列见表口。表Cl外径壁厚10.3 I. 72 13. 7 2.23 17. 1 2. 31 21. 3 2.77 26. 7 2.88 一一一一一33.4 3.38 一一一一二32 -l2. 2 3.56 48. 3 3.68 60.3 3. 91 73 5. 16 88. 9 5.49 lCll. 6 5. 74 114. 3 6.02 141. 3 6.55 168. 3 7. 11 219. 1 8. 18 附加说明：本标准由全国核能标准化技术委员会提出。本标准由核工业第二研究设计院负责起草。本标准主要起草人：黄经绍。mm 内径6.8 9. 2 12. 5 15. 8 20.9 26. 6 35. l 40.9 52.5 62.7 77.9 ，二90. l 102.3 128.2 154. 1 202. 7 由VAml嘈同鸭”e回归同时