T-CNIDA 013-2023 重水堆壓力管先漏后破分析方法

ICS27.120.20CCSF69團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CNIDA013—2023重水堆壓力管先漏后破分析方法2023-06-16發(fā)布2023-07-16實(shí)施中國(guó)核工業(yè)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)發(fā)布IT/CNIDA013—2023前言 Ⅲ引言 Ⅳ1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)和定義 14縮略語(yǔ) 35總論 36分析流程和基本步驟 4附錄A(資料性)重水堆壓力管力學(xué)性能數(shù)據(jù)的測(cè)定和選取方法 12參考文獻(xiàn) 20ⅢT/CNIDA013—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)利的責(zé)任。本文件由中國(guó)核工業(yè)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)提出并歸口。本文件起草單位:上海核工程研究設(shè)計(jì)院股份有限公司、華東理工大學(xué)、西南交通大學(xué)、中核核電運(yùn)行管理有限公司。徐習(xí)凱。ⅣT/CNIDA013—2023坎度(CANDU)重水堆機(jī)組壓力邊界中最核心的部件是zr-2.5Nb合金制成的壓力管。氫致延遲開(kāi)裂(delayedhydridecracking,DHC)是壓力管結(jié)構(gòu)完整性的最主要威脅。在足夠惡劣的條件下,在缺陷處可能發(fā)生氫致延遲裂紋起裂和擴(kuò)展,甚至貫穿壓力管。貫穿的DHC裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展,在高載荷和較低溫度的作用下一旦擴(kuò)展達(dá)到某個(gè)臨界長(zhǎng)度,DHC裂紋可能導(dǎo)致壓力管發(fā)生失穩(wěn)斷裂。壓力管的先漏后破分析是為了保證在檢測(cè)到重水堆壓力管由于貫穿缺陷引起冷卻劑泄漏后能夠以規(guī)定程序安全停堆,是確保含貫穿裂紋的壓力管結(jié)構(gòu)完整性的最主要分析手段。本文件規(guī)定了重水堆壓力管先漏后破的分析方法,適用于計(jì)算重水堆鋯合金壓力管在停堆過(guò)程中貫穿裂紋的擴(kuò)展量、介質(zhì)的泄漏量、臨界裂紋的長(zhǎng)度等,進(jìn)而分析含貫穿裂紋的壓力管在停堆過(guò)程中能否確保發(fā)生先漏后破,實(shí)現(xiàn)安全停堆。1T/CNIDA013—2023重水堆壓力管先漏后破分析方法1范圍本文件規(guī)定了重水堆用冷加工zr-2.5Nb合金壓力管先漏后破的確定性分析方法,以分析含貫穿裂紋壓力管在停堆時(shí)是否會(huì)發(fā)生先漏后破的情況,即當(dāng)監(jiān)測(cè)到壓力管由于裂紋軸向貫穿管壁而發(fā)生冷卻劑泄漏,在從反應(yīng)堆機(jī)組停堆到進(jìn)入冷態(tài)降壓狀態(tài)的過(guò)程中,分析裂紋尺寸是否不超過(guò)臨界裂紋長(zhǎng)度。本文件適用于有關(guān)氫致延遲裂紋的老化機(jī)制而導(dǎo)致的重水堆鋯合金壓力管先漏后破分析。本文件不適用于壓力管與排管接觸導(dǎo)致的劣化機(jī)制。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。T/CNIDA012—2023重水堆壓力管用鋯合金無(wú)縫管3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。重水堆壓力管pressuretubeforheavywaterreactor一種直管,屬于重水堆燃料通道組件的一部分,位于排管內(nèi),起到包容核燃料和冷卻劑的作用。3.2先漏后破leak-before-break;LBB當(dāng)在反應(yīng)堆正常運(yùn)行中檢測(cè)到壓力管缺陷造成的泄漏,在裂紋擴(kuò)展到破斷臨界尺寸之前反應(yīng)堆機(jī)組停堆。3.3等效氫濃度hydrogenequivalentconcentration假如氘原子被氫原子替代,壓力管中的氫質(zhì)量濃度。注:等效氫濃度Heq=氫濃度十氘濃度/2,其中Heq的單位是質(zhì)量百萬(wàn)分率(ppm),即質(zhì)量百分?jǐn)?shù)×10—2。3.4主體等效氫濃度bulkhydrogenequivalentconcentration最靠近壓力管中缺陷位置處且不受到缺陷影響的等效氫濃度。3.5持續(xù)熱態(tài)sustainedhotcondition冷卻劑溫度維持在或接近反應(yīng)堆升、降溫循環(huán)的最高溫度的一種運(yùn)行工況。注:這種運(yùn)行工況至少要維持幾個(gè)小時(shí)。