ГОСТ Р 70425-2022
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВНУТРИРЕАКТОРНЫЕ УСТРОЙСТВА РЕАКТОРА С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ НАТРИЕВЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ
Расчет на прочность на стадии эксплуатации
Pressure vessel internals of fast reactor with liquid metal sodium coolant. Strength analysis at the operation stage
ОКС 27.120.10
Дата введения 2023-02-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" им.И.В.Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 322 "Атомная техника"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2022 г. N 1654-ст
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5 Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии не несет ответственности за патентную чистоту настоящего стандарта. Патентообладатель может заявить о своих правах и направить в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии аргументированное предложение о внесении в настоящий стандарт поправки для указания информации о наличии в стандарте объектов патентного права и патентообладателе
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)
1 Область применения
1.1 Настоящий стандарт устанавливает требования к расчету на прочность внутриреакторных устройств реактора с жидкометаллическим натриевым теплоносителем, изготовленных из материалов аустенитного класса с учетом изменения их свойств под действием эксплуатационных факторов.
1.2 Настоящий стандарт применяется на стадии эксплуатации (включая продлеваемый срок эксплуатации) внутриреакторных устройств реактора с жидкометаллическим натриевым теплоносителем.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 59115.1 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Термины и определения
ГОСТ Р 59115.11 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Поверочный расчет на постпроектных стадиях
ГОСТ Р 70424-2022 Устройства внутриреакторные реактора с жидкометаллическим натриевым теплоносителем. Расчет на прочность на стадии проектирования
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 59115.1, ГОСТ Р 70424, а также следующий термин с соответствующим определением:
3.1 критическое событие "Формирование зоны предельного охрупчивания": Состояние компонента, когда в нем формируется зона с максимальным линейным размером 2 мм, в которой радиационное распухание материала в процессе эксплуатации достигает или превышает критическое значение, соответствующее предельному охрупчиванию материала.
4 Обозначения и сокращения
В настоящем стандарте применены обозначения по ГОСТ Р 70424, а также следующие сокращения:
АЭУ - атомная энергетическая установка;
ВДВ - внешние динамические воздействия;
ДХН-покрытие - диффузионно-хромированное нитридное покрытие;
ЗПО - зона предельного охрупчивания;
КИН - коэффициент интенсивности напряжений;
МВФ - метод весовых функций;
МКЭ - метод конечных элементов;
МРЗ - максимальное расчетное землетрясение;
ННУЭ - нарушение нормальных условий эксплуатации;
НУЭ - нормальные условия эксплуатации;
ПЗ - проектное землетрясение;
РУ - реакторная установка.
5 Общие положения
5.1 Прочность внутриреакторного устройства должна оцениваться на основании анализа предельных состояний компонентов, входящих в состав этого устройства.
5.2 При оценке прочности компонента принимается, что зарождение в нем дефекта может происходить по механизмам усталости и ползучести, а также за счет формирования зоны предельного охрупчивания материала.
5.3 При оценке прочности компонента принимается, что рост дефекта в нем может происходить по механизмам усталости и термоактивированной ползучести с учетом влияния облучения.
________________
5.5 Принимается, что достижение предельных состояний компонента (см. таблицу 5.1) осуществляется при реализации следующих критических событий:
а) зарождение трещины при циклическом нагружении по механизму усталости;
б) зарождение трещины при циклическом нагружении в условиях взаимодействия ползучести и усталости;
в) формирование ЗПО;
г) нестабильное развитие трещины;
д) потеря несущей способности;
е) потеря герметичности;
ж) недопустимое изменение геометрических размеров;
и) исчерпание деформационной способности материала.
Таблица 5.1 - Предельные состояния компонента и приводящие к ним критические события
Предельное состояние | Критическое событие |
Возникновение макротрещины вследствие циклического нагружения (при наличии ползучести или без нее) | См. 5.5, перечисления а)-в) |
Нестабильное развитие трещины | См. 5.5, перечисление г) |
Возникновение недопустимой пластической деформации по всей площади какого-либо из возможных сечений либо только по части площади сечения, но по всей толщине стенки компонента | См. 5.5, перечисление д) |
Потеря герметичности | См. 5.5, перечисление е) |
Недопустимое изменение геометрических размеров | См. 5.5, перечисление ж) |
Накопление предельно допустимой пластической деформации | См. 5.5, перечисление и) |
5.6 При оценке прочности компонента необходимо учитывать все расчетные нагрузки и воздействия, в том числе:
- механические нагрузки (вес компонента, вес присоединенного оборудования и трубопроводов);
- внутреннее или наружное давление;
- нагрузки от внешних динамических воздействий, включая сейсмические воздействия и динамические воздействия техногенного происхождения;
- температурные воздействия;
- вибрационные нагрузки.
