[发明专利]一种高压加热器防止塑性垮塌的简化评定方法

说明书

本发明提供了一种高压加热器防止塑性垮塌的简化评定方法，将高压加热器的管板部分参考标准ASME VIII‑2附录5‑E建立等效管板模型；对所有载荷情况组合完成弹塑性防止塑性垮塌分析，求得高压加热器塑性垮塌载荷；对计算得到的高压加热器整体塑性垮塌载荷，采用设计系数确定其许用载荷；将许用载荷与应用工况的设计载荷比较，确定该设计载荷条件下的高压加热器管程结构是否满足安全要求。本发明将弹性领域的等效管板简化模型开拓性地应用在弹塑性防止塑性垮塌分析领域，试验表明，等效管板简化模型可用于电厂用高压加热器防止塑性垮塌的简化评定方法，有效解决了设计中对计算机硬件过高的需求，节省了建模及计算时间，大大缩短了设计周期。

技术领域

本发明涉及一种高压加热器防止塑性垮塌的简化评定方法，尤其涉及一种采用以弹塑性理论为基础的电厂用高压加热器防止塑性垮塌的简化评定方法，属于电厂用高压加热器技术领域。

背景技术

鉴于国内电厂装机容量大，运行参数高的状况，电厂配套的高压加热器其管程设计压力高于35MPa，超出了常规设计标准GB150的规定。

现阶段电厂用高压加热器管程结构设计主要参照压力容器分析设计标准JB4732，采用应力分类法分析设计。但随着国内高超临界机组的压力温度参数的进一步提高，导致设备规格不断增大，部件如管板、封头等直径壁厚的增加，给现阶段的材料生产、设备设计及制造均带来一定程度的困难。

相比于各国压力容器设计领域所广泛采用的应力分类法，以弹塑性分析为基础，将总体塑性变形和渐进塑性变形作为失效判定条件的直接法，其在力学分析上更接近结构的实际承载情况。然而，以防止塑性垮塌评定的直接法的高压加热器设计，往往采用全模型建模分析，但是高参数的高压加热器模型涉及大量换热管，材料的力学行为比较复杂，且在数值建模分析设计过程中，涉及到大量的几何非线性、接触非线性以及材料非线性，对计算硬件要求需求很高，且计算及设计时间周期较长。

现行标准及规范中给出一种等效管板模型(ASME VIII-2附录5-E)，其是将实际管板的材料性能置换成当量实心板的材料性能，使得等效管板的刚度与实际管板相近。这种等效管板模型是基于弹性应力分析为基础的管板设计，管板的安全评定主要还是基于应力分类法，对等效管板计算的应力结果乘以应力系数的方法求得实际管板中的各项应力值进行校核。目前该等效管板模型还没有应用于弹塑性防止塑性垮塌领域的先例。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于电厂用高压加热器设计的、防止高压加热器塑性垮塌的简化评定方法，以大大缩短计算及设计周期。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种高压加热器防止塑性垮塌的简化评定方法，其特征在于，包括如下5个步骤：

步骤1：建立高压加热器除管板部分之外的所有相关几何特性在内的数值模型，高压加热器的管板部分参考标准ASME VIII-2附录5-E建立等效管板模型，精确表示高压加热器整个模型的几何特性、边界条件和所作用的载荷；

步骤2：规定需要考虑的载荷因素，包括：所有的相关载荷以及适用的载荷情况；

步骤3：对所有载荷情况组合完成弹塑性防止塑性垮塌分析，求得高压加热器塑性垮塌载荷；

步骤4：对计算得到的高压加热器整体塑性垮塌载荷，采用设计系数确定其许用载荷；

步骤5：将许用载荷与应用工况的设计载荷比较，确定该设计载荷条件下的高压加热器管程结构是否满足安全要求。

优选地，所述步骤1的数值模型及等效管板模型中，对环绕应力和应力集中的区域作局部细化处理。

优选地，所述步骤1的等效管板模型的材料本构基于弹塑性材料本构模型获得。

更优选地，所述弹塑性材料本构模型基于弹塑性材料模型、von Mises屈服函数和与von Mises屈服函数相关的流动规则建立。