核電管道設(shè)計(jì)過(guò)程及特點(diǎn)

劉加志

【摘 要】核電廠管道設(shè)計(jì)是核電廠安全運(yùn)作的重要保障，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)必須要嚴(yán)格按照管道設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行布置，而且還需要配合后期的檢查與維護(hù)，這樣才能保證核電廠后期生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。論文主要對(duì)管道設(shè)計(jì)的原則以及設(shè)計(jì)內(nèi)容展開論述，并對(duì)管道設(shè)計(jì)的特點(diǎn)以及需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了分析，供相關(guān)工作者參考。

【Abstract】The piping design in the nuclear power plant is the important guarantee for the safe operation of nuclear power plant. Piping design must be carried out in strict accordance with the piping design drawings， and it also needs to cooperate with the later inspection and maintenance， only in this way can ensure the economic benefit in the later operation of the nuclear power plant be guaranteed. This paper mainly discusses the principle and contents of pipeline design， and analyzes the characteristics of pipeline design and the problems that need to be paid attention to， for reference.

【關(guān)鍵詞】核電；管道設(shè)計(jì)；特點(diǎn)

【Keywords】 nuclear power； piping design； feature

【中圖分類號(hào)】TM623 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）09-0172-02

1 引言

核電廠在綜合布置設(shè)計(jì)完成之后必須要進(jìn)行的一個(gè)環(huán)節(jié)就是管道布置設(shè)計(jì)，利用這一環(huán)節(jié)，可以進(jìn)一步確定核電廠廠房?jī)?nèi)工藝管道的具體走向，合理定位廠房?jī)?nèi)的所有設(shè)備。這個(gè)過(guò)程需要將管道上的支撐點(diǎn)以及各系統(tǒng)管道的各類部件位置準(zhǔn)確的標(biāo)注出來(lái)。但是介于核電廠對(duì)于核安全的特殊性要求，其管道布置設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn)和要求。

2 核電管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)及要求

2.1 核電管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)

核電管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：①核電管道不能與其他專業(yè)設(shè)備、管道或者電纜托盤發(fā)生碰撞，在進(jìn)行管道區(qū)域劃分時(shí)，應(yīng)事先避開其他設(shè)備和管道。②避免管道支架的生根。在進(jìn)行管道布置時(shí)，新增管道的布置方向要盡量與已布置好的管道在一排或者一列的方向上。③注意管道部件的規(guī)范化，要盡量使用標(biāo)準(zhǔn)管件。④在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能的少用直接焊接的方式，這樣可以方便后期的焊縫檢查。如果要用焊接的話要注意兩管件之間的焊縫不宜過(guò)短，避免產(chǎn)生熱應(yīng)力疊加[1]。⑤一般情況下，水平方向上設(shè)置閥門，垂直方向上設(shè)置閥桿，特殊情況除外。這里要注意的是在進(jìn)行閥門布置時(shí)要為后期提升閥桿以及檢修拆卸閥門等留有足夠的空間，便于操作。在管道設(shè)計(jì)時(shí)也可以設(shè)計(jì)必要的鋼平臺(tái)以方便后期的操作和維修。

2.2 核電廠管道布置特殊性的相關(guān)要求

核電廠的管道布置設(shè)計(jì)首要注意的問(wèn)題就是其安全性，主要包括輻射防護(hù)、防火、防水淹、管道獨(dú)立性以及管道的在役檢查等內(nèi)容[2]。為此，管道設(shè)計(jì)還應(yīng)該注意做好以下幾個(gè)方面：①在進(jìn)行管道布置之前應(yīng)充分了解管道需穿越區(qū)域的耐火極限、輻射分區(qū)以及水淹分區(qū)等。②多重系統(tǒng)之間保持獨(dú)立，保證系統(tǒng)各部件與預(yù)測(cè)始發(fā)事件效應(yīng)之間的獨(dú)立，不同安全等級(jí)的系統(tǒng)部件之間也要保持一定的獨(dú)立性，安全重要物項(xiàng)與非安全重要物項(xiàng)之間保持獨(dú)立。為保證管道各項(xiàng)之間的獨(dú)立性，可在設(shè)計(jì)時(shí)利用空間隔離或者實(shí)體隔離的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)其他用于執(zhí)行安全功能的管道可進(jìn)行適當(dāng)隔離。③在核電廠運(yùn)行周期內(nèi)，做好各系統(tǒng)部件的在役檢查工作，以便于掌握核電廠的安全運(yùn)行信息。核電管道的在役檢查要求在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)既要滿足檢查維修的空間要求，又能盡量降低檢察人員受輻射的程度。

