EJ T 1033-1996 压水堆核电厂反应堆压力容器防止快速断裂评定准则.pdf

1、J淮E蜘行核国和共民人华中EJ/T 1033-1996 ！五核电广黑五草鞋ffi力容器评建准则主sses;:smentcriter栩如rpreventing fast .rupture of reactor pressure vessel of pressurized water reactor nuclear power plants 060524000016 199岳1(-24发布1997-02-01实施一问中国核工业总公司发布EJ /T 1033-1996 目次前言.“.E1 范围.2 引用标准.3 定义.4 分析区域及程序.”25 适用的规则. . . . . . . 2 6 确定应力

2、强度因子的方法. . 18 附录A标准的附录ART的计算.30 附录B提示的附录应力超过屈服强度时相当应力的计算方法.36 附录C提示的附录接管Kr的计算.37 EJ/T 1033-1996 剧言本标准根据美国ASME锅炉与压力容器规范第三卷附录G和第十一卷附录A(1992），以及法国RCC-M压水堆核岛机械设备设计和建造规则技术性附录ZG0988年英文版.1983年法文版）分别编写第一种方法和第二种方法，在技术内容上与之等效第一种方法提供求得设备中承压铁素体材料的许用载荷的规程。此规程依据线弹性断裂力学原理。在每个需研究的部位上，假定有一最大的假想裂纹。在该部位，计算每一特定载荷产生的1型应

3、力强度因子凡，而后将Kr值的总和与基准值K1R(K1.）相比较。KrR(Kr.) 是Ki所能选取的最高临界值，该值针对有关的材料和温度给出。第二种方法总的意图是对快速断裂危险作定量评定，因而在应用过程中应根据需要不断进行检查与修正。本方法是以断裂力学概念为基础的，包括z一一在所分析区域内，假设有一个缺陷。一一确定一个以作用载荷产生的裂纹尖端应力状态和缺陷影响为特征的因子值。十一将该因子值同材料韧度相比较，此韧度值与材料及裂纹尖端的温度有关。本际准的附录A是标准的附录。本标准的附录B和C都是提示的附录。本标准由全国核能标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位z上海核工程研究设计院本标准主要起草

4、人z曲家擦。Ill 中华人民共和国核行业标准压水堆核电厂反应堆压力容器防止快速断裂评定准则EJ/T 1033-1996 Assessment criteria for preventing fast rupture of reactor pressure vessel of pressurized water reactor nuclear power plants I 范围本标准确立了压水型反应堆压力容器防止快速断裂的分析方法相评寇准则本标准适用于压水堆铁素体钢制压力容器。2 引用标准下列际准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修

5、订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。EJ 312-88 压水堆核电厂运行及事故工况分类EJ/T 732-92 压水堆核电厂反应堆压力容器承压热冲击评寇准则EJ/T 918-94 压水堆核电厂反应堆压力容器压力温度限值曲线制定准则3定义本标准采用下列定义3. J 基准断裂韧度KrRKrR是材料对裂纹扩张的抗力一一静态断裂韧度Krc，动态裂纹扩展的阻力斗一动态断裂韧度Kw以及裂纹止裂断裂韧度Kr.等断裂韧性值的下限值3.2基准缺陷最大的假想缺陷，作为保守性断裂计算的依据其所处位置、形状、深度以及长度（根据保守性要求按壁厚作具体规定3.3 一次薄膜应力施加载荷产生的截面厚度上平均

6、分布的法向应力，满足外部或内部力与力矩平衡条件，因而其基本特性是非自限的。3.4 一次弯曲应力施加载荷产生的沿截面厚度线性分布的法向应力，其性质与3.3相同。3.S 二次薄膜应力中国核工业总公司1996-10-24批准1997-02-01实施EJ/T 1033-1996 由于相邻材料或结构本身约束引起的截面厚度上平均分布的法向应力，是结构变形协调的自平衡应力，其基本特性是自限的。3.6二次弯曲应力由于相邻材料或结构不连续处的约束、变形协调引起的沿截面厚度线性分布的法向应力，其性质与3.5相同。3.7 防快速断裂许用载荷应理解为压力与温度限值，即相应于应力强度因子限值的许用压力及按EJ/T918