例如,持續(xù)數(shù)月的100%滿(mǎn)功率正常運(yùn)行工況。2T/CNIDA013—20233.6熱態(tài)零功率zeropowerhot;ZPH一種反應(yīng)堆運(yùn)行狀態(tài),反應(yīng)堆冷卻劑大約維持在最高入口溫度且堆功率為零。3.7熱態(tài)hotconditions溫度大于或接近正常運(yùn)行入口溫度的狀態(tài)。注:包括熱態(tài)零功率。3.8正常運(yùn)行normaloperatingconditions帶功率的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。注:與瞬態(tài)事件、異常事件相對(duì)。3.9臨界裂紋長(zhǎng)度criticalcracklength;CCL壓力管發(fā)生爆破時(shí)的裂紋長(zhǎng)度,與壓力管承受的溫度、壓力相關(guān)。在給定內(nèi)壓、溫度、中子注量、氯離子濃度和等效氫濃度下,軸向穿透裂紋發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的最小長(zhǎng)度。冷態(tài)降壓狀態(tài)cold,depressurizedcondition反應(yīng)堆安全停堆的最終狀態(tài)。帶壓力冷態(tài)cold,pressurizedcondition不是一種反應(yīng)堆的正常運(yùn)行狀態(tài),是用于估算缺陷位置處壓力與出口集管間壓力差的一種狀態(tài)。軸向缺陷axialflaw缺陷的主軸沿著壓力管軸向的缺陷。氫致延遲開(kāi)裂delayedhydridecracking;DHC一種穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展過(guò)程,表現(xiàn)為重復(fù)循環(huán)的一系列步驟,每一步包含了氫向缺陷擴(kuò)散、氫化物沉淀、氫化物區(qū)域的形成和氫化物區(qū)域的斷裂。氫致延遲開(kāi)裂擴(kuò)展速率delayedhydridecrackinggrowthrate;DHCR由氫致延遲開(kāi)裂機(jī)制控制的裂紋擴(kuò)展速率。失穩(wěn)斷裂的應(yīng)力強(qiáng)度因子fracturetoughnessatcrackinstabilityKc含軸向穿透裂紋的壓力管材料斷裂韌性,即穿透裂紋發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子。先漏后破分析中設(shè)想的一種情況,包括了裂紋穿透管壁、裂紋處發(fā)生泄漏、泄漏監(jiān)測(cè)和反應(yīng)堆機(jī)組停堆。氫溶解的固溶度terminalsolidsolubilityforhydrogendissolution;TSSD氫化物溶解的固溶度。3T/CNIDA013—20234縮略語(yǔ)下列縮略語(yǔ)適用于本文件。AGS:環(huán)隙氣體系統(tǒng)(annulusgassystem)CB:懸臂梁(cantileverbeam)CCL:臨界裂紋長(zhǎng)度(criticalcracklength)CCT:曲面緊湊拉伸(curvedcompacttension)DCPD:直流電位法(directcurrentpotentialdrop)DHC:氫致延遲開(kāi)裂(delayedhydridecracking)DHCR:氫致延遲開(kāi)裂擴(kuò)展速率(delayedhydridecrackinggrowthrate)LBB:先漏后破(leak-before-break)ROH:出口集管(reactoroutletheader)TSSD:氫溶解的固溶度(terminalsolidsolubilityforhydrogendissolution)ZPH:熱態(tài)零功率(zeropowerhot)5總論5.1通則當(dāng)壓力管的主體等效氫濃度達(dá)到或超過(guò)壓力管在A級(jí)工況中任一持續(xù)熱態(tài)下的材料氫致延遲開(kāi)裂門(mén)檻值,應(yīng)進(jìn)行堆芯的先漏后破評(píng)價(jià)。持續(xù)熱態(tài)溫度下的TSSD可作為主體等效氫濃度的門(mén)檻值。分析過(guò)程應(yīng)滿(mǎn)足第6章的技術(shù)要求。5.2資格與職責(zé)5.2.1進(jìn)行重水堆壓力管先漏后破分析的單位應(yīng)具有中華人民共和國(guó)民用核安全設(shè)備設(shè)計(jì)許可證,其中設(shè)備類(lèi)別包含壓力容器,核安全級(jí)別包含1級(jí)。人員應(yīng)具有相應(yīng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和充分的結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定能力。5.2.2進(jìn)行重水堆壓力管先漏后破分析的單位,應(yīng)對(duì)所分析結(jié)論的正確性負(fù)責(zé)。