5.7 Оценка прочности компонента по предельным состояниям 5.5 должна проводиться наряду с расчетами на статическую прочность, устойчивость, внешние динамические воздействия и вибропрочность.
5.7.1 Расчет компонента на статическую прочность следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.11 при действии всех расчетных нагрузок, кроме динамических, для исключения предельных состояний: "кратковременное разрушение" и "возникновение недопустимой пластической деформации по всей площади какого-либо из возможных сечений либо только по части площади сечения, но по всей толщине стенки компонента".
На основании расчета в упругой постановке определяются группы категорий напряжений. Оценка прочности компонента выполняется путем сопоставления групп категорий напряжений с допускаемыми напряжениями.
5.7.2 Расчет на устойчивость следует проводить для компонентов, находящихся под действием наружного давления, или при воздействии на компонент сжимающей нагрузки. Расчет проводится в соответствии с ГОСТ Р 59115.11 для исключения предельного состояния "потеря устойчивости (при наличии ползучести или без нее)".
Расчетом должно быть установлено, что значения нагружающих факторов на компонент в условиях ползучести и без учета ползучести не достигнут значений, вызывающих потерю устойчивости.
5.7.3 Расчет компонента на ВДВ (включая МРЗ, ПЗ, воздушную ударную волну, падение летательного аппарата) следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.11 для исключения предельных состояний: "кратковременное разрушение", "возникновение макротрещины вследствие циклического нагружения", "возникновение недопустимой пластической деформации по всей площади какого-либо из возможных сечений либо только по части площади сечения, но по всей толщине стенки компонента" и "потеря устойчивости".
5.7.4 Расчет на вибропрочность следует проводить для компонентов, подвергающихся вибрационному нагружению, в соответствии с ГОСТ Р 59115.11 для исключения предельного состояния "возникновение макротрещины вследствие циклического нагружения".
5.8 Анализ реализации критических событий согласно перечислениям а)-и) 5.5 следует проводить по процедурам разделов 9-15.
5.9 Оценка прочности компонента должна быть проведена с учетом установленной последовательности режимов нагружения, основанной на анализе условий эксплуатации, регламентированных проектом АЭУ, с учетом всех расчетных нагрузок и воздействий, а также всех режимов эксплуатации. В один расчетный режим может быть включена группа режимов, в случае если внешние нагрузки и температуры этих режимов не отличаются более чем на 5% от принятых расчетных значений.
6 Условия обоснования прочности при анализе реализации критических событий при нормальной эксплуатации и нарушении нормальной эксплуатации
6.1 Обоснование прочности компонента при НУЭ и ННУЭ следует проводить с учетом всех реализованных режимов нагружения и прогнозируемой модели эксплуатации РУ, в том числе при продлении срока службы.
В случае если прочность компонента была обоснована в соответствии с ГОСТ Р 70424, рассматриваемый срок эксплуатации не превышает проектного срока службы и реализованные режимы нагружения соответствуют проектной модели эксплуатации РУ, то прочность компонента считается обоснованной при НУЭ и ННУЭ.
6.2 Обоснование прочности компонента следует проводить как для основного металла, так и для сварных швов этого компонента. Для всех сварных швов однотипных сварных соединений допускается проводить анализ прочности только для самого нагруженного шва.
6.3 В основном металле компонента должен быть проведен анализ зарождения трещины при реализации критических событий согласно перечислениям а) и б) 5.5, а также анализ ее возможного стабильного подроста согласно 6.3.1-6.3.5.
6.3.1 Анализ реализации критических событий согласно перечислениям а) и б) 5.5 следует проводить в соответствии с разделами 9 и 10.
6.3.2 В случае если прочность компонента была обоснована в соответствии с ГОСТ Р 70424 и реализованные режимы нагружения соответствуют проектной модели эксплуатации компонента, то допускается принимать, что критические события согласно перечислениям а) и б) 5.5 не реализуются до момента окончания проектного срока службы компонента.