7、与材料限制确定的温度限值。4分析区域及程序4. 1 概述本标准旨在保证足够裕度的基础上建立定量评定准则，以确保无快速断裂的危险。本标准所确定的许用压力和温度应同时满足EJ/T918的压力温度限值。4.2 分析区域的选择根据如下因素选定分析区域zCl）可能存在缺陷的部位pb）该处应力总变动幅度有可能导致裂纹扩展$c）可能存在辐照脆化。4.3 程序依据断裂力学，按如下程序实施计算za) 在所选分析部位假设存在一个规定的缺陷zb) 按缺陷和作用载荷确定裂纹尖端的应力强度因子$c) 由判掘，zKr豆豆KrR进行评定材料的基准断裂韧度值由裂纹尖端的金属即时（分析时刻温度加以确定，其中n为安全系数，适用的

8、规则5. 1 方法本标准提出两种适用的方法。第一种方法是采用线弹性断裂力学的简化分析方法，主要用于反应堆压力容器分析法设计阶段依据对明显保守且能覆盖全寿期的基准缺陷进行分析，以给出设备对于快速断裂风险的相当大的安全裕度。第二种方法在于根据部件在开始服役时的状态选定更实际的基准缺陷。根据基准缺陷细致计入疲劳裂纹扩展，求得计算缺陷，而后对计算缺陷进行详细的快速断裂力学分析。本标准适用于有包覆层的设备，但快速断裂分析中不考虑包覆层。s. 2 第一种方法s.2. 1 基准缺陷s. 2. 1. 1 远离不连续区的筒体和封头2 EJ/T 1033-1996 本规则中所考虑的基准缺陷是一个半椭圆形的表面裂纹

9、，裂纹平面垂直于最大主应力方向其尺寸与EJ/T918的规定相同（见表1)。表1裂纹尺寸壁厚裂纹深度裂纹长度300mm 75mm 450mm 注：t为容器壁厚，mm。在个别情况下，如果小于最大假想缺陷仍能有安全保证时，允许采用较小的缺陷尺寸。5. 2. I. 2 接管、法兰及几何不连续区附近对于接管、法兰及几何不连续区附近的应力分布比较复杂的区域，在未制定新规则前，仍可采用5.2. 2. 3的规则，但在确定容许施加载荷的规则中作一定修正；也可根据具体情况按基准缺陷的选择要求，选取缺陷的几何形状、尺寸及方位。5. 2. 2 应力强度因子的确定5.2.2. 1 概述由机械载荷和热载荷引起的基准缺陷处

10、裂纹尖端的应力强度因子，可通过详细断裂分析或按如下5.2. 2. 2与5.2. 2. 3中给出的简化方法加以确定，而后按5.2.3进行组合。5. 2. 2. 2 远离不连续区的筒体和封头5. 2. 2. 2. 1 对于5.2. 1的基准缺陷，相应于均匀拉伸的应力强度因子Krm，可用下式确定：式中：Mm一一用图1确定的系数；m一一薄膜应力，MPaoKrm=Mrnrn . (1) 5. 2.2.2. 2 对于5.2. 1的基准缺陷，相应于弯曲应力的应力强度因子K川可用下式确定：Krb=Mbb（2) 式中：Mu一一用图1确定的系数Mm的2/3;b 最大弯曲应力，MPa。5. 2. 2. 2. 3 对

11、于5.2. 1的基准缺陷，沿壁厚的径向温度梯度所引起的应力强度因子K1t，可用下式确定：Kr.=1.么!J.T（3)式中：M，用图2确定的系数：6.T壁厚温差。图2中的M，值仅适用于下列情况：a）假设的温度梯度近似于图3的分布形状：b）温度变化自稳态工况开始，并具有与启动和停堆相联系的变化速率，该速率小于55C/h。3 EJ/T 1033-1996 如不满足上述条件，应采用其它方法计算热应力引起的应力强度因子K1t.推荐采用计算径向温度梯度产生的热弯矩，求出其当量线性应力，而后按上述5.2. 2. 2. 2弯曲应力的规则确定K1t.所谓当量线性应力是指与实际应力分布具有相同作用的纯弯曲的线性应