5.3重水堆壓力管先漏后破分析中的基礎(chǔ)工作5.3.1進(jìn)行重水堆壓力管先漏后破分析前,應(yīng)掌握壓力管幾何尺寸,初始穿透裂紋的裂紋位置及長(zhǎng)度,泄漏監(jiān)測(cè)裝置對(duì)冷卻劑泄漏到AGS系統(tǒng)的響應(yīng),缺陷處的材料等效氫濃度,氯離子濃度,泄漏率與裂紋尺寸的關(guān)系,壓力管服役的等效全功率通量及等效全功率時(shí)間,材料的屈服、抗拉強(qiáng)度,材料的斷裂韌度。5.3.2對(duì)于滿(mǎn)足T/CNIDA012—2023的技術(shù)要求的Zr-2.5Nb合金壓力管,其材料性能可參考第5章給出的各項(xiàng)性能參數(shù),也可按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定或參考附錄A進(jìn)行測(cè)試并獲得性能數(shù)據(jù)。宜充分考慮材料性能數(shù)據(jù)的分散性并按偏于保守的原則確定所需的材料性能數(shù)值。4T/CNIDA013—20235.4分析結(jié)論與報(bào)告5.4.1重水堆壓力管先漏后破分析完成后,分析單位應(yīng)及時(shí)出具完整的分析報(bào)告并給出明確的分析結(jié)論。5.4.2分析報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容:a)被分析對(duì)象的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用等基本情況和數(shù)據(jù);b)壓力管尺寸數(shù)據(jù),假想缺陷尺寸、位置的相關(guān)數(shù)據(jù);c)材料性能數(shù)據(jù)測(cè)試或選用;d)從滿(mǎn)功率開(kāi)始停堆到冷態(tài)降壓狀態(tài)的過(guò)程中,從壓力管入口到ROH的溫度、壓力隨時(shí)間的變化曲線;e)分析計(jì)算過(guò)程;f)結(jié)論。6分析流程和基本步驟6.1總體流程重水堆壓力管的先漏后破分析由以下步驟組成,見(jiàn)圖1:a)獲取電站主熱傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行工況(滿(mǎn)功率時(shí)從壓力管進(jìn)口到ROH的溫度及壓力分布,帶壓力冷態(tài)時(shí)從壓力管進(jìn)口到ROH的溫度及壓力分布),AGS對(duì)壓力管泄漏的響應(yīng),主熱傳輸系統(tǒng)響應(yīng)壓力管泄漏的運(yùn)行工況(停堆工況中主熱傳輸系統(tǒng)的溫度、壓力瞬態(tài),一般獲取ROH的溫度、壓力瞬態(tài)),壓力管的尺寸(內(nèi)徑、外徑、長(zhǎng)度),力學(xué)性能(屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、DHCR、斷裂韌度Kc),電站運(yùn)行(輻照)溫度、等效全功率通量、等效全功率時(shí)間等基本情況及數(shù)據(jù);b)確定初始軸向穿透裂紋位置及裂紋長(zhǎng)度;c)確定停堆過(guò)程中裂紋所在位置處的壓力管壓力和溫度歷程;d)確定停堆過(guò)程中軸向裂紋擴(kuò)展速率及裂紋長(zhǎng)度;e)確定停堆過(guò)程中介質(zhì)泄漏率;注:多數(shù)情況下,重水堆壓力管先漏后破分析中不需要介質(zhì)泄漏率。f)確定停堆過(guò)程中壓力管臨界裂紋長(zhǎng)度;g)判斷停堆過(guò)程中是否會(huì)發(fā)生壓力管爆破。5T/CNIDA013—20236T/CNIDA013—20236.2初始軸向穿透裂紋位置及裂紋長(zhǎng)度的確定6.2.1初始軸向穿透裂紋的位置應(yīng)假想在壓力管軸向上最危險(xiǎn)的位置,例如等效氫濃度高的位置、DHCR更高的位置等。對(duì)于無(wú)法確定缺陷位置的情況,分析人員應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)作出保守的估計(jì)。6.2.2初始軸向穿透裂紋長(zhǎng)度由氫致延遲裂紋起裂并擴(kuò)展至穿透時(shí)的尺寸確定。通常,初始穿透裂紋的軸向長(zhǎng)度至少為20mm,或者取由于DHC擴(kuò)展裂紋穿透管壁時(shí)的最大計(jì)算裂紋尺寸。6.3裂紋所在位置的溫度及壓力歷程的確定6.3.1ZPH狀態(tài)和主熱傳輸系統(tǒng)開(kāi)始降溫瞬態(tài)過(guò)程中,假設(shè)壓力管上的溫度是均勻的,壓力管進(jìn)口、出口的溫度與ROH的溫度一致。6.3.2沿著壓力管從進(jìn)口到出口,壓力逐漸降低,到ROH壓力最低。從壓力管進(jìn)口到出口的范圍內(nèi),任一假想裂紋的位置父處的壓力與ROH之間的壓力差認(rèn)為是與溫度呈線性相關(guān)的。因此,只要獲得停堆降溫瞬態(tài)中ROH的壓力、溫度,就可以計(jì)算得到停堆瞬態(tài)過(guò)程中假想裂紋所在位置處父的壓力,見(jiàn)公式(1)。