淺談核電廠過程儀表安裝設(shè)計(jì)

陳靜 陳柯 霍雨佳 余俊輝 李小芬 朱加良

（中國核動力研究設(shè)計(jì)院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041)

0 引言

核電廠中，過程儀表測量的目的在于直接反映運(yùn)行參數(shù)，為控制和保護(hù)通道提供準(zhǔn)確可靠的信息，幫助運(yùn)行人員作出正確的判斷，安全、可靠地進(jìn)行操作，從而在核電廠正常或不正常運(yùn)行期間操縱整個(gè)核電廠，保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。特別是在核電廠發(fā)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故期間及事故后，仍需要靠事后監(jiān)測系統(tǒng)（PAMS）提供的信息進(jìn)行操作，以減輕事故對主設(shè)備的進(jìn)一步毀壞，以及事故對公眾和環(huán)境的危害。因此，過程儀表系統(tǒng)在核電廠中起著十分重要的作用。過程儀表系統(tǒng)涉及面廣，它涉及儀表的設(shè)計(jì)、供貨、布置、安裝、調(diào)試。本文將僅對核電廠過程儀表系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)進(jìn)行淺談。

1 過程儀表安裝

1.1 安裝準(zhǔn)則

核電廠過程儀表的安裝應(yīng)遵循以下基本準(zhǔn)則：

1）儀表、儀表支架及閥組應(yīng)盡量安裝在正常輻射量區(qū)域；

2）儀表管道作為與工藝的機(jī)械連接，應(yīng)該執(zhí)行相應(yīng)的機(jī)械安裝安全準(zhǔn)則，特別是抗震性要求；

3）1E級儀表的安裝位置，應(yīng)避免在地震、破管、火災(zāi)或水浸等事件發(fā)生時(shí)，導(dǎo)致不同保護(hù)組或系列的測量儀表及通道均不可用：

①儀表管應(yīng)具備一定機(jī)械強(qiáng)度來承受熱膨脹和地震引起的位移。因此用于1E級儀表的儀表管及其支架應(yīng)進(jìn)行力學(xué)性能計(jì)算。

②在反應(yīng)堆廠房處于正常運(yùn)行條件下，如果內(nèi)徑大于25mm的管道運(yùn)行在壓力大于20bar，或溫度大于100℃，且至少有2%的運(yùn)行時(shí)間，則這類管道被認(rèn)為是高能管道。為了防治噴射或撞擊，儀表管應(yīng)與高能管保持至少50cm的距離；儀表及其支架的安裝位置應(yīng)與高能管保持至少3m的距離，否則應(yīng)為其安裝保護(hù)框架以防撞擊。

③為防止水浸引起的共模故障，儀表及其儀表管應(yīng)布置在不同的浸區(qū)，或者安裝在最高溢流水位。

4）不同保護(hù)組的儀表及測量通道相互之間應(yīng)實(shí)體隔離[1]：

①不同保護(hù)組或安全列的儀表管應(yīng)進(jìn)行實(shí)體隔離，距離至少為50cm。如果現(xiàn)場條件無法滿足最小距離的要求，可以加裝機(jī)械保護(hù)，滿足隔離要求。同樣也適用于控制組和保護(hù)組之間的隔離要求，但是不適用于不同控制組之間的安裝要求。

②機(jī)械保護(hù)可以與兩個(gè)不同保護(hù)組中的其中一個(gè)儀表管公用支架，但是公用支架的抗震性應(yīng)該重新驗(yàn)證。1E級儀表的管道不能成束固定在一起。如果可能的話，不同保護(hù)組的儀表管應(yīng)穿過不同的孔洞，但如果不同保護(hù)組儀表管必須通過同一個(gè)孔洞，它們應(yīng)走各自獨(dú)立的經(jīng)加強(qiáng)固定的套管。儀表管不能與電纜或高能管穿越相同的孔洞或貫穿件，控制組的儀表管可以和工藝管穿越相同的孔洞。

③兩個(gè)不同保護(hù)組或安全列的儀表應(yīng)盡量安裝在分開的房間。如果安裝在同一個(gè)房間，間距至少是1m，若不能滿足則應(yīng)加裝機(jī)械保護(hù)，機(jī)械保護(hù)的支架應(yīng)獨(dú)立于儀表的支架。同樣也適用于控制組和保護(hù)組之間的隔離要求，但是不適用于不同控制組之間的安裝要求。

1.2 儀表安裝

1.2.1 儀表及閥組支架

儀表及其閥門應(yīng)該獨(dú)立固定在墻上的支架上，或者是落地的框架上，且應(yīng)安裝在易于接近的位置。在混凝土結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)之間，儀表支架應(yīng)盡量固定在混凝土。儀表支架安裝在混凝土上，采用膨脹螺栓固定。如果支架固定在可能發(fā)生振動的金屬結(jié)構(gòu)上，應(yīng)安裝減振裝置。另外，除了需要直接安裝在工藝管道上的儀表（如轉(zhuǎn)子流量計(jì)、溫度計(jì)等）外，盡量不要將儀表固定在工藝管道上。

1.2.2 儀表安裝公差

各類儀表（或其儀表支架）的安裝公差如表1所示。但是當(dāng)有實(shí)體隔離要求時(shí)，應(yīng)首先滿足儀表實(shí)體隔離的要求。

表1 儀表的安裝公差

1.3 儀表管安裝

1.3.1 機(jī)械連接

在電站正常運(yùn)行條件下或維修時(shí)，需要拆卸的儀表連接部件應(yīng)使用卡套連接方式，否則采用焊接。當(dāng)儀表管很長時(shí)，要進(jìn)行管段連接，其連接方式同樣采用上訴原則。連接頭的數(shù)量應(yīng)控制在最少。儀表管與儀表的連接應(yīng)選取合適的連接管件。

