核電應(yīng)急機組系統(tǒng)管路優(yōu)化設(shè)計

姜旭龍　邢淑梅

[摘要]通過對應(yīng)急機組管路系統(tǒng)原理圖、核電廠抗震設(shè)計規(guī)范的詳細分析，本著管路集中布置、方便維修、節(jié)約空間、符合核電廠抗震設(shè)計規(guī)范的原則進行設(shè)計管路的走向和固定位置。

[關(guān)鍵詞]管線；支吊架；管卡；應(yīng)急機組

0引言

臺山核電廠一期工程建設(shè)的2臺EPR型壓水堆核電機組，單機容量175萬千瓦，是目前世界上單機容量最大的核電機組。該工程為中法合資項目，總投資約500億元。常規(guī)島設(shè)計供貨由中廣核工程公司牽頭，與中廣核設(shè)計公司、阿爾斯通公司及廣東電力設(shè)計院組成聯(lián)合體承擔：電站輔助設(shè)施的設(shè)計供貨由中廣核工程公司承擔。項目業(yè)主廣東臺山核電有限公司承擔工程項目管理和生產(chǎn)運營，并聯(lián)合國內(nèi)施工單位和中廣核工程公司完成建安施工和調(diào)試等工作。通過中外雙方共同建設(shè)模式，臺山核電項目將加快實現(xiàn)EPR三代核電機組在設(shè)計、設(shè)備制造、建安施工、調(diào)試和運營等全方位的自主化目標。為積極推進我國核電建設(shè)作出新的貢獻。項目建成后，年上網(wǎng)電量可達260億千瓦時。建設(shè)臺山核電不僅可有效緩解廣東省電力長期緊張局面，促進廣東省能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，而且對推進廣東省進一步加強國際合作發(fā)展核電產(chǎn)業(yè)具有重要意義，

近年來，隨著我國核電事業(yè)高速發(fā)展，對核電廠安全可靠性要求也越來越高。我國是地震多發(fā)國家，在地震發(fā)生時，非核級備用應(yīng)急供電廠房能夠正常運行，可以有效防止核電廠設(shè)備發(fā)生危險。無論是常規(guī)火電廠還是核電廠，各種設(shè)備都需要通過管線連接才能發(fā)揮其相關(guān)系統(tǒng)功能，因而管線系統(tǒng)對電廠的正常運行起著非常重要的作用。合理選擇布置管線及其相關(guān)部件，是減小管道應(yīng)力和載荷的有效途徑。同時管道支吊架是管線系統(tǒng)中一個重要組成部分，它對管道起著承受載荷、限制位移和控制振動等作用。

1達到的技術(shù)目標

通過對應(yīng)急機組管路系統(tǒng)原理圖、核電廠抗震設(shè)計規(guī)范的詳細分析，本著管路集中布置、方便維修、節(jié)約空間、符合核電廠抗震設(shè)計規(guī)范的原則進行設(shè)計管路的走向和固定位置。

依據(jù)核電廠抗震設(shè)計規(guī)范（GB50267-97）、電力設(shè)施抗震設(shè)計規(guī)范（GB50260-96）規(guī)定，該管線系統(tǒng)為一類建筑物中的重要設(shè)施，設(shè)防烈度為8度，即系統(tǒng)的設(shè)計抗震能力能承受8級地震所產(chǎn)生的0.10g，加速度的作用力，并且安全系數(shù)應(yīng)大于1.67。

2關(guān)鍵技術(shù)

2.1管卡結(jié)構(gòu)設(shè)計

管束的管卡座設(shè)計成三向可調(diào)型管卡座（圖1、圖2），在安裝焊接過程中對因建筑、管路尺寸及安裝位置出現(xiàn)的影響管路固定的偏差可以通過管卡座的調(diào)整來消除，以便順利的固定管路。核電常規(guī)島應(yīng)急機組所供設(shè)備比較多，管路較長且復雜，因環(huán)境溫度、管路自身介質(zhì)溫度等原因會造成管路自身尺寸的變動，同時設(shè)備及建筑的誤差等因素也影響管路的安裝。如果按照常規(guī)管卡固定方式及管卡直接連接在固定物上固定管路，勢必造成管路高低不平，增大管路在管卡處的橫向應(yīng)力，而減少管路的使用壽命。在安裝管卡時，在管卡上加裝二級可調(diào)裝置，這樣在管路安裝時可先將管路按其自然狀態(tài)安放好后，安裝管卡。用二級可調(diào)裝置找好管卡與地面預(yù)埋鐵的距離。調(diào)整好后再進行焊接固定，這樣完全避免了因地面不平及安裝過程中因管路較長而帶來的誤差，同時也盡可能的減小了管路在管卡處的橫向應(yīng)力。

2.2管卡位置設(shè)計

管卡約束可分為以下四大類：

1）管路連接設(shè)備上的固定約束

2）穿過樓層板或墻壁后設(shè)置的管卡徑向約束：

3）根據(jù)壓力管道設(shè)計規(guī)范（SH/P26-2005）等得到相對固定的管卡約束：

4）根據(jù)計算位移和應(yīng)力變化調(diào)節(jié)得到的可調(diào)位置徑向約束。

根據(jù)壓力管道設(shè)計規(guī)范（SH/P26-2005）規(guī)定，管道支吊架的位置，一般應(yīng)根據(jù)管徑、管道形狀、閥門和管件位置，以及可生根的部位等因素確定。設(shè)置時需要把握以下原則：

