Transcript (논문)증기발생기 지지판 내부 슬러지의 영향을 고려한

증기발생기 지지판 내부 슬러지의 영향을 고
려한 전열관의 응력평가
심희진, 오창균, 김현수, 염학기(한국전력기술),
김홍덕, 정한섭(한국수력원자력)
한국압력기기공학회 2011년도 연차학술대회
1
Introduction
 World wide trend of steam generator tube degradation
2
Previous Research
 국내·외 연구동향
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SG Tube Characteristics
 SG Tube of OPR1000 Plant
Outside Diameter
9.525 mm(0.75 inch)
Thickness
1.067 mm(0.042 inch)
Material
Alloy 600HTMA
(SB-163, UNS06600)
Tube Support
Plate(TSP) Type
Eggcrate type
 Eggcrate type
60o
25.4mm(2 in)
4
FE Modeling
 FE Model and Thermal Hydraulic Properties
Solver
ANSYS 12.1
Element type
Solid 70/185
Model
½ modeling
Tube inside*
Tube Outside*
Temperature
621.1 oF
Pressure
2,250 psi
Flow rate
60.75 x 106 lb/hr
Temperature
553.5 oF
Pressure
1,070 psi
Flow rate
5.72 x 106 lb/hr
ho= 613 BTU/hr-ft2-oF
hi = 5,031 BTU/hr-ft2-oF
ki
hi  0.023 Re 0.8 Pr 0.3
di
ki : Thermal Conductivi ty Re : Reynolds Number
Pr : Prandtl Number
d i : Diameter
*UCN 3,4 DSR
5
Material and Main Parameters
 Material Properties
Temperature (℉)
70
200
400
600
Young's Modulus, x106(psi)
31
30.3
29.4
28.6
Thermal Expansion (in/in-℉)
4.53
5.20
6.17
6.93
Thermal Conductivity (BTU/hr-ft-℉)
8.6
9.1
10.1
11.1
Thermal Diffusivity
0.154
0.156
0.165
0.175
Specific Heat (BTU/lb-℉)
0.107
0.112
0.118
0.122
 Visualization of Sludge Zone Effect
Sludge
Main variables
Ws = 축적되는 슬러지의 원주방향 (1/2) 폭의 1, 5, 10 %
Ws
hs = 2차측 열전달계수의 1, 10, 50 % (슬러지 높이 2 in)
hs
6
Design Parameters Matrix
 DOE table - 2 factor 3 levels matrix
- parameters : convection, sludge zone area
xi 
Ci  center value
difference value
Run
Heat transfer
coefficient
(BUT/hr-ft2-F)
Sludge zone
(degree)
Coded_
Value (x1)
Coded_
Value (x2)
0
(base model)
613
0
-
-
1
306.5
54
1
1
2
6.13
1.8
-1
-1
3
61.3
54
0
1
4
306.5
18
1
0
5
61.3
18
0
0
6
61.3
1.8
0
-1
7
6.13
18
-1
0
8
306.5
1.8
1
-1
9
6.13
54
-1
1
7
Case Study
 Heat Transfer Analysis - Model 7
 전열관 2차측의 대료 열전달계수 : 6.13 BUT/hr-ft2-℉
 슬러지 영역이 전열관 원주의 18 deg.
☞ 전열관 내의 온도분포는 원주방향으로 다소 차이를 나타내지만, 내,외면에서의 최대 및 최
소 온도는 각각 618.53 ℉, 603.88 ℉ 로서 온도차는 크지 않음. (열교환의 성능을 높이기 위해 두
께가 얇음)
8
Thermal Analysis Results
 Effective on the Thermal Distribution
0 deg
1.8 deg
18 deg
36 deg
3.6 deg
54 deg
9
Case Study
 Effective on Stress Components (Model 4)
16
14
Stress, ksi
12
10
8
hs = 306.5(50%)
6
Ws =18 degree
4
Sludge zone
2
0
Non-Sludge zone
Sr
Sq
Sz
Svon
☞ 슬러지 퇴적이 Svon, Sz 및 Sq에 미치는 영향은 5% 미만
☞ 축방향 균열 발생 및 성장의 주요 원인인 원주방향 응력의 경우 슬러지 퇴적 유무에 따라 약 4%
정도 차이
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Structural Analysis Results
 Effective on The Hoop Stress
Run
Heat transfer
coefficient
(BUT/hr-ft2-℉)
Sludge zone
(degree)
Coded_
Value (x1)
Coded_
Value (x2)
Hoop Stress
(ksi)
1
306.5
54
1
1
14.880
2
6.13
1.8
-1
-1
14.028
3
61.3
54
0
1
14.403
4
306.5
18
1
0
14.556
5
61.3
18
0
0
14.259
6
61.3
1.8
0
-1
14.040
7
6.13
18
-1
0
14.181
8
306.5
1.8
1
-1
14.189
9
6.13
54
-1
1
14.157
11
Response Surface
 Response Surface
16.0
15.0
14.5
14.0
s
2
-2
2
De
ud
1 (h )
Sl
1
ge
-1
Ar
ea
0
gr
ee
1
)
e
2
13.0
-2
-1
Heat
0
Tran
sfer C
oeffi
cient
,x
 RSM Regression Model
(
d
13.5
,x
Hoop Stress,  h
15.5
 h  14.267  0.209 x1  0.197 x2  0.098 x12  0.049 x2 2  0.141 x1 x2
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Analysis of Variation
 ANOVA Table for Meta-model
Factor
Sum of
Square
DOF
Mean
Square
Fo
F(a=0.05)
Regression
SSR
0.600367
5
0.120073
152.07
207
Error
SSE
0.002369
3
7.90E-4
-
-
Total
SST
0.602736
8
 F0 > F(a = 0.05) ; 95% eqn’s is statistically significant
 Coefficient of determination (R2) ; SSR/SST= 94.5%
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Summary
 증기발생기 전열관과 지지판 사이에 슬러지가 퇴적되어 열전달 저감 효
과를 고려한 열전달 해석.
 1차측 열전달 계수 : 5,031 BUT/hr -ft2-℉
 2차측 열전달 계수 : 613 BUT/hr -ft2-℉
 증기발생기 전열관과 지지판 사이에 슬러지가 퇴적되어 열전달 저감 효
과를 고려한 열전달 해석 및 주변수에 대한 회귀모델 생성.
 주 변수 : 2차측 열전달 계수의 1,10, 50% 및 슬러지 퇴적 면적의 원주방향
각도
 선정된 변수 범위에 대한 응력해석 결과 슬러지 효과를 고려한 변수에 대
한 응력의 민감도는 미미함.
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