6.3.3 В случае если прочность компонента не обоснована в соответствии с ГОСТ Р 70424 или реализованные режимы нагружения отличаются от проектной модели эксплуатации компонента, то анализ зарождения трещины должен проводиться для всего рассматриваемого периода его эксплуатации.
6.4 В сварных швах компонента, основном металле с ДХН-покрытием, а также в зонах компонента, не нагруженного избыточным давлением, которые в условиях эксплуатации подвергаются многоцикловому термическому нагружению, должен быть проведен анализ возможного стабильного подроста постулируемых дефектов согласно 6.4.1 и 6.4.2.
6.4.1 На момент начала эксплуатации в самых нагруженных сварных швах, основном металле с ДХН-покрытием, а также в зонах компонента, не нагруженного избыточным давлением, которые в условиях эксплуатации подвергаются многоцикловому термическому нагружению, постулируют расчетный дефект, вид, размеры и ориентация которого должны определяться согласно 8.1 и 8.2.
6.4.2 Для каждого постулированного по 6.4.1 дефекта должен быть проведен анализ его возможного стабильного подроста в соответствии с разделом 12 за время от начала эксплуатации до момента окончания рассматриваемого периода эксплуатации или до момента нестабильного развития дефекта (до момента реализации критического события согласно перечислению г) 5.5).
6.5 В компоненте (как в основном металле, так и в сварных швах) должен быть проведен анализ образования дефекта в ЗПО при реализации критического события согласно перечислению в) 5.5.
В случае формирования ЗПО следует выполнить анализ возможного нестабильного развития постулируемого дефекта в соответствии с разделом 11. Вид, размеры и ориентация постулируемого дефекта определяют согласно 8.3.
6.6 В случае если в основном металле компонента критические события согласно перечислениям а)-в) 5.5 не реализуются за весь рассматриваемый период эксплуатации, то в момент окончания рассматриваемого периода эксплуатации в компоненте должен постулироваться расчетный дефект, вид, размеры и ориентация которого определяют согласно 8.1 и 8.4.
6.7 Прочность компонента считается обоснованной при НУЭ и ННУЭ, в случае если для него за весь рассматриваемый период эксплуатации не реализуются критические события согласно перечислениям г)-е) 5.5:
- при наличии дефекта, постулируемого по 6.3.4, с учетом его возможного стабильного подроста;
- для каждого дефекта, постулированного по 6.4.1, с учетом его возможного стабильного подроста;
- при наличии дефекта, постулируемого по 6.5, с учетом его возможного нестабильного развития;
- при наличии дефекта, постулируемого по 6.6.
Анализ реализации критических событий согласно перечислениям г)-е) 5.5 проводят в соответствии с разделом 13.
6.8 Для обоснования прочности компонента в течение всего рассматриваемого периода эксплуатации должно выполняться условие не реализации критического события согласно перечислению ж) 5.5 (выполняется условие недостижения предельных изменений размеров согласно разделу 14).
7 Обоснование прочности при анализе реализации критических событий при внешних динамических воздействиях
7.1 Обоснование прочности при ВДВ выполняют в соответствии с ГОСТ Р 59115.11.
7.2 Допускается выполнять обоснование прочности при ВДВ в соответствии с разделами 13 и 15. В этом случае прочность компонента при ВДВ считается обоснованной, если для него не реализуются критические события согласно перечислениям г)-е) и и) 5.5.
Анализ реализации критических событий согласно перечислениям г)-е) 5.5 проводят в соответствии с разделом 13, критического события согласно перечислению и) 5.5 - в соответствии с разделом 15.
При анализе реализации критических событий согласно перечислениям г)-е) 5.5 для компонента с расчетным дефектом, постулированным по 6.3.5, 6.4.1 или 6.4.2, учитывают возможный стабильный подрост этого дефекта по механизмам усталости и ползучести при НУЭ и ННУЭ за время от момента постулирования дефекта до момента наступления анализируемого ВДВ.
При анализе реализации критического события согласно перечислению и) 5.5 принимают, что расчетный дефект в рассматриваемом компоненте отсутствует.