1）管卡布置應(yīng)靠近集中載荷部位，以減少偏心載荷和彎曲應(yīng)力；

2）在敏感設(shè)備（泵、壓縮機）附近，應(yīng)增設(shè)支架以防止管道載荷作用于設(shè)備接口上：

3）宜利用建筑物、構(gòu)筑物的梁、柱等設(shè)置支吊架的生根構(gòu)件；

4）垂直管道支架跨距大致可按照水平管道支架間距進行圓整：

5）在垂直管段彎頭附件，或在直管段重心之上設(shè)置承重架，如果管道重量過大，一個支架承重有困難時。可增設(shè)可變彈簧承重支架。垂直管段較長時，可在下部增設(shè)導向架，但不宜設(shè)置在靠近彎頭和支管的連接處：

6）為防止管道過大的橫向位移和可能承受的沖擊載荷，可設(shè)置導向管托：

7）而對于水平彎管，兩個支架間距管道展開長度L，不應(yīng)大于水平直管段上兩支架間距的0.7倍，參見圖3：圖3彎管管卡布置圖示

8）直接與設(shè)備管口相接或靠近設(shè)備管口的公稱直徑等于或大于150mm的水平安裝閥門應(yīng)考慮支撐：

9）支吊架邊緣與管道焊縫的間距不應(yīng)小于50mm，與需要熱處理的管道焊縫的間距不應(yīng)小于100mm。

《建筑安裝工程施工組織設(shè)計、進度控制與科學管理及標準規(guī)范實務(wù)全書》第七部分提到，對于高于5m的樓層（該廠房為6，6m），每層設(shè)不少于2個管卡且均勻安裝。因所有支撐點都必須有生根的結(jié)構(gòu)，所以同時兼顧考慮建筑廠房的可設(shè)預(yù)埋鐵位置對各管線管卡位置進行初步設(shè)計。

根據(jù)火電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定（DLT5204-2005），通過計算：管卡跨距應(yīng)符合表1要求。

2.3ISO圖繪制設(shè)計

管路系統(tǒng)除流程圖外，核電標準要求要繪制ISO圖來指導安裝工作，將系統(tǒng)管路實際的走向通過運用CAD軟件繪制出相應(yīng)軸側(cè)圖，在軸側(cè)圖上標注出管路上布置的閥、法蘭、儀表、三通等部件，同時標注出各部件的坐標位置以及管路斷管處的坐標位置，并標出管路所連接的設(shè)備與該管路所連接的下一段管路的標識，同時各部件的相關(guān)信息：材質(zhì)、通徑、所用標準、型號等也要反映在ISO的明細欄上，以便生產(chǎn)安裝使用。

3計算及驗證

按照核電廠抗震設(shè)計規(guī)范（GB50267-97）等對相應(yīng)管線設(shè)計的約束位置進行模態(tài)分析，在固有模態(tài)計算分析基礎(chǔ)上根據(jù)中廣核有限公司提供的地震譜進行地震激勵作用下的響應(yīng)譜分析，以驗證設(shè)計的約束位置是否符合抗震要求。

根據(jù)核電廠抗震設(shè)計規(guī)范（GB50267-97）應(yīng)力計算相關(guān)規(guī)定，安全一級管道在承受極限安全地震震動引起的地震作用時，載荷組合效應(yīng)工況下得到的應(yīng)力應(yīng)滿足：

σ_max≤3.0S_m

其中，S_m為許用應(yīng)力。

通過對各管路進行有限元計算分析，各管路在滿足設(shè)計約束位置時抗震應(yīng)力計算結(jié)果見表2。

對于排煙管，各管段材料不同。在地震激勵作用下最大應(yīng)力為67.864MPa，發(fā)生在波紋管段，材料為SUS316L，在380℃時的許用應(yīng)力為90MPa，在地震激勵作用下排煙管產(chǎn)生的最大應(yīng)力小于該條件下排煙管許用應(yīng)力值且遠小于規(guī)范所要求的3倍許用應(yīng)力值。對于排煙管其他管段在地震激勵作用下產(chǎn)生的應(yīng)力值均遠小于該管段材料在對應(yīng)溫度條件下許用應(yīng)力值，故對排煙管的約束設(shè)計符合要求。

經(jīng)計算驗證，核電常規(guī)島應(yīng)急機組系統(tǒng)管路約束位置設(shè)計符合抗震要求。

4結(jié)束語

我們成功的完成了核電常規(guī)島應(yīng)急發(fā)電機組系統(tǒng)管路的設(shè)計，并且計算驗證已經(jīng)完成。常規(guī)島的1號、2號機組系統(tǒng)管路已經(jīng)順利安裝，滿足了用戶提出的各項要求，通過了核電標準的嚴格考驗，尤其是在對核電系統(tǒng)管路的設(shè)計流程、標準、規(guī)范有了更進一步的了解。用戶對我們的機組管路設(shè)計有了很好的印象，本項目的成功完成，為公司在陸用核電柴油發(fā)電機組領(lǐng)域的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，也為公司以后的發(fā)展，提供了更多更好的機會。該應(yīng)急機組系統(tǒng)管路的成功優(yōu)化設(shè)計使得我公司柴油發(fā)電機組在核電領(lǐng)域的開拓有了新的進展。拓展了我公司柴油機的應(yīng)用領(lǐng)域，對公司作強作大柴油機發(fā)電機組產(chǎn)業(yè)有重要意義。

[責任編輯：楊玉潔]