ГОСТ Р 59115.8-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет по выбору основных размеров.

    ГОСТ Р 59115.8-2021

 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

 Расчет по выбору основных размеров

 Rules for strength assessment of equipment and pipelines of nuclear power installations. Basic sizes determination

ОКС 27.120.99

Дата введения 2022-01-01

 Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом "Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.А.Доллежаля" (АО "НИКИЭТ")

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 20 октября 2021 г. N 1172-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)

 Введение

Настоящий стандарт взаимосвязан с другими стандартами, входящими в комплекс стандартов, регламентирующих обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

      1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок, проектируемые и конструированные в соответствии с федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии [1].

1.2 Настоящий стандарт устанавливает требования к расчету по выбору основных размеров оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок при конструировании (проектировании).

      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 59115.2 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Модуль упругости, температурный коэффициент линейного расширения, коэффициент Пуассона, модуль сдвига

ГОСТ Р 59115.3-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Кратковременные механические свойства конструкционных материалов

ГОСТ Р 59115.4-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Длительные механические свойства конструкционных материалов

ГОСТ Р 59115.7 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Прибавки к толщине стенки на сплошную коррозию

ГОСТ Р 59115.9-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Поверочный расчет на прочность

ГОСТ Р 59115.16-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет на прочность разъемных соединений

ГОСТ Р 59115.17-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет на прочность перфорированных плит

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, определения и обозначения

      3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 59115.1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 отвод; (колено): Компонент трубопровода, в котором изменяется направление потока рабочей среды без разделения потока на несколько потоков или слияния нескольких потоков.

3.1.2 средняя температура по сечению <T>: Температура стенки компонента оборудования или трубопровода, равная максимальному среднеарифметическому значению температур на его наружной и внутренней поверхностях в одном сечении в рассматриваемом режиме нагружения нормальных условий эксплуатации.

Примечания

1 Для частей корпусов реакторов среднюю температуру по сечению определяют с учетом внутреннего тепловыделения как среднеинтегральное значение распределения температур по толщине стенки корпуса.

2 Для шпилек и болтов среднюю температуру по сечению определяют как среднеинтегральное значение распределения температур.

      3.2 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие условные обозначения:

	-	номинальный наружный диаметр цилиндрической части корпуса, днища или трубопровода, мм;
	-	номинальный внутренний диаметр цилиндрической части корпуса, крышки, днища или трубопровода, мм;
	-	средний диаметр цилиндрической части корпуса, крышки, днища, трубопровода или прокладки (при расчете разъемного соединения), мм;
	-	расчетный диаметр круглого плоского днища или крышки, мм;
	-	внутренний радиус выпуклого днища, мм;
	-	радиус оси отвода, мм;
	-	номинальная толщина стенки, мм;
	-	расчетная толщина стенки, мм;
	-	фактическая толщина стенки, мм;
	-	суммарная прибавка к толщине стенки, мм;
	-	прибавка к толщине стенки, равная отрицательному допуску, мм;
	-	прибавка к толщине стенки, компенсирующая возможное утонение стенки полуфабриката при изготовлении, мм;
	-	прибавка к толщине стенки, учитывающая утонение стенки вследствие коррозии за срок службы компонента, мм;
	-	расстояние от точки пересечения оси отверстия или штуцера с осью обечайки до условной точки пересечения оси отверстия с внутренней образующей обечайки, мм;
	-	номинальная высота выпуклой части днища до внутренней поверхности, мм;
	-	высота выпуклой части днища до срединной поверхности, мм;
	-	расчетный коэффициент снижения прочности;
	-	коэффициент снижения прочности обечаек или днищ с укрепленным отверстием;
	-	коэффициент снижения прочности обечаек или днищ с неукрепленным отверстием;
	-	коэффициент снижения прочности сварного шва;
	-	давление, МПа;
	-	средняя температура по сечению, K (°С);
	-	температура, при достижении которой необходимо учитывать характеристики длительной прочности, пластичности и ползучести, K (°С);
	-	минимальное значение временного сопротивления (предел прочности) при температуре , МПа;
	-	минимальное значение предела текучести при температуре , МПа;
	-	минимальное значение предела длительной прочности за время при температуре , МПа;
	-	номинальное допускаемое напряжение, МПа;
	-	номинальное допускаемое напряжение для болтов и шпилек, МПа;
	-	номинальное допускаемое напряжение для корпусов страховочных и защитных оболочек, МПа;
	-	коэффициент запаса прочности по пределу текучести;
	-	коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению;
	-	коэффициент запаса прочности по пределу длительной прочности.

