關(guān)于核電站管道設(shè)計(jì)中彎管工藝的應(yīng)用探析

程方超 張孟凱

中核工程咨詢有限公司 北京 100071

1 核電站管道設(shè)計(jì)及彎管工藝

1.1 管道設(shè)計(jì)

核電站管道設(shè)計(jì)包括初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。其中，初步設(shè)計(jì)主要是根據(jù)施工要求的管道系統(tǒng)，確定管道等級(jí)，設(shè)計(jì)參數(shù)，安裝過程，等等，并參考核電站的總體布局要求，確定設(shè)備的安裝位置，因此管道位置計(jì)劃和相關(guān)的材料和設(shè)備列表中使用的管道設(shè)計(jì)是初步確定的。詳細(xì)設(shè)計(jì)需要計(jì)算的壓力管道根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，結(jié)合管道平面布置圖和管道的位置支持需要優(yōu)化等角圖和支架的位置，直到壓力滿足要求。在管道應(yīng)力計(jì)算完成后，必須確定管道支架的載荷和功能。在支撐圖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，必須確定支撐的機(jī)械校核和形式，以滿足支撐的載荷和功能要求。此外，管道設(shè)計(jì)還需要根據(jù)工藝系統(tǒng)的施工清單，準(zhǔn)確計(jì)算和設(shè)計(jì)相關(guān)管道的一系列參數(shù)，如管道直徑、壁厚、管道的伴熱條件、管道壓力設(shè)計(jì)等。同時(shí)提高管道監(jiān)理質(zhì)量，規(guī)范施工，安全運(yùn)行。對(duì)符合等級(jí)的管道材料嚴(yán)格按照管道等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審查，對(duì)工藝流程圖檢測(cè)的管道設(shè)計(jì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以滿足各種工藝要求[1]。

1.2 彎管工藝

在彎管設(shè)計(jì)施工過程中，將彎管技術(shù)應(yīng)用到管道上，通過熱彎管和冷彎管兩種工藝，充分實(shí)現(xiàn)科學(xué)的管道布置，實(shí)現(xiàn)電能的安全輸送。溫度一般為標(biāo)準(zhǔn)溫度t （TC -56）℃，其中TC為管材臨界點(diǎn)。如果加熱溫度高于t，則管材的溫度應(yīng)是彎管工藝為熱彎管工藝；當(dāng)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度t時(shí)，為冷彎管過程。在實(shí)際運(yùn)行中，需要根據(jù)不同的施工條件選擇工藝，以實(shí)現(xiàn)管道布置的目的。目前，我國(guó)主要采用感應(yīng)加熱彎管技術(shù)。這種熱管彎曲技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種施工現(xiàn)場(chǎng)。其技術(shù)原理較為復(fù)雜，要達(dá)到一定的溫度，彎矩可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的角度進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到設(shè)計(jì)的曲率半徑，保證管道方向符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。冷彎管施工技術(shù)也是一種常見的施工形式，在實(shí)際施工過程中，主要是預(yù)先設(shè)計(jì)好輪胎工具，根據(jù)不同形狀的物理阻力，旋轉(zhuǎn)管道，確保彎頭的角度與場(chǎng)地的朝向一致。

2 核電站彎管工藝的應(yīng)用

2.1 彎管技術(shù)在核電站應(yīng)用的現(xiàn)狀

在相同環(huán)境下，管道設(shè)計(jì)建議彎管先于彎頭，對(duì)于DN≤60．3mm，管道彎曲角度必須為45-90。，可以是彎管，也可以是標(biāo)準(zhǔn)彎管。同時(shí)，在原設(shè)計(jì)文件規(guī)定的核電站肘部的彎曲半徑應(yīng)≥5．0d和肘部的彎曲半徑應(yīng)1．0-1．5d。由于核電站的有限空間，管道的設(shè)計(jì)和安裝內(nèi)置空間有限的核島在許多情況下，手肘在ACP1000中的應(yīng)用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過管道彎頭。在第三代核電技術(shù)中，空間相對(duì)松散，彎道數(shù)量有所增加[2]。

2.2 彎管取代彎頭的優(yōu)點(diǎn)

①在管道布置上，每個(gè)彎頭的兩端都有焊縫，方便彎頭與管道的連接，彎頭的焊縫總數(shù)遠(yuǎn)高于彎頭；彎頭的使用可以有效的減少焊縫總數(shù)，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)彎頭可以減少一個(gè)焊縫，整體的焊縫減少效果是非常可觀的，有利于降低焊接成本，減少ndt。管道焊縫區(qū)往往是缺陷多發(fā)區(qū)，容易出現(xiàn)裂紋等問題。減少焊縫數(shù)量，有利于提高管道安全、內(nèi)壁質(zhì)量和核電站安全。②彎曲管道的大曲率可以加快管道內(nèi)流體的流動(dòng)速度，減小流體由于流動(dòng)方向的改變對(duì)管道的影響，并由于沖擊力引起管道振動(dòng)。因?yàn)閺澢糠值膲毫ο禂?shù)成正比的壓力大的彎曲半徑，和肘部彎曲半徑大的壓力系數(shù)高于肘部的彎曲半徑大管道系統(tǒng)的應(yīng)力分布可以更多，和軸承力管更科學(xué)合理[3]。③在流體流速均勻的情況下，彎管局部阻力小，可以減小彎管阻力，提高經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，90。彎頭局部阻力系數(shù)為0．20，90。彎頭局部阻力系數(shù)為0．25時(shí)，僅對(duì)比系數(shù)造成的阻力差為25%，彎頭阻力遠(yuǎn)小于彎頭。④根據(jù)有關(guān)規(guī)定，核電站進(jìn)行安全檢查應(yīng)至少每十年一次，并在實(shí)施的過程中檢查、無損檢驗(yàn)應(yīng)主要用于管道焊縫，而彎管的輸入可以提高管道安全和減少焊縫的無損檢驗(yàn)降低運(yùn)營(yíng)成本，手肘相比更多的優(yōu)勢(shì)。采用彎管技術(shù)在核電站不僅可以降低焊縫的總數(shù)，提高管道的質(zhì)量和安全，降低施工成本，縮短施工周期，但也減少焊縫數(shù)量的減少在職檢驗(yàn)工作在操作期間和降低成本提高經(jīng)濟(jì)效率[4]。

3 結(jié)語

隨著時(shí)代的進(jìn)步，彎管技術(shù)得到了提高，使得核電行業(yè)也得到了很好的發(fā)展。彎管技術(shù)在核電站的應(yīng)用，不僅減少了焊接數(shù)量，提高了管道的安全質(zhì)量，減少了測(cè)量，提高了運(yùn)行可靠性，而且對(duì)提高核電站的經(jīng)濟(jì)效益起到了關(guān)鍵作用。彎管加工一般在車間進(jìn)行，生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)有可靠的保證，是工廠管道生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著應(yīng)用的發(fā)展，加工技術(shù)水平不斷提高。建議優(yōu)先使用彎管工藝。