Виктор Костарев, президент ЦВС

1. Семинар ГП НАЭК «Энергоатом» по оценке сейсмичности площадок АЭС и проведению их сейсмической переоценки Украина, Киев, 17-18 ноября 2011 года Обоснование сейсмостойкости трубопроводов первого контура ВВЭР-1000 в соответствии с требованиями Российских Норм ПНАЭ и Американского кода ASME. Сравнительный анализ. Виктор Костарев, президент ЦВС www.cvs.spb.su, email: cvs@cvs.spb.su

2. Companion Guide to the ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Third Edition-Volumes 1, 2 & 3 под редакцией K.R. Rao

3. Нормативные документы; Классификация элементов и оборудования; Анализ прочности элементов трубопровода; Определение сейсмического воздействия; Сравнительный анализ сейсмостойкости ГЦТ ВВЭР-1000 Содержание

4. Нормативные документы Россия: ПНАЭ Г-7-002-86 “Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок” НП-031-01, Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций НП-064-05, Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на объекты использования атомной энергии НП 068-05, Трубопроводная арматура для атомных станций. Общие технические требования

5. Нормативные документы Россия: РБ-006-98, Определение исходных сейсмических колебаний грунта для проектных основ; РБ-019-01, Оценка сейсмической опасности участков размещения ядерно- и радиационно опасных объектов на основании геодинамических данных СПиР-О-2008 "Свод правил и руководств по опорным конструкциям элементовАЭС с ВВЭР"

6. Нормативные документы США: ASME BPVC Subsections NB(C,D) -3600 “Design and analysis for Class 1 (2, 3) pipes”; ASME BPVC Subsection NF-3600 “Design Rules for Piping Supports”; ASME BPVC, Appendix N “Dynamic Analysis Methods”; ASME BPVC, Appendix F “Rules for Evaluation of Service Loading with Level D Service Limits” + 21 RG (Regulation Guide) + 11 SRP (Standard Review Plan)

8. Номинальные напряжения • Примечания: • номинальные допускаемые напряжения определяются по Приложениям в ASME Sec II, Part D; • для аустенитных сталей (у них нет "площадки текучести") можно брать 0.9Sy только, если при работе допускаются небольшие пластические деформации (для фланцев, например, нельзя); • Rt и Ry это "тренд" от температуры. Т.е. Sy*Ry это наше Rp(t) а St*Rt -> Rm(t)

9. Номинальные напряжения Номинальные допускаемые напряжения определяются по Приложениям в ASME Sec II, Part D

10. Номинальные напряжения

11. Номинальные напряжения

12. Допускаемые напряжения

13. Допускаемые напряжения

14. Варианты расчетов, сочетание нагрузоки категории напряжений Примечание: P, Q, F это категории напряжений (соответствуют S2, Srk, Safk по ПНАЭ)

15. Критерии прочности по ASME Class 2

16. Анализ прочности по ASME Class 1

17. Критерии прочности по ПНАЭ

18. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ТРУБОПРОВОДАХ

19. Коэффициенты интенсификации напряжений для деталей трубопровода (ASME) – тесты Маркла (~ 50-е г.г.)

20. Определение коэффициента местных напряжений для тройникового соединения (ПНАЭ)

21. Определение коэффициента местных напряжений для тройникового соединения (ПНАЭ)

22. Анализ прочности элементов трубопровода Сравнение величин максимального момента в сечении прямой трубы при равенстве допускаемых напряжений

23. Анализ прочности элементов трубопровода Сравнение величин максимального момента в сечении отвода при равенстве допускаемых напряжений

24. Анализ прочности элементов трубопровода Сравнение величин максимального момента в сечении прямой трубы при величине допускаемых напряжений, определяемой Нормами

25. Анализ прочности элементов трубопровода Сравнение величин максимального момента в сечении отвода при величине допускаемых напряжений, определяемой Нормами

26. Классификация динамических нагрузок на реверсивные и нереверсивные.

27. Условия применения реверсивной динамической нагрузки для Level D Service Limits): • Трубопровод изготовлен из апробированного материала и обладает достаточной пластичностью (т.е. не подвержен хрупкому разрушению); • Отношение внешнего диаметра трубы к толщине стенке не превышает величины 40: DO/tn ≤ 40; • Уровень напряжений от весовой нагрузки ограничен величиной: • Напряжения от весовой и инерционной (реверсивной) нагрузки удовлетворяют уравнению: • (Коэффициент B2' ~ в 1.5 раза ниже B2)

28. Условия применения реверсивной динамической нагрузки для Level D Service Limits): • Размах результирующего момента и амплитуда осевой силы в сечении трубопровода от действия сейсмического смещения опор (seismic anchor motion) и других реверсивных динамических нагрузок ограничены величинами: • В трубопроводе отсутствуют локализаторы ползучести; • Перемещения трубопровода находятся в допускаемых пределах.

