淺談?dòng)绊懭穗娬竞藣u儀表管設(shè)計(jì)的若干因素及應(yīng)對(duì)方法

陳 江 胡慶慶 汪 敏 張勇衛(wèi)

0 引言

在二代或者二代加核電站中，儀表管的大部分路徑設(shè)計(jì)均由施工單位在現(xiàn)場(chǎng)確定，這使得即使是相同的堆型，每個(gè)電站的儀表管布置仍會(huì)因施工單位的不同而存在較大的差異。而作為我國(guó)自主研發(fā)的三代核電站華龍一號(hào)，不僅承擔(dān)優(yōu)化國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的重任，還肩負(fù)我國(guó)核電技術(shù)出海參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的歷史使命。因此，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化是華龍一號(hào)的必須要求，而儀表管設(shè)計(jì)的精細(xì)化，是華龍一號(hào)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的主要特征之一。

在核電站中，核島廠(chǎng)房?jī)?nèi)具有空間小、物項(xiàng)多、形狀特異等特點(diǎn)，同時(shí)，儀表管施工進(jìn)場(chǎng)晚，布置路徑技術(shù)限制多，這些都會(huì)對(duì)儀表管的路徑設(shè)計(jì)造成很大困難，本文將結(jié)合筆者工作中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，梳理影響核電站核島內(nèi)的儀表管設(shè)計(jì)的因素，并對(duì)這些因素提出應(yīng)對(duì)方法，希望對(duì)后來(lái)的設(shè)計(jì)者有一定借鑒意義。

1 影響核島儀表管道設(shè)計(jì)的因素和對(duì)策

1.1 熱膨脹應(yīng)力和抗震慣性應(yīng)力的影響及對(duì)策

核島內(nèi)儀表管道一般連接在工藝管道和主設(shè)備上，這些管道和設(shè)備通常具有高溫高壓的特點(diǎn)，具有很大的熱膨脹應(yīng)力和抗震慣性應(yīng)力。在電站運(yùn)行時(shí)，這些管道和設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較大的熱膨脹位移和地震位移，與之相連接的儀表管道也會(huì)受到影響，如果路徑設(shè)計(jì)不合理，很容易使儀表管破裂，對(duì)核電站的安全性能產(chǎn)生影響[1]。

針對(duì)這一情況，在核電站儀表管路徑設(shè)計(jì)中，通常將工藝連接點(diǎn)后儀表管的第一個(gè)支架點(diǎn)作為固定點(diǎn)，且需要在固定點(diǎn)處消除因管道（或設(shè)備）熱膨脹應(yīng)力和抗震慣性應(yīng)力對(duì)儀表管的影響。因此，在儀表管安裝前，必須對(duì)工藝連接點(diǎn)到第一個(gè)支架之間的儀表管進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算，以確定合適的路徑、形狀及尺寸。

在應(yīng)力分析計(jì)算中，儀表管的形狀起著決定作用，如果形狀不合適，計(jì)算結(jié)果很難滿(mǎn)足要求，即使經(jīng)過(guò)多次計(jì)算滿(mǎn)足了要求，其路徑也不合理，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)施工。

儀表管應(yīng)力是由熱膨脹應(yīng)力和抗地震慣性應(yīng)力共同作用的結(jié)果，其規(guī)律性不強(qiáng)。根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)固定點(diǎn)前的儀表管時(shí)，應(yīng)首先考慮采用圓形布置來(lái)消除熱膨脹應(yīng)力和抗地震慣性應(yīng)力；若布置空間不允許，則路徑中出現(xiàn)迂回彎時(shí)，比如“[、]或者U”等形狀，效果會(huì)比較好；在無(wú)法通過(guò)改變儀表管形狀消除儀表管應(yīng)力的情況下，可以選擇采用尺寸規(guī)格更大的儀表管[2]。

1.2 核島內(nèi)空間不足帶來(lái)的影響及對(duì)策

在核島內(nèi)的儀表管，必須遵循如下隔離準(zhǔn)則：

（1）坡度設(shè)置：儀表管路應(yīng)由取壓口向下（若介質(zhì)為氣體則向上）敷設(shè)至傳感器，坡度必須在2%和10%之間。

（2）與墻的間距：儀表管靠近混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)同時(shí)由于他們不發(fā)生關(guān)系，結(jié)構(gòu)和儀表管之間 的最小距離是50 mm；如果儀表管道沿墻敷設(shè)且與墻體不發(fā)生關(guān)系，且儀表管道需要保溫，則儀表管道距墻至少130 mm。

（3）管道之間的間距：儀表管在有保溫層的工藝管道附近敷設(shè)時(shí)，距離工藝管道的最小距離是300 mm；不同保護(hù)組儀表管之間間距最少應(yīng)為500 mm。