      4 Общие положения

      4.1 Основные принципы

4.1.1 При выполнении расчета по выбору основных размеров оборудования и трубопроводов необходимо учитывать действующее на компоненты в режимах нормальных условий эксплуатации (НУЭ) давление, а для болтов и шпилек - усилие затяга. При расчете компонентов разъемных соединений необходимо учитывать давление испытаний.

В случаях, когда компонент одновременно нагружен внутренним и внешним давлением, в расчете следует использовать значение избыточного давления - разность внутреннего и внешнего давлений.

Для рассчитываемых компонентов должны быть предусмотрены меры по защите от эрозионно-коррозионного износа в соответствии с требованиями [1].

4.1.2 В основу формул, используемых при расчете по выбору основных размеров, положен метод предельных нагрузок, соответствующих следующим предельным состояниям: вязкое разрушение, охват пластической деформацией всего сечения компонента оборудования или трубопровода (далее - компонента) и достижение предельной деформации.

4.1.3 Определение расчетной толщины стенки компонента следует проводить на действие расчетного давления при расчетной температуре.

В случаях, когда при эксплуатации компонента имеет место два и более режима нагружения НУЭ, включая переходные, отличающиеся по давлению, температуре

и (или) длительности, допускается расчетом по выбору основных размеров определить расчетную толщину стенки как максимальное значение среди всех сочетаний давления и температуры во всех рассмотренных режимах, включая переходные.

4.1.4 При определении расчетной толщины стенки компонента толщину антикоррозионного наплавленного или плакирующего защитного слоя не учитывают.

4.1.5 Расчет по выбору основных размеров перфорированных плит рекомендуется проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.17-2021 (раздел 5).

4.1.6 Для компонентов, для которых в разделах 5 и 6 не приведены расчетные формулы, или если нарушаются пределы применимости приведенных формул, выбор основных размеров допускается проводить методами поверочного расчета или, при температурах, не превышающих

, расчетом по предельной нагрузке. Рекомендуемая методика выбора толщин стенок компонентов приведена в приложении А.

4.1.7 Допускается применение методов, изложенных в настоящем стандарте, для обоснования основных размеров компонентов оборудования и трубопроводов после изготовления.

4.1.8 Окончательную проверку компонентов на прочность и устойчивость и корректировку, при необходимости, определенных по настоящему стандарту толщин стенок компонентов выполняют при поверочном расчете, проводимом в соответствии с ГОСТ Р 59115.9.

      4.2 Номинальные допускаемые напряжения

4.2.1 Номинальные допускаемые напряжения для компонентов следует определять по значениям механических характеристик конструкционных материалов при температуре

.

4.2.2 Номинальные допускаемые напряжения вычисляют по значениям кратковременных и длительных механических характеристик конструкционных материалов, определяемым согласно требованиям ГОСТ Р 59115.3-2021 (раздел 4) и ГОСТ Р 59115.4-2021 (раздел 4).

Расчетные значения механических характеристик конструкционных материалов компонентов, находящихся в контакте с натрием реакторной чистоты, определяют согласно ГОСТ Р 59115.4.

4.2.3 Повышение пределов прочности и текучести, а также пределов длительной прочности материалов под действием облучения в расчете не учитывают.