P(父,T)=P(ROH,T)十ΔP(父,T)…………(1)所以,確定滿(mǎn)功率狀態(tài)下,壓力P(父,T)FP從壓力管入口到出口以及ROH的分布;確定帶壓力冷態(tài)下,壓力P(父,T)CP從壓力管入口到出口以及ROH的分布;通過(guò)線性插值的方法,獲得停堆降溫瞬態(tài)中假想缺陷在任一溫度T時(shí)的壓力P(父,T)。另一種方法是,直接獲得停堆降溫瞬態(tài)中,壓力、溫度沿著壓力管進(jìn)口到出口的分布。6.4停堆過(guò)程中軸向裂紋長(zhǎng)度的確定6.4.1在降溫的過(guò)程中,初始貫穿裂紋會(huì)發(fā)生氫致延遲裂紋擴(kuò)展,裂紋擴(kuò)展速率與壓力管受輻照程度及溫度相關(guān),可參考附錄A確定材料的氫致延遲裂紋擴(kuò)展性能。6.4.2在不能直接得到壓力管材料的氫致延遲裂紋擴(kuò)展性能的情況下,可采用公式(2)計(jì)算得到氫致延遲裂紋擴(kuò)展速率。當(dāng)T低于100℃時(shí),裂紋擴(kuò)展速率按100℃的數(shù)據(jù)計(jì)算。當(dāng)t小于35000h,裂紋擴(kuò)展速率按35000h計(jì)算。va=6.989eXp…………(2)式中:va—軸向DHCR的上包絡(luò)(m/S);T—評(píng)定溫度,即假想裂紋處的溫度瞬態(tài)(℃),100≤T≤315;Ti—電站正常運(yùn)行工況的(輻照)溫度,即假想裂紋位置處的正常運(yùn)行工況溫度(℃),245≤T≤315;φ—假想裂紋位置處的等效滿(mǎn)功率中子注量率[1016n/(m2S)],0≤φ≤42;t—等效滿(mǎn)功率時(shí)間(103h),35≤t。6.4.3電站停堆過(guò)程中的裂紋長(zhǎng)度應(yīng)采用公式(3)計(jì)算。2ci=2ci—1十Ac………式中:ci—ti時(shí)的裂紋長(zhǎng)度的一半(mm),2c0為初始裂紋長(zhǎng)度;Ac—裂紋單邊擴(kuò)展或雙邊擴(kuò)展的修正系數(shù);當(dāng)裂紋遠(yuǎn)離脹接區(qū)時(shí),Ac取2;當(dāng)裂紋靠近脹接區(qū)時(shí),如果2ci<CR,Ac取2,如果2ci≥CR,Ac取1;CR為裂紋朝壓力管外側(cè)的一端進(jìn)入脹接區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力區(qū)域而止裂時(shí)的裂紋總長(zhǎng)度;7T/CNIDA013—2023vi—ti時(shí)的軸向DHCR(mm/s);ti—距電站開(kāi)始停堆的時(shí)間間隔(s),t0為開(kāi)始停堆時(shí)刻,記為0s。6.5停堆過(guò)程中介質(zhì)泄漏率的確定6.5.1初始軸向裂紋長(zhǎng)度Lp為20mm時(shí),保守的泄漏率計(jì)算見(jiàn)公式(4)。Q=—11.2十0.0014(2Cmax)3…………(4)式中:Q—泄漏率(kg/h);Cmax—最大軸向裂紋長(zhǎng)度的一半(mm),如圖2所示。注:公式(4)是基于主熱傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行工況(6Mpa,250℃)而確定的,包絡(luò)了壓力管出現(xiàn)穿透裂紋的運(yùn)行工況。適用于最大軸向裂紋長(zhǎng)度2Cmax不大于60mm的情況。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明:eff—有效裂紋長(zhǎng)度;2Cmax—最大裂紋長(zhǎng)度;∞—壓力管壁厚。圖2貫穿裂紋形貌6.5.2初始軸向裂紋長(zhǎng)度Lp大于20mm時(shí),保守的泄漏率計(jì)算見(jiàn)公式(5)。Q=—11.2十0.0014(2Cmax—Lp十20)3…………(5)注:公式(4)和公式(5)在6Mpa和250℃條件下是保守的。將其應(yīng)用至壓力高于6Mpa或溫度低于250℃的工況將更加保守。6.5.3在6Mpa、250℃以外的工況下,泄漏率計(jì)算方程見(jiàn)公式(6)。Q2=Q1…………(6)式中:Q2—P2、T2條件下,待確定的泄漏率(kg/h);Q1—由公式(4)計(jì)算得到P1、T1條件下(6Mpa、250℃)的泄漏率(kg/h);ki—比例系數(shù),ki=31.05—3.57×10—6TEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(3),i)十13.59Pi(i為1或2);其中,Ti是溫度(℃);Pi是壓力(Mpa)。6.6壓力管臨界裂紋長(zhǎng)度的確定6.6.1計(jì)算臨界裂紋長(zhǎng)度CCL時(shí),首先需要獲得壓力管斷裂韌性KC,流變應(yīng)力σf,壓力管環(huán)向應(yīng)力σh及鼓脹因子M。6.6.2壓力管含軸向穿透裂紋的斷裂韌性KC由附錄A測(cè)試獲得。