12、力分布。s.2.2.2.4 应力超过材料屈服强度时，图1数据即不适用，应对实际情况另作讨论，或按一定规程用弹性方法计算应力超过材料屈服强度时的相当应力见附录B提示的附录刀，用来代替图1至图3。上述各图在组合应力超过屈服强度时即不适用。4 0. 60 0. 58 0.56 o. 54 0. 52 o.so o. 48 0. 46 0.44 0.42 泛0.400.38 0. 36 0. 34 0.32 0.30 0.28 0. 26 0.24 0. 22 o. 20 I- 薄膜K1. =M .。”/ Ii. o - 弯曲K1b=Mbb / Mb= 0.920:.m LlK60 da/dN=4.

13、754 io-10 16.5 da/dN=7. 94710-cr；蛐沪剧IOO da/dN=4. 5410叶。（.:iK)-7:6压水堆内取下列两式中校大者gd“/dN=S. 21410气4K沪0.94Kl2 da/dN=7. 03 io-s 洼，如当前的工作还不能得出规范性的结果，对0.3必0.6，取R0.6时应用的规律表2用于规定的基准材料。如用所考虑材料和部件专门制定的曲线来代替表2，则应提出足够的论证。如Km. Kie值，贝tl方法失效，见5.3. 3.1. . J. 2. 2. 7 假定裂纹仍保持给定形状，并具有如下尺寸za1=ao+&1 a:=a1+&:=ao+&1+&: a1=a

14、n-1+&.=ao+&.e. 计入此裂纹扩展量，修正dKcp(m.n）值。只要变化范围M(川m，”应用次数小于该变化范围发生的次数nmn，就应返回执行5. 3. 2. 2. 6.仅当达到该次数后，才开始执行5.3. 2. 2. 8. 表2中的公式可表示为一般表达式：旦旦C(dK,)m. (14) dN I 则可用下式确定应用变化范围LlK，发生n次后所达到的最终深度ar:10 EJ/T 1033-1996 /J.Ki主a1= ai-t+nCO-z-1王一产）m. 2 m (15) v a。式中：ao应用变化范围发生11次之前的初始裂纹尺寸，mm;L1K1一一根据ao尺寸确定的变化范围，MPa

15、J函。此条仅适用于：LlK(a1)-LlK(ao), (16) L1K(a0）否则，应按满足此条件所需的步骤来确定向，每一步都应根据新的裂纹尺寸重新计算应力强度因子及其相应的变化范围。5.3.2.2. 8 消去组合LlK1(m ,n）后，再建立一组应力强度因子极值：1l）对出现次数作如下修正；mm=nm-1lmn. (17) t n=nn-1Zmn “. (18) b）考虑新的裂纹尺寸修正应力强度因子，根据初始裂纹尺寸选择应力强度因子的所有组合并在过程的每一步只重新计算和该步有关的应力强度因子，这也是一种可接受的计算方法。而后，返回本程序中的5.3. 2. 2. 4.直进行到与各应力强度因子变

16、化范围有关的所有出现次数用完。5.3. 2. 2. 9 对初始缺陷应用上述5.3. 2. 2. 1至5.3. 2. 2. 8步骤最终得到的缺陷即是计算缺陷。5.3.3 A、B级使用载荷快速断裂分析5.3. 3. 1 通用要求对于符合A、B级使用载荷要求的各种工况，选定构成快速断裂分析的包络工况，应在所分析工况进程期间的不同时刻，对每一区域评定其快速断裂抗力。根据5.3.2定义的计算缺陷，按5.3. 3. 2确定的Kcp值应满足下列要求za）所分析裂纹尖端处的材料温度T小于或等于RTNm+50时，ro. 4K1c: K Bmin门的l0. 7K1. b）当材料温度T大于RTNnT+5o时，fO.

