[發明專利]一種高壓加熱器防止塑性垮塌的簡化評定方法

有效

• 申請號: 201710694207.7
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107355264B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 任一峰;楊志剛;王佳歡;楊潔;湯曉英;杜彥楠
• 申請（專利權）人: 上海電氣電站設備有限公司;上海市特種設備監督檢驗技術研究院
• 主分類號: F01K3/18
• 分類號: F01K3/18
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;吳小麗

本發明提供了一種高壓加熱器防止塑性垮塌的簡化評定方法，將高壓加熱器的管板部分參考標準ASME VIII?2附錄5?E建立等效管板模型；對所有載荷情況組合完成彈塑性防止塑性垮塌分析，求得高壓加熱器塑性垮塌載荷；對計算得到的高壓加熱器整體塑性垮塌載荷，采用設計系數確定其許用載荷；將許用載荷與應用工況的設計載荷比較，確定該設計載荷條件下的高壓加熱器管程結構是否滿足安全要求。本發明將彈性領域的等效管板簡化模型開拓性地應用在彈塑性防止塑性垮塌分析領域，試驗表明，等效管板簡化模型可用于電廠用高壓加熱器防止塑性垮塌的簡化評定方法，有效解決了設計中對計算機硬件過高的需求，節省了建模及計算時間，大大縮短了設計周期。

技術領域

本發明涉及一種高壓加熱器防止塑性垮塌的簡化評定方法，尤其涉及一種采用以彈塑性理論為基礎的電廠用高壓加熱器防止塑性垮塌的簡化評定方法，屬于電廠用高壓加熱器技術領域。

背景技術

鑒于國內電廠裝機容量大，運行參數高的狀況，電廠配套的高壓加熱器其管程設計壓力高于35MPa，超出了常規設計標準GB150的規定。

現階段電廠用高壓加熱器管程結構設計主要參照壓力容器分析設計標準JB4732，采用應力分類法分析設計。但隨著國內高超臨界機組的壓力溫度參數的進一步提高，導致設備規格不斷增大，部件如管板、封頭等直徑壁厚的增加，給現階段的材料生產、設備設計及制造均帶來一定程度的困難。

相比于各國壓力容器設計領域所廣泛采用的應力分類法，以彈塑性分析為基礎，將總體塑性變形和漸進塑性變形作為失效判定條件的直接法，其在力學分析上更接近結構的實際承載情況。然而，以防止塑性垮塌評定的直接法的高壓加熱器設計，往往采用全模型建模分析，但是高參數的高壓加熱器模型涉及大量換熱管，材料的力學行為比較復雜，且在數值建模分析設計過程中，涉及到大量的幾何非線性、接觸非線性以及材料非線性，對計算硬件要求需求很高，且計算及設計時間周期較長。

現行標準及規范中給出一種等效管板模型(ASME VIII-2附錄5-E)，其是將實際管板的材料性能置換成當量實心板的材料性能，使得等效管板的剛度與實際管板相近。這種等效管板模型是基于彈性應力分析為基礎的管板設計，管板的安全評定主要還是基于應力分類法，對等效管板計算的應力結果乘以應力系數的方法求得實際管板中的各項應力值進行校核。目前該等效管板模型還沒有應用于彈塑性防止塑性垮塌領域的先例。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于電廠用高壓加熱器設計的、防止高壓加熱器塑性垮塌的簡化評定方法，以大大縮短計算及設計周期。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種高壓加熱器防止塑性垮塌的簡化評定方法，其特征在于，包括如下5個步驟：

步驟1：建立高壓加熱器除管板部分之外的所有相關幾何特性在內的數值模型，高壓加熱器的管板部分參考標準ASME VIII-2附錄5-E建立等效管板模型，精確表示高壓加熱器整個模型的幾何特性、邊界條件和所作用的載荷；

步驟2：規定需要考慮的載荷因素，包括：所有的相關載荷以及適用的載荷情況；

步驟3：對所有載荷情況組合完成彈塑性防止塑性垮塌分析，求得高壓加熱器塑性垮塌載荷；

步驟4：對計算得到的高壓加熱器整體塑性垮塌載荷，采用設計系數確定其許用載荷；

步驟5：將許用載荷與應用工況的設計載荷比較，確定該設計載荷條件下的高壓加熱器管程結構是否滿足安全要求。

優選地，所述步驟1的數值模型及等效管板模型中，對環繞應力和應力集中的區域作局部細化處理。

優選地，所述步驟1的等效管板模型的材料本構基于彈塑性材料本構模型獲得。

更優選地，所述彈塑性材料本構模型基于彈塑性材料模型、von Mises屈服函數和與von Mises屈服函數相關的流動規則建立。