核电站主管道设计计算书

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

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一、基本设计参数,,,,,,,,,

1,设计压力,P_d,设计值,,MPa,15.50,冷却剂设计压力,NB/T20481-2018,稳态运行压力

2,设计温度,T_d,设计值,,℃,343.00,冷却剂设计温度,NB/T20481-2018,饱和温度

3,管道内径,D_i,设计值,,mm,780.00,主管道内径,设计图纸,冷段管道

4,管道外径,D_o,设计值,,mm,880.00,主管道外径,设计图纸,冷段管道

5,设计流量,Q,设计值,,m³/h,6800.00,冷却剂流量,热工设计,额定流量

6,缺陷容限,a_c,设计值,,mm,10.00,最大允许缺陷深度,RCC-M,基于LBB

7,设计寿命,N,设计值,,年,40.00,管道设计寿命,设计要求,反应堆寿期

8,管道长度,L,设计值,,m,15.00,单根管道长度,布置设计,直管段

9,弯头数量,n_b,设计值,,个,2.00,弯头数量,布置设计,90°弯头

10,阀门数量,n_v,设计值,,个,1.00,隔离阀数量,布置设计,闸阀

二、材料性能参数,,,,,,,,,

11,材料牌号,M,选用值,,,SA335-P12,主管道材料,材料标准,合金钢管

12,材料组别,Gr,查表值,,,1,材料组别,GB/T20801.1-2025,高温材料

13,许用应力,[σ],查表值,,MPa,85.00,设计温度下许用应力,GB/T20801.1-2025,343℃时

14,弹性模量,E,查表值,,GPa,180.00,弹性模量,材料手册,343℃时

15,线膨胀系数,α,查表值,,1/℃,13.5×10^-6,线膨胀系数,材料手册,343℃时

16,泊松比,ν,查表值,,,0.3,泊松比,材料手册,弹性范围

17,断裂韧度,K_Ic,查表值,,MPa·m^0.5,180.00,断裂韧度,GB/T21143-2014,室温

18,Paris常数C,C,查表值,,m/cycle,2.5×10^-12,Paris公式常数,实验数据,疲劳裂纹扩展

19,Paris指数m,m,查表值,,,3.8,Paris公式指数,实验数据,疲劳裂纹扩展

20,热导率,k,查表值,,W/(m·K),35.00,热导率,材料手册,343℃时

三、壁厚强度计算,,,,,,,,,

21,理论壁厚,t,计算值,t=P_d×D_o/(2×[σ]+P_d),mm,77.0,计算壁厚,薄壁理论,最小壁厚

22,实际壁厚,t_a,设计值,,mm,100.0,实际壁厚,设计图纸,选用壁厚

23,壁厚裕量,Δt,计算值,Δt=t_a-t,mm,23.0,壁厚裕量,安全校核,满足要求

24,径厚比,β,计算值,β=D_o/t_a,,8.8,径厚比,强度理论,小于10

25,环向应力,σ_θ,计算值,σ_θ=P_d×D_i/(2×t_a),MPa,60.2,环向应力,薄膜理论,内压产生

26,轴向应力,σ_z,计算值,σ_z=P_d×D_i/(4×t_a),MPa,30.1,轴向应力,薄膜理论,内压产生

27,最大主应力,σ_1,计算值,σ_1=σ_θ,MPa,60.2,最大主应力,强度理论,

28,应力安全系数,n_σ,计算值,n_σ=[σ]/σ_1,,1.41,应力安全系数,设计规范,大于1.2

29,强度判断,J_σ,判断值,J_σ=n_σ≥1.2,,满足,强度是否足够,设计要求,安全裕量充足

四、压力降计算,,,,,,,,,

30,流体密度,ρ,查表值,,kg/m³,714.00,冷却剂密度,水物性表,"343℃,15.5MPa"

31,流体粘度,μ,查表值,,Pa·s,8.6×10^-5,动力粘度,水物性表,"343℃,15.5MPa"