17、 7Kr K .运min. (20) , - l0.7KiO.085(1-a）时上述方法不再适用S.3.4 C级使用载荷快速断裂分析;(1于符合C级使用载荷要求的工况，部件的快速断裂抗力可采用5.3. 3进行评定但5. 3. 3. I被以下要求代替A）对于所分析裂纹尖端处的材料温度T小于或等于RTNm+50C.ro.sK.,. K.p运min”.K 式中K1c按5.4. 2确定，即根据快速断裂分析时刻裂纹前缘的材料温度T和材料基准温度RTNIJT确定z辐照效应则按54. 3考虑KJ 220 200 180 160 140 / / 120 100 / / 80 / )/ v . , ”F 60

18、40 20 T-RTNDT（。. 一120-100-so -60 -40 -20 o +20 +40 +60 +so +100 +120 T i主ITT-RT飞回电2考虑辐照影响的上平台变化关系参见5.4. 3. 3。图6基准材料的KiR一T关系曲线21 4韧性K1e和K川MPa,;) 飞) 220 200 飞180 160 140 120 1 100 80 EJ/T 1033-1996 / / / 几/ |/ / / / / ，l 60 40 20 。一50一25。+25 +so 注 / / /Ki. / / T-RTNDT（. +75 +100 T 1根据材料温度T和基准温度RToT给出K

19、,A口Ki.分别为失稳扩展的出现和中止）曲线，曲线的分析式K1,=f估算惶（/1=1t/2)a/l=O. 5 o. 2 。.1 0.2 o. 3 o. 4 缺陷深度与壁厚的比值alt0.5 0.6 图11表面缺陷的弯曲应力修正系数27 EJ/T 1033-1996 y ll n x I 二图12J积分所使用符号的定义28 EJ/T 1033-1996 汁算缺陷研究工况的瞬间选择/ / 是破坏以后的瞬间无破坏危险图13D级使用载荷分析流程图29 EJ/T 1033-1996 附录A（标准的附录AKI的计算Al A盯的计算当反应堆尚无可信的在役辐照监督数据时预计的ART可按下法计算zART=RTN

20、nT+llRTNm+M 式中：llRTNm一一基准温度的平均升高值，C; M一一裕度，C。注g以下取表Al、A2.团Al、A2的温度和长度单位作为中间单位进行计算llRTNm=. 式11:CF一一化学系数是铜、镣含量重量百分比的函数由表Al和表A2给出中间值可线性内插。如无适用资料，可取铜为0.35%.锦为1.0%. F; f一一窑器壁厚任何深度处的快中子注量.1019n/cmz.f =f内慢而e “.zu . 一一是对于.J.RTNm的标准差，对焊缝取为28F.对于母材取为17F，但内不能超过flRTNnT平均值的一半Al 蔓比上平台能量夏比上平台能量快中子注量和铜含量的函数，可按图A2确定

21、其下降的百分比，并允许线性内插。30 EJ/T 1033-1996 A3 使用限制采用上述方法时受到如下的材料与辐照温度的限制。A3. l 材料限制用于具有最小额定屈服强度为345MPaC包括焊缝和热影响区的铁素体钢材料。A3. 2 幅照幅度限制m名义辐照榻度为290c时有效低于274c时应考虑到会产生较290C时为大的脆性高于310c时则会产生较小的脆性，修正系数应参照实视1数据加以调整。A3. 3 其它当快中F注量水平、铜、镇含量超出图Al、表Al及表A2中范围或材料化学成分不同IJ.t使用！：述方法应提交论证数据。A4 预计的ART的校核自i计（IART 自应按辐ft监督大纲的实测数据加

22、以校核。31 EJ/T 1033-1996 表Al对于焊缝的化学系数。FCu Ni Wt号也Wt一？也。o. 20 0.40 0.60 0.80 1. 00 1. 20 。20 20 20 20 20 20 20 0.01 20 20 20 20 20 20 20 0.02 21 26 27 27 27 27 27 0. 03 22 35 41 41 41 41 41 。.04 24 43 54 54 54 54 54 0.05 26 49 67 68 68 68 68 0.06 29 52 77 82 82 82 82 0. 07 32 55 85 95 95 95 95 0.08 36 5

23、8 90 106 108 108 108 0.09 40 61 94 115 122 122 122 0. 10 44 65 97 122 133 135 135 0. 11 49 68 101 130 144 148 148 o. 12 52 72 103 135 153 161 161 0. 13 58 76 106 139 162 172 176 o. 161 79 109 142 168 182 188 o. 15 66 84 112 146 175 191 200 。.16 70 88 115 149 178 199 211 0. 17 75 92 119 151 184 207 2

