CAP1400低压加热器地震反应谱分析

马 超，刘 杰

（哈尔滨汽轮机厂辅机工程公司，黑龙江 哈尔滨150000）

CAP1400低压加热器地震反应谱分析

马 超，刘 杰

（哈尔滨汽轮机厂辅机工程公司，黑龙江 哈尔滨150000）

三鞍座卧式低压加热器在地震工况下，有可能因为水平地震加速度而引起设备失稳倾覆，威胁机组整体运行安全，因此有必要对低压加热器进行荷载分析。利用有限元分析软件，分析低压加热器荷载，为低压加热器支座设计及现场土建设计提供参考。

低压加热器；地震；荷载；有限元

大多低压加热器均为三鞍座卧式容器。在地震工况下，由于水平地震加速度的存在，将引起设备各支座载荷的重新分布，这就有可能因支座地脚螺栓承载力不足，导致螺栓被拉断或剪断，造成设备失稳倾覆，进而威胁机组整体的运行安全。因此有必要对设备各支座在运行和地震工况下的载荷分布情况进行了解，为低加支座以及现场土建设计提供参考。

1 示例设备参数

某项目3#低加为多鞍座设计，采用内置疏水箱设计，其结构包含变径段。3#低加外形结构如图1所示。

图1 3#、4#低加外形结构示意图

3#低加的设备运行参数和主要部件材料属性见表1所示。

表1 3#低加的设备运行参数和主要部件材料属性

2 有限元模型的建立

2.1 等效方案

因低加换热管数量众多，对每根换热管进行计算分析是不现实的，因此有必要对管束结构进行相应的合理等效，下面以3#低加为例说明管束等效方案：

（1）考虑到最大半径处的管束圆弧段可能较容易发生振动破坏，所以管束选择了最大半径处的5根换热管。

（2）间隔的选取了管束布置图中的第1、20、40、60每排管束的最外围两根管以及第36组的最中间一根管束作为等效管以等效其余换热管。

根据上述的等效方案，最终计算得到3#低加的等效管的密度见表2.

表23 #低加等效密度和等效刚度

2.2 载荷及边界条件

经过上节的换热管等效计算，确定了换热管的等效密度和等效刚度，就可以建立3#低加的有限元模型。模型采用UG进行三维建模，分为壳侧（筒体、封头、变径段、管束）、管板、水侧（筒体、封头）以及三个鞍式支座建模。模型采用全实体模型进行创建，忽略筒体部分接管及其相应承载。三维模型见图2.

图2 3#低加三维模型结构图

主要部件之间的连接关系为焊接连接，包括筒体和管板之间，筒体与支座垫板之间，管束与管板，支撑板与管束之间（管束表面为主面，支撑孔面为从面），支撑板与筒体均为绑定关系。

位移边界条件为固定支座1全约束，滑动支座1与2限定除了X方向位移之外的其他五个自由度。运行工况下设备主要受自身净重、管程水重、壳侧疏水重量，以及管程和壳程的设计压力。地震工况为运行工况+地震反应谱，楼层水平X、Y方向地震反应谱如图3所示。通过图表可以看到，阻尼比为0.02时的地震加速度最大，因此选取阻尼比为0.02作为计算输入参数。

图3 3#低加-水平X、Y方向楼层地震反应谱

3 有限元计算结果及分析

通过建立有限元模型，导入ABAQUS软件进行结构分析，分别计算了3#低加地震工况下的结构的应力和变形分布情况如图4、图5所示，并对设备运行模态进行了分析。

3.1 3#低加地震工况分析

图4 LP3地震工况下的应力分布情况

图5 LP3地震工况下的变形分布情况

3.2 结果分析

（1）由应力结果云图4可知，3#低加在地震工况下，较大应力出现位置主要集中在一些结构不连续区域，如G36钢管与第一支撑隔板连接部位。根据JB-4732《钢制压力容器-分析设计标准》要求对此工况下低加结构进行应力判定[1]。

水侧筒体封头材料为Q345R，许用应力为160 MPa，支撑板材料为15CrMn，许用应力为124 MPa.由应力结果云图4可知，3#低加在地震工况下，应力最大值为22.5 MPa，与运行工况下的设备应力进行叠加，其应力数值在允许范围之内。

（2）由应力结果图5可知，LP3在地震工况下，变形最大位置在换热管弯管处，大小为4.79 mm.

（3）LP3地震工况下各支座的基础载荷分布情况与三菱方法（外形图基础载荷表）计算数据对比如下表3所示。

表3 LP3低加地震工况下基础载荷数值对比/kN

4 结论

通过对某项目3#低加地震工况分析计算，得到了此工况下的应力和变形分布情况，结论如下：

（1）3#低加在地震工况下，其应力分布均在允许范围内，最大处变形不超过5 mm，可以满足强度要求。

（2）地震工况下，因水平地震加速度引起的水平方向的支座反力数值均有所增加，其中固定支座X方向（轴向）的支反力数值变化最为明显，但仍小于或相当于《某项目3#低加外形图》中所列数值，因此，可按此数值进行地脚螺栓强度校核，优化基础设计。

[1]李建国，寿比南，薛明德，等.JB-4732钢制压力容器-分析设计标准[S].北京：机械工业出版社，1995.

Earthquake Response Spectrum Analysis of LP Heaters

MA Chao，LIU Jie
（Harbin Turbine Works Auxiliary Co.，Ltd.，Harbin Heilongjiang 150000，China）

Three saddle horizontal low pressure heater in earthquake condition，likely because the horizontal seismic acceleration caused by the instability of the overall operation of equipment overturning，threatening the safety of units，so it is necessary for the load analysis of low pressure heater.The load of the low pressure heater is analyzed by the finite element analysis software，which provides a reference for the design of the low voltage heater support and the field civil construction.

low pressure heater；earthquake；load

TM621.4

A

1672-545X（2017）08-0113-02

2017-05-07

马 超（1979-），男，河北人，工程师，本科，主要从事电站辅机设备及系统的设计和研究工作。