3 核電工程管道設(shè)計(jì)工業(yè)化管理的實(shí)施

3.1 管道設(shè)計(jì)階段劃分

核電管道的設(shè)計(jì)過(guò)程主要包含三個(gè)階段，分別是方案設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段以及施工設(shè)計(jì)階段。方案設(shè)計(jì)階段主要是完成系統(tǒng)工藝布置設(shè)計(jì)的初步規(guī)劃，制定基本的設(shè)計(jì)框架，其主要是理論方面的設(shè)計(jì)；初步設(shè)計(jì)階段就是理論到實(shí)際的一個(gè)過(guò)程，在這個(gè)階段需要對(duì)后期所需的材料以及管道部件用量等相關(guān)信息做出基本的預(yù)估；施工設(shè)計(jì)階段就是將前期所有的設(shè)計(jì)進(jìn)一步的落實(shí)，并對(duì)前期的初步設(shè)計(jì)成果進(jìn)行復(fù)核，這一階段要保證最終的落實(shí)結(jié)果與初步設(shè)計(jì)方案一致。

3.2 管道設(shè)計(jì)控制

管道的設(shè)計(jì)控制主要包括輸入控制、流轉(zhuǎn)控制、進(jìn)度控制、質(zhì)量控制、接口控制、變更控制、物項(xiàng)控制以及風(fēng)險(xiǎn)控制等幾個(gè)方面。為切實(shí)做好管道的設(shè)計(jì)控制工作，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)之前，必須要依照設(shè)計(jì)文件明確設(shè)計(jì)分工以及責(zé)任、義務(wù)，然后針對(duì)各自所負(fù)責(zé)的內(nèi)容有序、合理的進(jìn)行。在這里需要注意的一點(diǎn)是風(fēng)險(xiǎn)控制，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)存在很多不確定的因素，這會(huì)在一定程度上造成設(shè)計(jì)成本的增加，產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失，因此，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)必須要首先建立相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判、風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值分析機(jī)制，盡量減少后期的損失。

4 管道布置施工圖的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行管道新增工作時(shí)，需要依據(jù)核電廠的系統(tǒng)流程圖、管道清單以及管道等級(jí)表等對(duì)管道布置圖進(jìn)行認(rèn)真的規(guī)劃，其內(nèi)容應(yīng)包含管道以及部件的尺寸、位置、規(guī)格參數(shù)以及防范要求等，如果有特殊材料或者特殊部件還需要附上相關(guān)的參考表。在進(jìn)行吊架設(shè)計(jì)時(shí)，其位置以及相應(yīng)功能的確定需要以所連接的設(shè)備以及管線為依據(jù)，明確對(duì)應(yīng)管段的具體出發(fā)點(diǎn)，然后再根據(jù)管道布置圖的初段設(shè)計(jì)來(lái)完成管道具體走向的設(shè)計(jì)工作。endprint

5 支架的設(shè)計(jì)

支吊架在管道設(shè)計(jì)中主要是起到支撐、限位以及固定的作用，借助支吊架的作用可以有效保障管道以及設(shè)備的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。管道設(shè)計(jì)中關(guān)于支吊架的選擇應(yīng)盡量遵循標(biāo)準(zhǔn)化的原則。目前應(yīng)用較多的支吊架類型主要有以下幾種，每一種支吊架都有其獨(dú)特的功能用途。

滑動(dòng)支架：主要是用于水平移動(dòng)，同時(shí)可以有效限制管道向下移動(dòng)。導(dǎo)向支架：對(duì)管道的移動(dòng)方向起導(dǎo)向作用，防止管道移動(dòng)方向發(fā)生偏離。限位支架：對(duì)管道某一個(gè)方向或者幾個(gè)方向的線位移以及角位移起限制作用。固定支架：將管道固定在支撐點(diǎn)處，避免其發(fā)生移動(dòng)。彈簧支吊架：便于管道任意方向的移動(dòng)。剛性支吊架：可以將管道的載荷傳遞到承載結(jié)構(gòu)上，這是一種相對(duì)較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的管道支吊架。恒力支吊架：主要用于管道熱位移較大的情況，便于管道的自由移動(dòng)。關(guān)于管道支架的設(shè)置，通常情況下要綜合考慮管徑、管道走向、閥門、管件位置以及可生根部位等多方面的因素進(jìn)行設(shè)置。