24、21 o. 18 79 95 122 154 187 214 230 0. 19 83 100 126 157 191 220 238 0. 20 88 104 129 160 194 223 245 0. 21 92 108 133 164 197 229 252 o. 22 97 112 137 167 200 232 257 0.23 101 117 140 169 203 236 263 。.21 105 121 144 173 206 239 268 0.25 110 126 148 176 209 243 272 。.26 113 130 151 180 212 246 276 0

25、.27 119 134 155 184 216 249 280 。.28 122 138 160 187 218 251 284 0.29 128 142 164 191 222 254 287 0.30 131 146 167 194 225 257 290 0. 31 136 151 172 198 228 260 293 o. 32 140 155 175 202 231 263 296 0.33 144 160 180 205 234 266 299 0. 34 149 164 184 209 238 269 302 0. 35 153 168 187 212 241 272 305

26、0.36 158 172 191 216 245 275 308 0.37 162 177 196 220 248 278 311 。.38 166 182 200 223 250 281 314 0. 39 171 185 203 227 254 285 317 o. 40 175 189 207 231 257 288 320 32 EJ/T 1033-1996 表A2对于母材的化学系数。FCu Ni W1在Wt一？也。0. 20 0.40 0.60 0.80 L 00 L 20 。20 20 20 20 20 20 20 0. 01 20 20 20 20 20 20 20 0.02 2

27、0 20 20 20 20 20 20 。.03 20 20 20 20 20 20 20 0. ().j 22 26 26 26 26 26 26 。.o; 25 31 31 31 31 31 31 (), 06 28 37 37 37 37 37 37 0.07 31 43 44 44 44 44 44 。.08 34 48 51 51 51 51 51 0. 09 37 53 58 58 58 58 58 0. () 41 58 65 65 67 67 67 0. 11 45 62 72 74 77 77 77 0. 12 49 67 79 83 86 86 86 。.13 53 71

28、85 91 96 96 96 0. .j 57 75 91 100 105 106 106 (), 15 61 80 99 110 115 117 117 0. 16 6:1 84 10.J 118 12:1 125 125 “. 17 69 88 110 127 132 135 135 0. 18 73 92 115 134 141 144 144 (), 19 78 97 120 142 150 154 154 。.20 82 102 125 149 159 164 165 0. 21 86 107 129 155 167 172 174 。.22 91 112 134 161 176 1

29、81 18.J 。.23 95 117 138 167 184 190 194 0. 21 100 121 143 172 191 199 204 0. 25 10.J 126 148 176 199 208 214 0.26 109 130 151 180 205 216 221 0. 27 114 134 155 184 211 225 230 0. 28 119 138 160 187 216 233 239 。.29 124 142 164 191 221 241 248 。.30 129 146 167 194 225 249 257 0. 31 134 151 172 198 22

30、8 255 266 0.32 139 155 175 202 231 260 274 0. 33 144 160 180 205 23.t 264 282 0. 34 149 164 184 209 238 268 290 0. 35 153 168 187 212 241 272 298 0.36 158 173 191 216 245 275 303 o. 37 162 177 196 220 248 278 308 。.38 166 182 200 223 250 281 313 0.39 171 185 203 227 254 285 317 0 . .JO 175 189 207 2

31、31 257 288 320 33 EJ /T 1033 - 1996 都喧闹棋比叩图酬划叶酬到时圄（bE八MHYEUZ嗣甜UFHT华。. - 0 - . C仇。. 。aLt) 嗖”M 、自Lt) 。a M 电，。也87711T-m-H 。同时间。N。Lt) 嗖司VM 0 0 0 卢。川o-aooJ-J=图喜OOl。险、唱36coo 0.N 34 回叫户。丐咀wam降川仁：1士.1:q；刘充仨；与：（f：臼二专t t LI : I ：在；二mm刘二：！；三眩目二E二二J一战斗；在；二附注曰：t博引t： ll.nt芳：3悔：栩如立马，再怪tHfgmj% cu E始；rr正El I ，品崎!m;:

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