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压水堆核电站管道开孔补强技术的分析摘要：我国目前在建核电机组以M310技术改进堆为主且其设计规范RCC-M2000&2002是采用等面积法进行管道开孔补强设计的。RCC-M规范在使用等面积法时对其限制范围、限制条件以及不同管道承压介质工况参数和安全分级的使用区别没有明确说明。从等面积法的理论依据、适用范围、疲劳工况下的应用以及RCC-M规范B篇和C/D篇的规定差异出发进行分析并总结出等面积法适用范围、限制条件以及注意点为设计人员正确理解及使用等面积法进行开孔补强设计提供参考。关键词：开孔补强等面积法适用性中图分类号：TM621.72文献标识码：A文章编号：1007-3973（2013）007-021-031引言在核电站管道安装和修理改造过程中由于工艺或结构上的要求、施工环境条件的限制经常需要开孔安装接管。管道开孔后由于其结构连续性的破坏使其开孔边缘产生很高的局部应力为降低开孔边缘的应力应在开孔边缘处采取开孔补强措施。国内外压力容器（管道）设计标准关于开孔补强的设计方法主要有两种即以ASME规范为代表的等面积法和欧盟标准EN13445为代表的压力面积法。我国目前在建核电机组以M310技术改进型为主且基于M310堆型的法国压水堆核电站设计规范RCC-M2000&2002版是采用等面积法进行管道开孔补强设计的但等面积法仅适用于开孔率d/D≤0.5的壳体小开孔补强对d/D>0.5的开孔等面积法无法保证足够的安全性且该法不适用于有疲劳强度要求的开孔补强计算。RCC-M规范对等面积法未明确其适用范围（即对开孔尺寸作出限制）而是通过对开孔连接处进行应力校核以评定补强设计的安全性理论上是允许的。但却使得补强设计趋于复杂且应力评定未必能通过；同时针对有疲劳分析要求的补强笔者分析后发现RCC-M规范采用了应力指数法和疲劳强度减弱系数对开孔处进行疲劳评定弥补了等面积法在疲劳强度校核的不足但指数法进行疲劳鉴定时对管道开孔尺寸、连接结构的几何不连续处的圆角过度等要求是很严格的。RCC-M规范在定义接管几何尺寸、圆角过度等限制条件时并未明确其与疲劳分析的关系这样容易导致设计人员在正确理解和使用设计规范进行设计时感到迷茫为设计质量的保证带来了一定的风险。另外核电站由于管道承压介质工况参数和安全分级的差异RCC-M规范在等面积补强法的应用上B篇和C/D篇存在很大区别主要体现在“补强有效范围”的定义和补强圈的使用上这些区别在规范的应用中也需设计人员格外重视的重视。本文从等面积法的理论依据、适用范围、疲劳工况下的应用以及RCC-M规范B篇和C/D篇的差异出发进行分析并总结出等面积法适用范围、限制条件以及注意点为设计人员正确理解和使用等面积法进行开孔补强设计提供参考。2等面积补强法的理论依据管道开孔并连接支管后引起了三个问题：（1）由于开孔而使管道承载截面积的削弱其值为dtr；（2）管道上因开孔而引起的孔边应力集中其存在范围从开孔中心算起大致为d；（3）因接管和主管构成不连续结构在主管上引起了附加的不连续应力其存在范围大致和不连续应力的衰减范围成正比。这三者对管道开孔的最终影响是在接管周围一定范围内应力增大从而降低管道的承载能力所以必须“补强”。等面积补强法原理是管道上开孔而引起削弱的承载面积应由主管、接管在各自“补强有效范围”内除承压所需截面积外多余的金属面积不包括腐蚀裕量。以及与管道壁全焊透的焊缝金属和补强圈。其设计的基本公式为：其中：、分别为在补强有效范围内主管、支管除承受压力所需厚度之外的多余截面积；为全焊透式的焊缝金属截面积；为补强圈截面积。3等面积补强法适用范围的分析等面积补强法源于无限大平板开小圆孔的力学模型当d/D较小时（ASMEⅧ-1规定d/D>0.5的开孔为大开孔）壳体曲率的影响可忽略不计将开孔附近的壳体近似看作平板误差很小；但当d/D较大时壳体曲率的影响不可忽略在开孔边缘引起的附加弯曲力矩等会导致边缘的应力状态恶化则基于平板开小圆孔的等面积补强法不适用。RCC-M规范在使用等面积法时未对开孔尺寸作出明确限制但笔者经分析发现规范对管道开孔处进行应力校核以评定补强设计的安全性理论上是允许的但却使得补强设计趋于复杂。规范在应力指数的应用条件上作出了限制：管道开孔支管连接满足r'm/Rm≤0.5的条件。将公式平均半径转换为直径即RCC-M规范对管道小开孔的限定条件r'm/Rm≤0.5与ASMEⅧ-1规范小开孔规定d/D≤0.5的条件是一致的。从某种程度来讲RCC-M规范制定者意识到d/D>0.5管道大开孔应力恶化的问题因此在应力指数应用上对开孔尺寸进行了变相