（4）與設(shè)備的間距：儀表管靠近設(shè)備同時(shí)又與其無(wú)任何關(guān)系時(shí)，二者之間最小距離應(yīng)不小于50 mm；儀表管道在有保溫層的設(shè)備附近時(shí)，距離該設(shè)備的距離應(yīng)不小于600 mm。

（5）與電纜托盤(pán)的間距：在具有防火保護(hù)的電纜托盤(pán)的附近敷設(shè)時(shí)，距離托盤(pán)的距離應(yīng)不小于200 mm。

核島廠(chǎng)房大設(shè)備、大管道多，空間狹小，儀表管布置還需遵循以上準(zhǔn)則，這使得儀表管的敷設(shè)空間變得更加有限，針對(duì)這些情況，在工程實(shí)踐中，采用以下方式可以減少空間不足對(duì)儀表管路徑設(shè)計(jì)的影響。

（1）做好整體規(guī)劃。

當(dāng)前核電站設(shè)計(jì)一般采用PDMS進(jìn)行全廠(chǎng)三維建模，這使得我們?cè)谠O(shè)計(jì)初期就能對(duì)廠(chǎng)房?jī)?nèi)剩余空間有了全面了解，因而能對(duì)不同保護(hù)組儀表管提前對(duì)路徑走向、穿過(guò)孔洞、支掉點(diǎn)設(shè)置進(jìn)行整體規(guī)劃，通過(guò)整體規(guī)劃，來(lái)減少對(duì)核島廠(chǎng)房空間的無(wú)效利用[3]。

（2）多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。

在規(guī)劃儀表管路徑時(shí)，應(yīng)多與其他專(zhuān)業(yè)溝通，協(xié)調(diào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)房空間利用的最大、最優(yōu)化。

（3）靈活應(yīng)用機(jī)械保護(hù)裝置。

儀表管道在不滿(mǎn)足不同保護(hù)組儀表管隔離要求或者不滿(mǎn)足與高能管道隔離要求時(shí)，可以采用合適的機(jī)械保護(hù)裝置達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1.3 安裝進(jìn)場(chǎng)時(shí)間晚帶來(lái)的影響及對(duì)策

在核電站的建設(shè)中，儀表管道安裝進(jìn)場(chǎng)時(shí)間較晚，通常在儀表管安裝進(jìn)場(chǎng)時(shí)，設(shè)備、工藝管道、電纜托盤(pán)及通風(fēng)管道都已經(jīng)完成安裝。

儀表管安裝進(jìn)場(chǎng)時(shí)間晚會(huì)給儀表管敷設(shè)帶來(lái)如下問(wèn)題：

（1）安裝誤差累積疊加。

在實(shí)際工程中，任意專(zhuān)業(yè)的任何物項(xiàng)，都難免存在安裝誤差，在這些誤差累計(jì)疊加之下，施工現(xiàn)場(chǎng)儀表管的安裝環(huán)境與設(shè)計(jì)之時(shí)的布置空間可能存在相當(dāng)大的差異。

（2）已施工物項(xiàng)變更反饋不及時(shí)。

由于核電站建設(shè)時(shí)間周期廠(chǎng)，參與人員和參與單位多，且各單位之間溝通流程復(fù)雜，因此各專(zhuān)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)變更很難及時(shí)的反映在設(shè)計(jì)時(shí)的三維模型中，這會(huì)使設(shè)計(jì)的儀表管難以及時(shí)響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的修改。

（3）施工空間不足。

因核島內(nèi)有些儀表管取壓點(diǎn)高度較高，其后的儀表管往往在天花板下敷設(shè)，因進(jìn)場(chǎng)時(shí)間晚，可能沒(méi)有足夠空間搭建安裝儀表管所需要的輔助設(shè)施。

為應(yīng)對(duì)這些情況，一般需要設(shè)計(jì)單位派遣設(shè)計(jì)代表進(jìn)駐施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)設(shè)計(jì)代表和安裝人員協(xié)作，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際勘察情況，來(lái)進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的二次設(shè)計(jì)，并將最終的安裝情況反饋到三維模型中。這種方式不僅能夠使儀表管的安裝工作順利進(jìn)行，也有助于儀表管竣工圖的出版，更有助加深設(shè)計(jì)人員對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解從而提高設(shè)計(jì)能力。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)影響核島儀表管設(shè)計(jì)的三個(gè)因素進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)如何消除儀表管連接的工藝管道（設(shè)備）的應(yīng)力、減少核島空間狹小的限制和減輕進(jìn)場(chǎng)時(shí)間晚帶來(lái)的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析。本文提出的消除熱膨脹應(yīng)力和抗地震位移的方法，對(duì)常規(guī)島內(nèi)需做應(yīng)力分析的儀表管道設(shè)計(jì)也具有參考意義。