4.2.4 Если температура

компонента в рассматриваемом режиме нагружения не превышает

, то расчет по выбору основных размеров следует проводить без учета характеристик длительной прочности материала.

Температуру

следует принимать согласно ГОСТ Р 59115.4.

4.2.5 Номинальное допускаемое напряжение

для компонентов оборудования и трубопроводов, за исключением болтов и шпилек, с температурой

, не превышающей

, рассчитывают по формуле

,                                                            (4.1)

где

=1,5;

=2,6.

Допускается для компонентов, нагруженных наружным давлением, превышающим внутреннее, принимать

=2.

Номинальное допускаемое напряжение для компонентов конструкции, за исключением болтов и шпилек, с температурой

выше

, следует рассчитывать по формуле

,                                                        (4.2)

где

=1,5;

=2,6;

=1,5.

4.2.6 Номинальное допускаемое напряжение для болтов и шпилек от давления и усилия затяга следует рассчитывать по формуле

,                                                                      (4.3)

где

=2.

Дополнительно для болтов и шпилек, температура

которых выше

, устанавливается номинальное допускаемое напряжение от давления, которое следует рассчитывать по формуле

,                                                                      (4.4)

где

=3.

4.2.7 Для корпусов страховочных и защитных оболочек номинальное допускаемое напряжение рассчитывают по формуле

,                                                            (4.5)

где

=1,07;

=1,85.

4.2.8 Для расчетного режима НУЭ, проходящего полностью или частично при температуре

выше

, при определении значения

время

должно быть равно суммарной длительности нагружения компонента при температуре выше

в рассматриваемом режиме в течение срока службы.

4.2.9 При температурах, превышающих

в тех случаях, когда при эксплуатации компонента имеет место два или более режима нагружения НУЭ, отличающихся по температуре

и (или) давлению, основные размеры должны удовлетворять следующему условию прочности по накопленному длительному статическому повреждению

,                                                                         (4.6)

где

- продолжительность работы компонента на

-м режиме нагружения;

- допускаемое время нагружения, определяемое по кривым или таблицам минимальных значений предела длительной прочности и соответствующее значению

, вычисленному по формуле

,                                                                      (4.7)

где

- значение напряжения в

-м режиме нагружения при выбранных размерах компонента.

4.2.10 Компоненты оборудования и трубопроводов, за исключением болтов и шпилек, с температурой

, превышающей

, для которых задано ограничение деформации ползучести, следует дополнительно рассчитывать по пределу ползучести

. В этом случае принимают

. Значения пределов ползучести определяют по ГОСТ Р 59115.4. При отсутствии этих данных допускается определение значений пределов ползучести по изохронным кривым, приведенным в ГОСТ Р 59115.4.

      4.3 Суммарная прибавка к расчетной толщине стенки

4.3.1 Суммарную прибавку к расчетной толщине стенки компонента оборудования и трубопроводов следует определять по формуле

,                                                                         (4.8)

где

.

Прибавку

следует определять по конструкторской документации и принимать равной отрицательному допуску на толщину стенки.

Прибавка

является технологической, предназначенной для компенсации возможного утонения полуфабриката при изготовлении. Значение этой прибавки устанавливается конструкторской организацией по согласованию с организацией-изготовителем и должно указываться в рабочей документации. Значение прибавки

при расчете трубопроводных отводов допускается определять по приложению Б.

Прибавка

учитывает коррозионное влияние рабочих сред на материал компонента в условиях эксплуатации. Значение прибавки

следует устанавливать в соответствии с ГОСТ Р 59115.7.

При двустороннем контакте стенки компонента с коррозионной средой значение прибавки

следует принимать равным сумме значений прибавок для каждой из сторон.

4.3.2 При выполнении расчета после изготовления следует использовать фактическую толщину стенки (

).