在不能通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試得到壓力管斷裂韌性KC時(shí),含軸向穿透裂紋的壓力管的斷裂韌性可按以下方法計(jì)算。以下計(jì)算方法適用的參數(shù)范圍如表1所示。8T/CNIDA013—2023表1斷裂韌性Kc計(jì)算模型的參數(shù)適用范圍參數(shù)適用范圍溫度20℃≤T≤315℃等效氫濃度0ppm≤Heq≤120ppm氯元素濃度a0ppm≤cl≤10ppm硫元素濃度0ppm≤s≤20ppma除非另有證明,計(jì)算中額外考慮2ppm的cl元素濃度的裕量。斷裂韌性KC的下包絡(luò)值按表2示的等效氫濃度和溫度的分類(lèi)情況計(jì)算確定。表2斷裂韌性Kc的下包絡(luò)值分類(lèi)情況斷裂韌性KC的下包絡(luò)值Heq≤30ppm30ppm≤Heq≤40ppm且20℃≤T≤315℃按6.6.3計(jì)算給定溫度T下的斷裂韌性KC下包絡(luò)值;同時(shí),取Heq=40ppm,按6.6.4計(jì)算溫度T下的斷裂韌性KC下包絡(luò)值,如果T>250℃,取T=250℃。再按下述方法處理確定斷裂韌性下包絡(luò)值KC:(a)如果按6.6.3計(jì)算的KC值小于或等于6.6.4計(jì)算的KC下包絡(luò)值,取6.6.3的斷裂韌性KC計(jì)算值;(b)如果按6.6.3計(jì)算的KC值大于6.6.4計(jì)算的KC下包絡(luò)值,根據(jù)等效氫濃度Heq的值,在6.6.3和6.6.4的KC計(jì)算值之間插值計(jì)算KC值40ppm≤Heq≤120ppm且20℃≤T≤250℃按6.6.4計(jì)算KC下包絡(luò)值;另外,代入溫度T按6.6.3計(jì)算KC值。取6.6.3和6.6.4二者的小值作為KC計(jì)算值40ppm≤Heq≤120ppm且250℃≤T≤315℃按6.6.3計(jì)算KC下包絡(luò)值;取T=250℃,按6.6.4計(jì)算KC下包絡(luò)值。取6.6.3和6.6.4二者的小值作為KC計(jì)算值6.6.3當(dāng)?shù)刃錆舛菻eq≤30ppm,可由公式(7)計(jì)算獲得KC的下包絡(luò)值。KC=27十0.30TT≤150℃……(7)KC=72T>150℃式中: KC—壓力管軸向穿透裂紋的失穩(wěn)斷裂韌性(Mpa\T—溫度(℃)。6.6.4當(dāng)溫度20℃≤T≤250℃,等效氫濃度40ppm≤Heq≤120ppm。KC的工程下包絡(luò)值按公式(8)計(jì)算。KEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(L),C)(e)=KEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(M),CL)Texp(—plL()十(1—)(KEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(M),CU)S十plU(eS))………………(8)式中:Fhf—插值參量,按式(13)計(jì)算; KEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(M),CL)T—在下平臺(tái)和轉(zhuǎn)變區(qū)的平均預(yù)測(cè)斷裂韌性(Mpa\m),見(jiàn)公式(9);plL(—在下平臺(tái)和轉(zhuǎn)變區(qū),與置信區(qū)間相關(guān)的斷裂韌性預(yù)測(cè)區(qū)間參數(shù)(上下限),按公式(11)計(jì)算;9T/CNIDA013—2023 KEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(M),cu)s—在上平臺(tái)區(qū)的平均預(yù)測(cè)斷裂韌性(Mpa\m),見(jiàn)公式(10);plu(es)—在上平臺(tái)區(qū),與置信區(qū)間相關(guān)的斷裂韌性預(yù)測(cè)區(qū)間參數(shù)(上下限),按公式(12)計(jì)算。T=eX式中:aj—模型參量,j=1、2、3、4,a1=3.90,a2=0.20,a3=—0.38,a4=—0.37;T—溫度(℃);Heq—等效氫濃度(ppm);Cl—氯元素濃度(ppm)。s=β1十β2eXp…………(10)式中:βj—模型參量,j=1、2、3,β1=93.6,β2=64.3,β3=1.97;Cl—氯元素濃度(ppm)。plL(=1.023●sELT●ts[(1十CL)/2,DFLT]……(11)式中:sELT—系數(shù),取0.15;ts(A,DFLT)—studentt分布,A分位數(shù)、自由度為DFLT的studentt分布,DFLT=283。plu(es)=1.029●sEus●ts[(1十CL)/2,DFus] (12)式中:sEus—系數(shù),取12.1;ts(A,DFus)—studentt分布,A分位數(shù)、自由度為DFus的studentt分布,DFus=78。