8 Расчетный дефект
8.1 В зависимости от геометрии компонента должны быть спостулированы следующие виды расчетного дефекта:
- поверхностная полуэллиптическая трещина (рисунок 8.1а);
- поверхностная четвертьэллиптическая трещина (рисунок 8.1б).
| 
|
а | б |
1 - фронт трещины; а - поверхностная полуэллиптическая трещина; б - поверхностная угловая четвертьэллиптическая трещина
Рисунок 8.1 - Виды расчетного дефекта в компоненте
Толщина свариваемых компонентов, мм | , мм, для сварного шва |
Менее 4 | 1 |
От 4 до 10 включ. | 2 |
Св. 10 до 20 включ. | 3 |
Св. 20 до 30 включ. | 4 |
Св. 30 | 5 |
Конечные размеры расчетного дефекта следует определять с учетом его возможного стабильного роста по механизмам усталости и ползучести в соответствии с разделом 12.
8.3 При формировании ЗПО в ней постулируют расчетный дефект в зависимости от формы ЗПО в виде плоской дисковой [в случае, если граница ЗПО расположена внутри компонента (внутренняя трещина)], полудисковой или четвертьдисковой трещины [в случае, если граница ЗПО совпадает с поверхностью компонента (поверхностная трещина)].
Конечные размеры расчетного дефекта определяют с учетом его нестабильного развития в ЗПО в соответствии с разделом 11.
Конечные размеры расчетного дефекта следует определять с учетом его стабильного подроста по механизмам усталости и термоактивированной ползучести в соответствии с разделом 12.
9 Анализ реализации критического события "Зарождение трещины при циклическом нагружении по механизму усталости"
Анализ реализации критического события "Зарождение трещины при циклическом нагружении по механизму усталости" следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 70424-2022 (раздел 8).
10 Анализ реализации критического события "Зарождение трещины при циклическом нагружении в условиях взаимодействия ползучести и усталости"
Анализ реализации критического события "Зарождение трещины при циклическом нагружении в условиях взаимодействия ползучести и усталости" следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 70424-2022 (раздел 9).
11 Анализ реализации критического события "Формирование зоны предельного охрупчивания"
11.1 Анализ реализации критического события "Формирование зоны предельного охрупчивания материала" выполняют путем оценки величины радиационного распухания материала компонента в соответствии с ГОСТ Р 70424-2022 (приложение Е) посредством расчета в упруго-вязкопластической постановке.
При проведении анализа допускается:
- проводить расчет только для режима НУЭ;
- принимать, что в компоненте нет расчетных дефектов;
Для повышения точности и уменьшения консервативности расчетов необходимо увеличивать количество временных интервалов L.
11.5 Расчет в упруго-вязкопластической постановке проводят с учетом пошагового прослеживания истории нагружения компонента. Размер шага при расчете назначают таким, чтобы нагружение на этом шаге соответствовало простому нагружению.
11.6 ЗПО определяют как область материала, для каждой точки которой выполняется условие
где S - радиационное распухание материала с учетом напряжений;
Величину радиационного распухания S рассчитывают в соответствии с ГОСТ Р 70424-2022 (приложение Е).
11.7 Критическое событие согласно перечислению в) 5.5 за рассматриваемый период эксплуатации не реализуется, в случае если максимальный линейный размер ЗПО не превышает 2 мм.
11.8 Конечные размеры ЗПО определяют последовательным проведением анализа согласно 11.3-11.7 в течение всего рассматриваемого периода эксплуатации.
11.9 В ЗПО с размерами на конец рассматриваемого периода эксплуатации постулируют расчетный дефект, вид, начальные размеры и ориентацию которого определяют согласно 8.3.
11.10 Анализ развития расчетного дефекта в ЗПО следует проводить с учетом его нестабильного развития согласно 13.4. При этом ориентировать расчетный дефект в ЗПО следует таким образом, чтобы его подрост при нестабильном развитии был наибольшим.
11.11 На момент окончания рассматриваемого периода эксплуатации в соответствии с разделом 13 должен быть выполнен анализ прочности компонента с дефектом размером, полученным при расчете его нестабильного развития в ЗПО.
12 Расчет подроста расчетного дефекта
12.1 Общие положения при расчете подроста расчетных дефектов
12.1.2 Для поверхностного расчетного дефекта, постулируемого согласно 6.3.4, расчет подроста следует выполнять по механизмам усталости и ползучести. При этом расчет подроста расчетного дефекта проводят:
12.2 Расчет подроста расчетного дефекта по механизму ползучести
Расчет следует проводить с учетом пошагового прослеживания истории нагружения компонента. Размер шага при расчете следует назначать таким, чтобы нагружение на этом шаге было близко к простому нагружению. Определяющие уравнения для расчета в упруго-вязкопластической постановке приведены в ГОСТ Р 70424-2022 (приложение В); учет ползучести и радиационных распухания проводят в соответствии с ГОСТ Р 70424-2022 (приложения Д и Е).