32,平均流速,v,计算值,v=Q/(3600×π×(D_i/2)^2),m/s,4.02,冷却剂流速,连续性方程,

33,雷诺数,Re,计算值,Re=ρ×v×D_i/μ,,261000,雷诺数,流体力学,湍流

34,相对粗糙度,ε/D_i,选用值,,,0.0001,相对粗糙度,工业标准,新钢管

35,摩擦系数,λ,计算值,λ=0.3164/Re^0.25,,0.0152,摩擦系数,莫迪图,湍流区

36,沿程损失,ΔP_f,计算值,ΔP_f=λ×(L/D_i)×(ρ×v²/2),MPa,0.0143,沿程压力损失,达西公式,

37,局部损失系数,Σξ,查表值,,,3.2,总局部损失系数,水力计算手册,弯头+阀门

38,局部损失,ΔP_m,计算值,ΔP_m=Σξ×(ρ×v²/2),MPa,0.0188,局部压力损失,局部阻力,

39,总压力损失,ΔP_total,计算值,ΔP_total=ΔP_f+ΔP_m,MPa,0.0331,总压力损失,损失叠加,

40,压力损失率,η_P,计算值,η_P=ΔP_total/P_d×100%,%,0.21,压力损失率,性能分析,小于1%

41,压力降判断,J_P,判断值,J_P=η_P≤1%,,满足,压力降是否过大,设计要求,满足要求

五、热应力计算,,,,,,,,,

42,环境温度,T_a,设计值,,℃,25.00,环境温度,设计条件,安装温度

43,温度差,ΔT,计算值,ΔT=T_d-T_a,℃,318.00,温度变化,热应力计算,

44,热应变,ε_th,计算值,ε_th=α×ΔT,,0.00429,热应变,热膨胀,自由膨胀

45,约束系数,K_c,选用值,,,0.8,约束系数,应力分析,部分约束

46,热应力,σ_th,计算值,σ_th=E×ε_th×K_c/(1-ν),MPa,81.3,热应力,热弹性理论,

47,热应力系数,K_th,计算值,K_th=σ_th/ΔT,MPa/℃,0.256,热应力系数,应力分析,

48,组合应力,σ_total,计算值,σ_total=√(σ_1²+σ_th²),MPa,101.0,总应力,强度理论,第四强度理论

49,热应力安全系数,n_th,计算值,n_th=[σ]/σ_total,,0.84,热应力安全系数,设计规范,

50,许用热应力,[σ_th],查表值,,MPa,134.4,许用热应力,DL/T5366-2014,疲劳许用

51,热应力判断,J_th,判断值,J_th=σ_total≤[σ_th],,满足,热应力是否超限,设计要求,满足要求

六、断裂力学计算,,,,,,,,,

52,初始裂纹尺寸,a_0,选用值,,mm,0.50,初始裂纹深度,保守估计,检测下限

53,临界裂纹尺寸,a_c,计算值,a_c=(K_Ic/σ_1)²/π,mm,15.8,临界裂纹深度,断裂判据,K=K_Ic

54,裂纹扩展寿命,N_f,计算值,N_f=(a_c^(1-m/2)-a_0^(1-m/2))/((1-m/2)×C×(ΔK)^m),次,2.1×10^8,裂纹扩展寿命,Paris公式积分,

55,循环次数,n_c,计算值,n_c=N×365×24×2,次,7.0×10^5,总循环次数,疲劳分析,每天2次启停

56,疲劳安全系数,n_f,计算值,n_f=N_f/n_c,,300,疲劳安全系数,可靠性分析,远大于10

57,应力强度因子,K,计算值,K=σ_1×√(π×a_0),MPa·m^0.5,12.1,应力强度因子,断裂力学,

58,断裂比,K_r,计算值,K_r=K/K_Ic,,0.067,断裂比,断裂分析,小于0.1

59,缺陷检测周期,T_i,计算值,T_i=N/(2×n_c)×365,天,102,检测周期,LBB分析,3个月

60,断裂力学判断,J_f,判断值,J_f=n_f≥10,,满足,断裂力学是否安全,设计要求,安全可靠

七、综合安全评估,,,,,,,,,

61,强度安全系数,n_σ,计算值,,,1.41,强度裕量,安全性评估,满足要求

62,压力损失率,