插值參量Fhf:式中:σyy—裂紋面法向上的應(yīng)力分量(Mpa);σhf—?dú)浠锏臄嗔褢?yīng)力(Mpa);σsC—開(kāi)裂的氫化物部分的換算應(yīng)力,取150Mpa;w—開(kāi)裂的氫化物部分的形狀參數(shù),取2.0;hf=T—0.0431T2EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up7(20),15)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up7(50),25)當(dāng)T=150℃,σyy—σhf取公式(14)中兩段函數(shù)代入T=150的計(jì)算值的平均值。6.6.5壓力管流變應(yīng)力為壓力管環(huán)向屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度之和的一半,即σf=由附錄A進(jìn)行需要溫度T下的拉伸性能測(cè)試,基于測(cè)試結(jié)果計(jì)算獲得流變應(yīng)力與溫度T的關(guān)系。在不能直接得到壓力管流變應(yīng)力σf時(shí),可通過(guò)以下方法計(jì)算獲得。a)當(dāng)快中子注量φ=0(>1Mev),即沒(méi)有輻照。b)當(dāng)快中子注量φ<1.8×1024n/m2(>1Mev)。1)由表3線性插值得到計(jì)算溫度T下的0中子注量σEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(o),y)、σEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(o),u)。10T/CNIDA013—2023表3未輻照材料的橫向拉伸性能(φ=0)性能溫度/℃2050100150200250300σy/Mpa625607578548519501483σu/Mpa8087747206646095484872)按照公式(15)計(jì)算屈服強(qiáng)度?！?15)式中:φ—快中子注量(n/m2);σEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(o),y)—未輻照的材料屈服強(qiáng)度,如表3所示。3)按照公式(16)計(jì)算抗拉強(qiáng)度。十………………式中:σEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(o),u)—未輻照的材料抗拉強(qiáng)度,如表3所示。4)計(jì)算流變應(yīng)力。c)當(dāng)快中子注量φ≥1.8×1024n/m2(>1Mev)。流變應(yīng)力σf按公式(17)計(jì)算獲得。σf=1004.5—1.1995T (17)6.6.6裂紋位置處壓力管環(huán)向應(yīng)力σh可由公式(18)計(jì)算獲得。σh=pi…………(18)式中:σh—裂紋位置處壓力管環(huán)向應(yīng)力(Mpa);pi—ti時(shí)裂紋位置處壓力管承受的內(nèi)壓(Mpa);ri—壓力管內(nèi)半徑厚(mm);∞—壓力管壁厚(mm)。6.6.7臨界裂紋長(zhǎng)度可由公式(19)計(jì)算獲得。CCL=2C…………(19)式中:CCL—臨界裂紋長(zhǎng)度(mm);C—臨界裂紋長(zhǎng)度的一半(mm),可由公式(20)計(jì)算。公式(20)的適用范圍是σh≤0.7。…………(20)11T/CNIDA013—2023式中:M—鼓脹因子,由公式(21)計(jì)算。M=[1十1.25501352]1/2…(21)式中:rm—壓力管平均半徑(mm)。6.7安全性分析比較裂紋長(zhǎng)度與臨界裂紋長(zhǎng)度CCL,當(dāng)所有時(shí)刻臨界裂紋長(zhǎng)度大于裂紋長(zhǎng)度時(shí),該壓力管在停堆過(guò)程中不會(huì)有失穩(wěn)斷裂的風(fēng)險(xiǎn);反之,該壓力管存在失穩(wěn)斷裂的可能。12T/CNIDA013—2023附錄A(資料性)重水堆壓力管力學(xué)性能數(shù)據(jù)的測(cè)定和選取方法A.1重水堆壓力管環(huán)向拉伸性能的測(cè)試A.1.1試樣制備按圖A.1a)加工拉伸試樣,試樣從壓力管的環(huán)向截取,如圖A.1b)所示。A.1.2拉伸試驗(yàn)室溫拉伸試驗(yàn)參照GB/T228.1相關(guān)規(guī)定進(jìn)行,高溫拉伸試驗(yàn)參照GB/T228.2相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。單位為毫米a)拉伸試樣b)取樣示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明:1—壓力管;2—拉伸試樣。圖A.1拉伸試樣13T/CNIDA013—2023A.2重水堆壓力管氫致延遲裂紋擴(kuò)展速率的測(cè)試A.2.1試樣制備A.2.1.1采用恰當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)壓力管材料人工滲氫處理,使材料中的氫濃度達(dá)到設(shè)定值。