Толщину стенки (

) для цилиндрических и конических компонентов принимают равной среднему значению четырех измерений толщины стенки по концам двух взаимно перпендикулярных диаметров в одном сечении при числе проверяемых сечений не менее одного на каждые 2 м длины. Для круглых плоских днищ и крышек измерения проводят в центре и в четырех точках по окружности в двух взаимно перпендикулярных направлениях и среднее значение принимают равным (

).

Для эллиптических, торосферических и полусферических днищ и крышек измерения проводят в центре и в четырех точках по концам наибольших двух взаимно перпендикулярных диаметров и среднее значение принимают равным

.

Если компонент имеет местное утонение, возникающее при изготовлении (штамповка днищ, гибка труб и др.) или вследствие коррозии, то значение фактической толщины стенки устанавливают в зависимости от расположения и размеров утоненного участка.

      5 Определение толщин стенок компонентов оборудования и трубопроводов

      5.1 Цилиндрические, конические обечайки сосудов и выпуклые днища, работающие под давлением

5.1.1 Расчетную толщину стенки следует определять по формуле

.                                                                (5.1)

Значения коэффициентов

,

,

и пределы применимости формул приведены в таблице 5.1. Обозначения геометрических размеров обечаек приведены на рисунках 5.1-5.4 (на рисунке 5.2 приведен один из вариантов исполнения конической обечайки с отверстием).

5.1.2 Принимаемая номинальная толщина стенки должна удовлетворять условию

.

5.1.3 Допускаемое давление при проектировании и после изготовления сосудов следует определять по формулам:

- при проектировании

.                                                             (5.2)

после изготовления

.                                                          (5.3)

Таблица 5.1 - Значения коэффициентов

,

,

и пределы применимости формул

Величина	Цилиндрическая обечайка (рисунок 5.1)	Коническая обечайка (рисунок 5.2)	Эллиптическое или торосферическое днище (рисунок 5.3)	Полусферическое днище (рисунок 5.4)
	2	2	4	4
	1		1	1
	1	1		1
Пределы приме- нимости		при 45°;   при 45° 60°;	при ;   при

Рисунок 5.1 - Цилиндрическая обечайка

Рисунок 5.2 - Коническая обечайка

Рисунок 5.3 - Эллиптическое или торосферическое днище

Рисунок 5.4 - Полусферическое днище

      5.2 Цилиндрические коллекторы, штуцеры, трубы и отводы

5.2.1 Расчетную толщину стенки цилиндрического коллектора, штуцера и трубы следует определять по формуле

.                                                                 (5.4)

Формула (5.4) применима при условии

.

5.2.2 Принимаемая номинальная толщина стенки цилиндрического коллектора, штуцера и трубы должна удовлетворять условию

.

5.2.3 Для отводов, работающих под внутренним давлением, с соотношением

(см. рисунок 5.5, сечение А-А), расчетную толщину стенки следует определять по формулам:

- для внешней стороны отвода

;                                                                  (5.5)

- для внутренней стороны отвода

;                                                                  (5.6)

- для нейтральной (средней) части отвода (в сечении А-А на рисунке 5.5, в пределах ±15° от горизонтальной оси, определяющей нейтральную линию сечения)

,                                                                  (5.7)

где

,

,

- торовые коэффициенты;

,

,

- коэффициенты формы.

Торовые коэффициенты

,

,

следует вычислять по формулам:

,                                                                  (5.8)

,                                                                  (5.9)

=1.                                                                       (5.10)

Рисунок 5.5 - Отвод

Коэффициенты формы

,

,

следует вычислять по формулам:

а) для отводов, температура стенки которых не превышает 350°C - для углеродистых и легированных кремнемарганцовистых сталей, 400°C - для легированных хромомолибденванадиевых сталей, 450°C - для сталей аустенитного класса:

,                                                       (5.11)

,                                                                      (5.12)

,                                                        (5.13)

б) для отводов из тех же сталей, температура стенки которых равна или превышает 400°C, 450°C и 525°C соответственно:

,                                                       (5.14)

,                                                                      (5.15)

,                                                        (5.16)

где

- относительная овальность поперечного сечения отвода в процентах;

- коэффициент;

- коэффициент.