29. Определение сейсмической нагрузки ASME, Appendix N “Dynamic Analysis Methods”: N-1210 - “Earthquake description“; N-1220 - “Methods of dynamic analysis“ N-1230 - "Damping” (0.05 независимо от уровня воздействия) Величины демпфирования, принятые в американской практике, для расчета трубопроводов на динамические воздействия ПНАЭ: демпфирование в трубопроводах принимается равным 0.02

30. Сравнительный анализ сейсмостойкости ГЦТ ВВЭР 1000

31. Сравнительный анализ сейсмостойкости ГЦТ ВВЭР 1000 Исходное сейсмическое воздействие (демпфирование 2 %)

32. Сравнительный анализ сейсмостойкости ГЦТ ВВЭР 1000 Исходное сейсмическое воздействие (демпфирование по N-411-1)

33. Сравнительный анализ сейсмостойкости ГЦТ ВВЭР 1000

34. Сравнительный анализ сейсмостойкости ГЦТ ВВЭР 1000(ПНАЭ) >>>Максимальные напряжения, Уравнение (9) - Level D ---------------------------------------------------- элем. узел1 узел2 расчет допуск. FS ---------------------------------------------------- PIPE 0014 14 252 491 0.51 BEND 1H12 1H13 212 491 0.43 REDU 3 A065 156 510 0.31 TEE 1C19 114 491 0.23 ---------------------------------------------------- >>> Максимальные напряжения категории S2 (МРЗ) - не проходит ---------------------------------------------------- элем. узел1 узел2 расчет допуск. FS ---------------------------------------------------- PIPE 0014 14 372 340 1.09 ! BEND 1H12 1H13 266 340 0.78 REDU 3 A065 129 353 0.37 TEE 1C19 142 340 0.42 ----------------------------------------------------

35. Сравнительный анализ сейсмостойкости ГЦТ ВВЭР 1000(ПНАЭ) Отношение расчетных напряжений к допускаемым

36. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГЦК ВВЭР-1000, РАСКРЕПЛЕННОГО ГА И ВД Анализ по dPIPE на уровень сейсмического воздействия на поверхности грунта 0.3g ZPGA Четыре ВД снижают нагрузки и напряжения от сейсмики примерно в 4 раза, что достигается установкой 8 ГА

37. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ СЕЙСМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАЗВЕТЛЕННОГО ТРУБОПРОВОДА АЭС, СВЯЗАННОГО С БЕЗОПАСНОСТЬЮ, С ГА И ВД

38. РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНИТЕЛЬНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ТРУБОПРОВОДА АЭС С ГА И ВД Анализ по dPIPE на воздействие 0.4 g ZPA

39. РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНИТЕЛЬНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ТРУБОПРОВОДА АЭС С ГА И ВД Суммарные нагрузки на опоры трубопровода при установке 8-ми (восьми) ГА (голубые колонки) и 3 (трех) ВД630 либо ВД426 (белые и вишневые колонки)

40. РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНИТЕЛЬНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ТРУБОПРОВОДА АЭС С ГА И ВД(Выводы) • Для обеспечения примерно одинакового сейсмического запаса трубопровода необходимо установить либо 8 снабберов – ГА, либо только 3 демпфера типа ВД. • Базовые (первичные) затраты на сейсмическое раскрепление системы демпферами ВД примерно в 2.5 раза меньше, чем при применении снабберов-ГА. • В соответствии с имеющимся опытом эксплуатации снабберов –ГА и демпферов на АЭС затраты на обслуживание демпферов в течение срока службы АЭС в несколько раз ниже , чем ГА.

41. ВЫВОДЫ Демпферы ВД обеспечивают эффективную защиту трубопроводов, распределительных систем и оборудования АЭС от всех возможных динамических, ударных и вибрационных воздействий, связанных с нормальными, переходными и аварийными режимами эксплуатации АЭС (механические воздействия, возбуждение потоком среды, паровые и гидроудары, двухфазный поток и т.д.) а также от особых динамических воздействий (сейсмика, взрывная волна, падение самолета и прочие особые воздействия)

42. Выводы • Выполнено сравнение норм расчета на сейсмостойкость трубопроводов по ПНАЭ и ASME. • Дано сравнение величин номинальных допускаемых напряжений для материалов трубопроводов и показано, что значения номинальных допускаемых напряжений определенных по ПНАЭ практически совпадают с ASME. • Значения допускаемых напряжений при расчете на сочетание нагрузок НУЭ+МРЗ по ПНАЭ приблизительно в 1.7 раза ниже, чем по нормам ASME для трубопроводов 1 класса. • При расчете на сочетание нагрузок НУЭ+МРЗ уровень напряжений в прямых трубах и отводах по ПНАЭ ниже на 4-6%, чем по нормам ASME • При низком уровне напряжений от механических нагрузок (вес и сейсмика) приведенные напряжения в трубопроводе могут полностью определяться нормальными окружными напряжениями от давления, т.е с увеличение интенсивности сейсмического воздействия приведенные напряжения не изменяются. В нормах ASME этот эффект отсутствует, хотя в обеих методиках используется теория наибольших касательных напряжений.

43. Выводы • Проведено сравнение методик расчета на сейсмостойкость, основные результаты которой представлены в таблице: На основании сравнения основных положений ПНАЭ и норм ASME (класс 1) можно утверждать, что при расчете на сейсмостойкость трубопроводов в ПНАЭ предъявляются более жесткие требования к элементам трубопроводов по сравнению с нормами ASME. ПНАЭ дают приблизительно двойной запас по сравнению с нормами ASME при расчетах на сейсмостойкость трубопроводов на сочетание нагрузок НУЭ+МРЗ.