對(duì)人工滲氫處理后的壓力管材料進(jìn)行擴(kuò)散退火處理,獲得用于DHCR試驗(yàn)的材料。A.2.1.2圖A.2所示的CCT試樣用于壓力管軸向裂紋DHCR的測(cè)定。圖A.3所示的CB試樣用于壓力管徑向裂紋DHCR的測(cè)定。單位為毫米圖A.2CCT試樣單位為毫米工廣_______圖A.3CB試樣A.2.2試驗(yàn)設(shè)備A.2.2.1可采用靜載或伺服加載蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)開(kāi)展DHCR試驗(yàn),加載系統(tǒng)應(yīng)保證在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中載荷保持穩(wěn)定,不超過(guò)設(shè)定載荷的±1%。A.2.2.2可采用電阻爐或輻射加熱設(shè)備對(duì)試樣進(jìn)行加熱,控制溫度與設(shè)定溫度的允許偏差不超過(guò)±3℃,溫度梯度不超過(guò)3℃。A.2.2.3溫度測(cè)量設(shè)備的分辨力優(yōu)于1℃,允許測(cè)量誤差不超過(guò)±2℃。溫度測(cè)量設(shè)備應(yīng)在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)檢驗(yàn)和校準(zhǔn)。14T/CNIDA013—2023A.2.2.4推薦采用DCPD系統(tǒng)測(cè)量試樣在試驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)裂紋長(zhǎng)度,裂紋長(zhǎng)度測(cè)量精度不低于±0.1mm。A.2.3試驗(yàn)程序A.2.3.1疲勞裂紋預(yù)制。疲勞裂紋預(yù)制可在高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)或電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上完成,預(yù)制方法參照ASTME1820,預(yù)制疲勞裂紋擴(kuò)展量不超過(guò)2mm。A.2.3.2試樣安裝。采用ASTME1820推薦的用于CT試樣的U型夾具將試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)上。采用圖A.4所示的加載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CB試樣的加載。在距離疲勞裂紋尖端1mm范圍內(nèi)點(diǎn)焊熱電偶,用于測(cè)量試樣溫度。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明:1—CB試樣;2—固定夾具;3—加載臂。圖A.4CB試樣加載系統(tǒng)示意圖A.2.3.3DCPD系統(tǒng)測(cè)量導(dǎo)線安裝。按圖A.5和圖A.6所示,以點(diǎn)焊方式分別在CCT試樣和CB試樣上安裝輸入電流導(dǎo)線和電位測(cè)量導(dǎo)線。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明:1—電流輸入;2—電位輸出。圖A.5DCPD系統(tǒng)導(dǎo)線安裝位置示意圖15T/CNIDA013—2023標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明:1—電流輸入;2—電位輸出。圖A.6CB試樣DCPD系統(tǒng)導(dǎo)線安裝位置示意圖A.2.3.4按圖A.7對(duì)試樣進(jìn)行加載。即首先以5℃/min速率對(duì)將試樣加熱到峰值溫度Tpk并保溫1h,然后以1.5℃/min冷卻到試驗(yàn)溫度Ttst并保溫35min,之后在試驗(yàn)溫度下對(duì)試樣施加靜載Pst(Pst對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子處于15Mpa~16Mpa范圍)并保持15min,最后在試驗(yàn)溫度Ttst下對(duì)試樣施加循環(huán)載荷,峰值載荷為Pst,載荷比為R,載荷循環(huán)速率為1cyc/min。Tpk通常設(shè)置為T(mén)ssd十10℃。Tssd為T(mén)SSD對(duì)應(yīng)的溫度。圖A.7DHCR試驗(yàn)加載程序示意圖A.2.3.5采集試驗(yàn)過(guò)程中DCpD系統(tǒng)的電位變化、溫度、試驗(yàn)時(shí)間等信息。A.2.4數(shù)據(jù)分析A.2.4.1CCT試樣的裂紋長(zhǎng)度a由公式(A.1)計(jì)算。