5.1 支架間距要求

支吊架間最大距離的確定通常是以管道的技術(shù)參數(shù)為依據(jù)，其中主要包括管道管徑、介質(zhì)等各個(gè)方面，支吊架間最大距離的合理性可以有效避免管道因各種載荷產(chǎn)生的過(guò)應(yīng)力。控制水平管道上的間距可以降低管道產(chǎn)生過(guò)大彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力以及彎曲撓度的幾率[3]；控制垂直方向上的管道支吊架間距可以有效避免管道因各種載荷的相互作用產(chǎn)生過(guò)應(yīng)力；除此之外，還要注意對(duì)易產(chǎn)生振動(dòng)的管道間距的控制，以此來(lái)調(diào)整管道固有頻率。所有支吊架間距的確定都必須以最終的力學(xué)計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)。

5.2 支架生根條件

支架的設(shè)置不是一定要按照推薦的間距進(jìn)行定位，在進(jìn)行支吊架設(shè)置時(shí)要綜合考慮多方面的因素，包括廠房土建結(jié)構(gòu)的適用性以及如果安裝支吊架是否會(huì)對(duì)鄰近的管道、設(shè)備、通道或者其他工種產(chǎn)生影響，造成碰撞等情況。如果是條件不允許的情況，可以考慮適當(dāng)?shù)目s小或者放大間距，當(dāng)然最終的間距確定還是要以系統(tǒng)力學(xué)的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)。一般而言，小管道的支架生根要考慮借助大支架，可采用與大支架共架的方式，或者是直接在土建結(jié)構(gòu)墻、樓板以及鋼結(jié)構(gòu)上面生根；新增管線在布置時(shí)要盡可能的使其與現(xiàn)有的管線成排布置，在借助原有支架的基礎(chǔ)上形成共架，以減少支架生根；新增管道的支架類型可以參照原有管道的類型設(shè)定，這主要因?yàn)樵泄艿乐Ъ茉谠O(shè)置時(shí)已經(jīng)做了力學(xué)計(jì)算，而且新增管道與原有管道走向相同，這樣可以減少不必要的工作量。在初步確定支吊架之后可以將管道三維制作圖進(jìn)行相應(yīng)的完善。

6 管道布置中力學(xué)計(jì)算

力學(xué)計(jì)算可以有效檢驗(yàn)管道設(shè)計(jì)的合理性，只有管道設(shè)計(jì)符合施工要求才可以進(jìn)行下一步的管道布置施工。在初始設(shè)計(jì)階段基本確定了管道走向、支架位置以及支架布置方式，完成這些工作之后需要對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)計(jì)算驗(yàn)證，保證管道的承載以及支架的支撐能夠符合力學(xué)要求。如果管道和支架的設(shè)計(jì)都滿足規(guī)定的力學(xué)要求，則需要將支架以及支吊架的位置以及布置方式詳細(xì)地記錄下來(lái)。如果不符合，則需要對(duì)其進(jìn)行重新定位，重新驗(yàn)證，直到找到最佳位置。只有這樣才能最大限度地避免后期安全事故的發(fā)生。

7 結(jié)語(yǔ)

核電管道的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)具有反復(fù)性并需要持續(xù)改善的工作，在進(jìn)行核電管道設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格遵循科學(xué)規(guī)范執(zhí)行，按照其設(shè)計(jì)原則進(jìn)行相關(guān)操作。設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要避免管道間發(fā)生碰撞、閥門安裝不緊密、支架生根不合理以及資源浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生[1]。另外，還要考慮到其安全性問(wèn)題，保證管道設(shè)計(jì)滿足核電生產(chǎn)的要求。

【參考文獻(xiàn)】

【1】徐玄，廖濤，陳蕊.核電廠管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2016，15（08）：46-47.

【2】袁婕.核電二回路腐蝕管線抗震可靠性研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2015.endprint