При проведении расчета НДС компонента допускается не учитывать влияние радиационного распухания и радиационной ползучести в случае, если величина свободного радиационного распухания, рассчитанного согласно ГОСТ Р 70424-2022 (приложение Е), на момент окончания рассматриваемого периода эксплуатации составляет менее 0,1%. При расчете свободного радиационного распухания используют наибольшие за рассматриваемый период эксплуатации повреждающую дозу и температуру нейтронного облучения в компоненте при НУЭ.
12.2.10 Текущие размеры расчетного дефекта должны быть определены по формулам:
12.3 Расчет подроста расчетного дефекта по механизму усталости
Допускается проводить анализ развития трещины без учета начальных деформаций, полученных на этапе расчета в упруго-вязкопластической постановке. В этом случае скорость роста трещины при циклическом нагружении следует рассчитывать при коэффициенте асимметрии цикла, равном 0,95.
При проведении расчета НДС компонента допускается не учитывать влияние радиационного распухания, в случае если величина свободного радиационного распухания на момент окончания назначенного срока службы не превышает 0,1%. При расчете свободного радиационного распухания следует использовать наибольшие за назначенный срок службы повреждающую дозу и температуру нейтронного облучения в компоненте при НУЭ.
12.3.7 На основании зависимостей, приведенных в ГОСТ Р 70424-2022 (приложение К), должны быть определены величины подроста расчетного дефекта по механизму усталости за k-й цикл (полуцикл) нагружения по формулам:
12.3.8 Текущие размеры расчетного дефекта определяют по формулам:
13 Анализ реализации критических событий "Нестабильное развитие трещины", "Потеря несущей способности" и "Потеря герметичности"
13.1 Анализ реализации критических событий согласно перечислениям г)-е) 5.5 следует проводить для компонента с расчетным дефектом.
13.3 Последовательность режимов нагружения следует определять согласно проектной модели эксплуатации РУ.
13.4 Критическое событие согласно перечислению г) 5.5 не реализуется, в случае если для всех режимов эксплуатации РУ выполнены условия:
n - коэффициент запаса, n=1,1;
13.5 Критические событие согласно перечислению д) 5.5 (для компонентов, не работающих под избыточным давлением) не реализуются, в случае если в течение всего периода эксплуатации для всех режимов нагружения выполнено условие
13.6 Критическое событие согласно перечислению е) 5.5 (для компонентов, работающих под избыточным давлением) не реализуется, в случае если в течение всего периода эксплуатации для всех режимов нагружения выполнены следующие условия:
14 Анализ реализации критического события "Недопустимое изменение геометрических размеров"
Для повышения точности и уменьшения консервативности расчетов следует увеличивать количество временных интервалов L.
14.5 Расчет должен быть проведен МКЭ (допускается использовать другие численные методы) с учетом пошагового прослеживания истории нагружения компонента. Размер шага при расчете следует назначать таким, чтобы нагружение на этом шаге было близко к простому нагружению.
14.6 Критическое событие согласно перечислению ж) 5.5 за весь период эксплуатации не реализуется, если выполнено условие
15 Анализ реализации критического события "Исчерпание деформационной способности материала"
15.1 При анализе реализации критического события "Исчерпание деформационной способности материала" (критическое событие согласно перечислению и) 5.5) следует принимать, что расчетный дефект в компоненте отсутствует.
15.2 Анализ реализации критического события согласно перечню и) 5.5 не проводится, в случае если обоснована прочность при ВДВ в соответствии с ГОСТ Р 59115.11.
15.3 Расчет следует проводить посредством решения упругопластической задачи в динамической постановке.
15.4 Критическое событие согласно перечислению и) 5.5 не реализуется, в случае если выполнено условие
Для сочетания нагрузок НУЭ+ВДВ и ННУЭ+ВДВ условие (15.1) представляется в виде
УДК 621.039.52.034.6:006.354 | ОКС 27.120.10 |
Ключевые слова: реактор с жидкометаллическим натриевым теплоносителем, прочность, внутриреакторные устройства, эксплуатация | |