Γcosh刁)〉〉……(A.1)16T/CNIDA013—2023式中:W—試樣寬度(mm),W=17mm;Y—輸出電位引線之間的距離的一半(mm);U—對(duì)應(yīng)于當(dāng)前裂紋a的電位(mv);U0—對(duì)應(yīng)于初始裂紋a0的初始電位(mv);a0—疲勞預(yù)制后的初始裂紋長(zhǎng)度(mm)。A.2.4.2CB試樣的裂紋長(zhǎng)度a由式(A.2)計(jì)算。a=a0十…………式中:a0—疲勞預(yù)制后的初始裂紋長(zhǎng)度(mm);af—試驗(yàn)截止時(shí)的最終裂紋長(zhǎng)度(mm);U—對(duì)應(yīng)于當(dāng)前裂紋a的電位(mv);U0—對(duì)應(yīng)于初始裂紋a0的初始電位(mv);Uf—對(duì)應(yīng)于終止裂紋af的電位(mv)。A.2.4.3CCT試樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子KI由公式(A.3)計(jì)算?！?A.3)式中:P—試樣載荷;B—試樣厚度。A.2.4.4CB試樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子KI由式(A.4)計(jì)算。.083十144…………式中:σn—施加在CB試樣內(nèi)徑一側(cè)的彎曲應(yīng)力。A.2.4.5由裂紋長(zhǎng)度a和時(shí)間t計(jì)算試樣的DHCR,并繪制DHCR-KI氫致延遲裂紋擴(kuò)展曲線。A.3重水堆壓力管斷裂韌性的測(cè)試A.3.1試樣制備圖A.8所示的含軸向單邊貫穿裂紋管試樣用于重水堆壓力管斷裂韌性的測(cè)定。管試樣直接從重水堆壓力管上截取,管試樣內(nèi)外徑尺寸與原壓力管保持一致。管試樣長(zhǎng)度取為460mm,在管試樣的中間位置用電火花加工軸向貫穿裂縫,裂縫長(zhǎng)度45mm。為了保證疲勞裂紋預(yù)制的順利進(jìn)行,裂縫寬度不應(yīng)大于1mm。17T/CNIDA013—2023單位為毫米圖A.8含軸向單邊貫穿裂紋管試樣A.3.2試驗(yàn)裝置A.3.2.1脈沖試驗(yàn)機(jī)可用于斷裂韌性試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具備內(nèi)壓恒速率單調(diào)加載和循環(huán)加載的能力。試驗(yàn)機(jī)所用介質(zhì)為高溫硅油,硅油耐熱溫度不低于300℃。A.3.2.2試驗(yàn)機(jī)的壓力系統(tǒng)應(yīng)為閉環(huán)控制,管試樣爆破后試驗(yàn)機(jī)應(yīng)能自動(dòng)泄壓,并具備足夠爆破安全防護(hù)能力。A.3.2.3試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具備測(cè)量?jī)?nèi)壓的能力,應(yīng)具備采集和存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。壓力測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度不低于1級(jí)。A.3.2.4試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)艙應(yīng)具備對(duì)管試樣加熱的能力,應(yīng)具有足夠的空間容納管試樣及其工裝。試驗(yàn)艙最高溫度不低于350℃,控制溫度與設(shè)定溫度的允許偏差不超過(guò)±3℃,溫度梯度不超過(guò)5℃。溫度測(cè)量設(shè)備的分辨力優(yōu)于1℃,允許測(cè)量誤差不超過(guò)±2℃。A.3.2.5應(yīng)設(shè)計(jì)專(zhuān)用密封裝置對(duì)管試樣進(jìn)行端部密封。密封裝置應(yīng)使管試樣在室溫~300℃范圍內(nèi)最高壓力70Mpa條件下不發(fā)生介質(zhì)泄漏。圖A.9所示密封裝置可滿(mǎn)足管試樣斷裂韌性試驗(yàn)密封的要求。 圖A.9管試樣端部密封裝置示意圖18T/CNIDA013—2023A.3.2.6應(yīng)設(shè)計(jì)工裝將管試樣牢固固定在環(huán)境箱內(nèi)。工裝應(yīng)包含保護(hù)裝置,以防止試樣爆破后帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。A.3.2.7推薦采用DCPD系統(tǒng)測(cè)量試樣在試驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)裂紋長(zhǎng)度,裂紋長(zhǎng)度測(cè)量精度不低于±0.1mm。A.3.3試驗(yàn)程序A.3.3.1管試樣裂縫密封在管試樣內(nèi)表面裂縫處粘貼墊片,以保證壓力加載過(guò)程中介質(zhì)不從裂縫處泄漏。A.3.3.2管試樣安裝管試樣的安裝步驟如下:a)采用圖A.9所示密封裝置對(duì)管試樣的任意一端進(jìn)行密封;b)在管試樣內(nèi)容填充鋁合金短棒,以減少管試樣內(nèi)部介質(zhì)容量,降低管試樣爆破后的安全風(fēng)