電廠一級管路系統之應力分析與疲勞檢核

Abstract

目前全球的反應器電廠都陸續面臨營運執照到期或更新的議題，或有延長運轉之需求，或是因應電廠設計法規的變革，而須重新檢討原始設計。隨著電廠運轉經驗的累積，管制單位對於金屬組件的疲勞評估考慮因素更為多元，包括檢核疲勞時限老化時要求加計環境效應之影響。此外，因應廠址地震發生頻率、震度或規模之不同，重新考量設計地震力。不論是新建機組或延役評估，都須針對管路系統重做應力分析與疲勞檢核。 美國公司所設計的電廠依照設施與安全相關程度由高至低，依序區分為一級(Class 1)、二級(Class 2)、三級(Class 3)以及電廠平衡(Balance of plant, 簡稱BOP)等管路。一級管路系統之應力分析目的在避免管路發生薄膜式爆裂破壞(Membrane Burst Failure)以及疲勞或洩漏等破壞(Fatigue or Leak-type Failure)，分析及檢核結果必須符合美國聯邦法規中之美國機械工程師協會鍋爐及壓力容器規章(ASME B&PV Code)的第三部(Section III)核能電廠建廠設備子章節一級組件之管路設計(NB-3600)規定。 國內至今尚無一級管路系統應力分析及疲勞檢核的完整經驗，值得深入研究。本文除了介紹相關規章之設計條文、分析程序之外，並以我國進步型沸水式反應器電廠(ABWR)之餘熱移除(RHR)管路系統之再分析檢核為例，考慮不同負荷條件組合，採用專業管路套裝軟體PIPESTRESS進行分析。期能提供未來執行一級管路系統應力分析及疲勞檢核時之參考。