The feedwater ring is an assembly in steam generator internal piping, which distributes feedwater into the secondary side of the steam generator. It consists of an assembly of carbon steel piping, pipe fittings and J-nozzles which are inserted into the top of the feedwater ring and welded to the diameter of the ring. The feedwater ring at the attachment region of the J-nozzle may be susceptible to flow accelerated corrosion (FAC) due to flow turbulence which increases local fluid velocities. If a J-nozzle becomes a loose part, it can cause damage to tubing near the tube sheet. In this paper, the structural stress analysis for a wall thinned feedwater ring and integrity evaluations under assumed loading conditions are carried out in compliance with ASME B&PV SecIII, NB-3200.
Ramachandra Murthy, A.;Vishnuvardhan, S.;Saravanan, M.;Gandhic, P.
Structural Engineering and Mechanics
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제72권1호
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pp.31-41
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2019
Structural integrity assessment of piping components is of paramount important for remaining life prediction, residual strength evaluation and for in-service inspection planning. For accurate prediction of these, a reliable fracture parameter is essential. One of the fracture parameters is stress intensity factor (SIF), which is generally preferred for high strength materials, can be evaluated by using linear elastic fracture mechanics principles. To employ available analytical and numerical procedures for fracture analysis of piping components, it takes considerable amount of time and effort. In view of this, an alternative approach to analytical and finite element analysis, a model based on relevance vector machine (RVM) is developed to predict SIF of part through crack of a piping component under fatigue loading. RVM is based on probabilistic approach and regression and it is established based on Bayesian formulation of a linear model with an appropriate prior that results in a sparse representation. Model for SIF prediction is developed by using MATLAB software wherein 70% of the data has been used for the development of RVM model and rest of the data is used for validation. The predicted SIF is found to be in good agreement with the corresponding analytical solution, and can be used for damage tolerant analysis of structural components.
A numerical analysis has been perfonned to estimate the effect of turbulent penetration and thermal stratified flow in the branch lines piping. This phenomenon of thermal stratification are usually observed in the piping lines of the safety related systems and may be identified as the source of fatigue in the piping system due to the thermal stress loading which are associated with plant operating modes. The turbulent penetration length reaches to $1^{st}$ valve in safety injection piping from reactor coolant system (RCS) at normal operation for nuclear power plant when a coolant does not leak out through valve. At the time, therefore, the thermal stratification does not appear in the piping between RCS piping and $1^{st}$ valve of safety injection piping. When a coolant leak out through the $1^{st}$ valve by any damage, however, the thermal stratification can occur in the safety injection piping. At that time, the maximum temperature difference of fluid between top and bottom in the piping is estimated about $50^{\circ}C$.
During operation of nuclear power plants, the fatigue assessment should be conducted repeatedly, considering changes of operating environments. For the case that cumulative usage factors (CUFs) may exceed the acceptance limit, flaw tolerance evaluation can be an alternative method to meet the regulatory requirements. In this respect, this paper analyzes the effects of the input variables for flaw tolerance evaluation based on ASME BPVC Section XI Appendix L. The reference analysis is performed for the example problem in NUREG/CR-6934. Then effects of the crack orientation, stress intensity factor solutions, thermal stress profiles, fatigue stress decomposition and fatigue crack growth curves are considered for the sensitivity analysis. The results show that the stress analysis considering the actual environment plays a crucial role in flaw tolerance evaluation.
This paper presents the results of finite element analysis for the effects of hydrostatic test and operating condition on the weld residual stress at dissimilar metal weld of a pressurizer safety nozzle in a nuclear power plant. For the study, the weld residual stress at ambient condition was analyzed using ABAQUS in the first place. After the weld residual stress analysis, the hydrostatic test condition and operating condition was applied to the same model one after another. The weld residual stress was observed to change due to the successive hydrostatic test and operating condition. The axial residual stresses on inner surface of the dissimilar metal weld and HAZ region were decreased by hydrostatic test and operating condition, which gives beneficial effect on preventing primary water stress corrosion cracking.
For three-dimensional finite element welding residual stress simulation, several methods are available. Two widely used methods are the moving heat source model using heat flux and the temperature boundary condition model using the temperature profile of the welded beads. However, each model has pros and cons in terms of calculation times and difficulties in determining welding parameters. In this paper, a new method using the moving temperature profile model is proposed to perform efficiently 3-D FE welding residual stress analysis for large structures. Comparison with existing experimental residual stress measurement data of two-pass welding pipe and SNL(Sandia National Laboratories) mock-up canister shows the accuracy and efficiency of the proposed method.
During the last two decades, lots of efforts have been devoted to resolve thermal stratification phenomenon and primary water environment issues. While several effective methods were proposed especially in related to thermally stratified flow analyses and corrosive material resistance experiments, however, lack of details on specific stress and fatigue evaluation make it difficult to quantify structural behaviors. In the present work, effects of the thermal stratification and primary water are numerically examined from a structural integrity point of view. First, a representative austenitic nuclear piping is selected and its stress components at critical locations are calculated in use of four stratified temperature inputs and eight transient conditions. Subsequently, both metal and environmental fatigue usage factors of the piping are determined by manipulating the stress components in accordance with NUREG/CR-5704 as well as ASME B&PV Codes. Key findings from the fatigue evaluation with applicability of pipe and three-dimensional solid finite elements are fully discussed and a recommendation for realistic evaluation is suggested.
In piping design of nuclear power plant facilities, the load stress according to self-weight is important for design values in test run(shutdown and starting). But sometimes it needs more studies, such as seismic analysis of an earthquake of power plant area and fatigue life and stress of thermal expansion and anchor displacement in operating run. In this paper, seismic evaluations were performed to nuclear piping system of Shin-Kori NO. 3&4 being built in Pusan lately. Results of seismic analysis are evaluated on basis of KEPIC MN code. The structural integrity on RCB piping system was proved.
A new computer system for the stress analysis and design of piping network has been devlo-ped in this study. For the stress analysis, the system utilizes the finite element technique in which the frontal technique is used as the equation solver. The element library of the system has (1) Pipe Element (2) Beam Element, (3) Hanger Element and (4) Spring Element which should be sufficient to model the entire piping system including flexible supports, joints, piping rack and hangers. Based on the element stresses, code check has been performed and the safety factor for each element is calculated.
One of the domestic co-generation plants have undergone excessive vibration problems of turbine attributed to external force for years. The root cause of turbine vibration may be shan alignment problem which sometimes is changed by thermal expansion and external farce, even if turbine technicians perfectly performed it. To evaluate the alignment condition from plant start-up to full load, a strain measurement of turbine and main steam piping subjected to thermal loading is monitored by using strain gages. The strain gages are bonded on both bearing housing adjusting bolts and pipe stoppers which. installed in the x-direction of left-side main steam piping near the turbine inlet in order to monitor closely the effect of turbine under thermal deformation of turbine casing and main steam piping during plant full load. Also in situ load of constant support hangers in main steam piping system is measured by strain gages and its results are used to rebalance the hanger rod load. Consequently, the experimental stress analysis by using strain gages turns out to be very useful tool to diagnose the trouble and failures of not only to stationary components but to rotating machinery in power plants.
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