Если вычисленное значение

превышает единицу, то

следует принимать равным единице.

Значения коэффициентов формы

,

,

для отводов, температура стенки которых находится между указанными выше граничными значениями, следует определять линейным интерполированием по температуре между значениями

,

,

, соответствующими граничным значениям температуры.

В случае, когда полученные значения

,

,

меньше единицы, их следует принимать равными единице.

При

<0,03 значения

,

,

следует принимать равными значениям, полученным при

=0,03.

Значение овальности следует принимать по данным конструкторской документации либо техническим условиям на полуфабрикат. Допускается вычислять значение овальности по формуле

,                                                              (5.17)

где

,

- максимальный и минимальный наружные диаметры поперечного сечения отвода соответственно.

5.2.4 Значения суммарной прибавки к толщине стенки отвода

,

,

определяют для внешней, внутренней сторон и для нейтральной части отвода соответственно. Рекомендации по определению технологической прибавки к толщине стенки отводов приведены в приложении Б.

5.2.5 Принимаемая номинальная толщина стенки отвода должна удовлетворять условию

.                                              (5.18)

5.2.6 Значение

(

=1, 2, 3), по которому определена согласно 5.2.5 номинальная толщина стенки, допускается округлять в меньшую сторону, но не более чем на 3% от значения номинальной толщины стенки.

5.2.7 На торцах прямых участков бесшовных труб, растачиваемых под стыковую сварку, допускается утонение стенки на 10% расчетной толщины вследствие расточки при условии, что суммарная длина расточенного участка стыкуемых стенок не превысит меньшего значения из

и

.

5.2.8 Допускаемое давление для цилиндрического коллектора, штуцера, трубы и отвода следует определять по формулам:

- при проектировании

;                                                           (5.19)

- после изготовления

.                                                        (5.20)

Коэффициент

следует принимать по следующим правилам:

- для цилиндрического коллектора, штуцера и трубы

=1;

- для отвода при проектировании следует провести расчеты при

,

(

=1, 2, 3). Торовые коэффициенты

и коэффициенты формы

определяют согласно 5.2.3, значения суммарной прибавки - согласно 5.2.4. Допускаемое давление следует принимать наименьшим из трех значений;

- для отвода после изготовления следует провести расчеты при

для

, определенной по внешней стороне отвода,

для

, определенной по внутренней стороне отвода, и

для меньшего из значений

, определенных по нейтральной (средней) части отвода. Торовые коэффициенты

и коэффициенты формы

определяют согласно 5.2.3. Допускаемое давление следует принимать наименьшим из трех значений. Допускается принимать

для наименьшего значения

.

      5.3 Круглые плоские днища и крышки

5.3.1 Расчетную толщину круглых плоских днищ и крышек

, нагруженных давлением, схемы соединения которых с обечайкой представлены в таблице 5.2, следует определять по формуле

.                                                           (5.21)

Формула (5.21) применима при условии

.

5.3.2 Номинальная толщина круглых плоских днищ и крышек, нагруженных давлением, должна удовлетворять условию

.

5.3.3 Во всех случаях присоединения плоского круглого днища к обечайке толщина днища должна быть равна или больше толщины обечайки, рассчитанной в соответствии с 5.1.

Значение коэффициента

в формуле (5.21) определяют в зависимости от конструкции днищ и крышек по формуле

,                                                                    (5.22)

где коэффициент

принимают в соответствии с таблицей 5.2.

Коэффициент

, учитывающий жесткость соединения плоского днища (типы конструкции 1-3 по таблице 5.2) с цилиндрической обечайкой, следует определять по формуле

,                                                (5.23)