對于泵吸入口壓力的測量，應(yīng)在距離一次隔離閥最近的地方使用卡套連接方式。差壓表的HP儀表管應(yīng)連接到閥門或閥組上的左側(cè)（面向閥組方向）。

1.3.2 儀表管坡度

儀表管的坡度要求在傳感器安裝標(biāo)準(zhǔn)圖和儀表管道布置圖有明確的指示。

除非特別提出向上傾斜的要求，儀表管向下傾斜，并在儀表根閥和儀表之間有（包含膨脹環(huán)）坡度，一般為10%。如果無法達(dá)到，最小坡度必須滿足2%。但是，如果儀表管需沿樓板敷設(shè)很長一段，坡度小于2%是可接受的，但是不能平鋪，或向上傾斜。

根閥與冷凝罐之間儀表管坡度為10%～50%。

1.3.3 儀表管安裝公差

1）膨脹環(huán)安裝公差

當(dāng)安裝膨脹環(huán)時(shí)，應(yīng)滿足下列安裝要求，根閥與儀表管道第一個(gè)固定支架的距離保持在：

（1）對于直管道，公差為±5%，最大不超過±20mm；

（2）方向的變化公差為±5°；

（3）根閥到第一個(gè)固定點(diǎn)之間距離為±20mm。

2）其他公差

除另作說明，應(yīng)遵循下列要求：

（1）儀表管與其無關(guān)的混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)的最小距離為50mm；

（2）儀表與其無關(guān)得設(shè)備之間最小距離為50mm；

（3）兩個(gè)分別固定的儀表管之間的最小距離為30mm；

（4）如果儀表管沿墻敷設(shè)并與墻體不發(fā)生關(guān)系，且儀表管需要保溫，則儀表管距墻體至少130mm；

（5）當(dāng)儀表管在有保溫層的設(shè)備附近時(shí)，儀表管距離該設(shè)備的最小距離為600mm；

（6）當(dāng)儀表管在有保溫層的工藝管道附近時(shí)，儀表管距離工藝管道的最小距離為300mm；

（7）在具有防火保護(hù)的電纜托盤附近敷設(shè)儀表管時(shí)，距離托盤的最小距離為200mm。

1.3.4 最小彎曲半徑

1）不銹鋼管

表2 不銹鋼管的最小彎曲半徑

2）碳鋼管

表3 碳鋼管的最小彎曲半徑

3）銅管

表4 銅管的最小彎曲半徑

當(dāng)管道彎到最小半徑時(shí)，應(yīng)對管道進(jìn)行軟化處理。

1.3.5 成對敷設(shè)的儀表管間距

成對敷設(shè)的儀表管（例如差壓變送器引壓管），除了在儀表根閥和閥組的連接部位外，其他部分路徑應(yīng)相同。儀表管之間的最大間距為：

（1）3/8”O(jiān)D 儀表管：≤60mm；

（2）其他外徑儀表管：≤150mm。

1.3.6 儀表管穿墻的安裝

儀表管穿墻或樓板的安裝見圖1所示，其中儀表管的坡度應(yīng)滿足前面2.3.2節(jié)中所規(guī)定的要求。圖中D的范圍為300-400mm。如果無法滿足最小值300mm，D可以取固定點(diǎn)到洞口的最小距離dmin。

圖1 儀表管穿墻的安裝

1.3.7 毛細(xì)管的安裝

毛細(xì)管敷設(shè)時(shí)應(yīng)加裝機(jī)械保護(hù)。機(jī)械保護(hù)不僅可以防止毛細(xì)管被壓碎，同時(shí)可作為其支撐。

除有特殊說明，毛細(xì)管敷設(shè)后，在其端部應(yīng)繞成一個(gè)為直徑為2倍彎曲半徑到300mm之間大小的圓環(huán)再將其固定。

1.4 儀表管支撐

如果儀表管支撐固定在可能發(fā)生振動的金屬結(jié)構(gòu)上，應(yīng)安裝減振裝置。儀表管支撐應(yīng)固定在混凝土結(jié)構(gòu)上。在混凝土結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)之間，儀表支架應(yīng)盡量固定在混凝土上。

1.4.1 支撐間距

1）直管道支撐間距

水平直管道的支撐間距小于或等于1200mm。直徑為3/8＂OD的垂直管道其支撐間距小于或等于1700mm，直徑為1/4＂的垂直管道其支撐間距應(yīng)小于或等于1400mm。

如果直管道上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的支撐，其中只有一個(gè)為固定點(diǎn)，其余為可滑動支撐，起導(dǎo)向作用。

2）彎管支撐距離

①1/4＂OD或3/8＂OD的支撐間距

彎管后的支撐，其支撐間距的最小值如表5所示。

圖2 彎管后的支撐

表5 彎管后支撐距離

其中，X≥150mm。

此外，對于彎管前的支撐，如果d＞400mm，X≤400mm，如圖3所示；如果 d＜400mm，X≥400mm，如圖 4所示。

圖3 彎管前支撐一

圖4 彎管前支撐二

②1/4＂管道的支撐間距

在膨脹環(huán)下游，1/4＂管道的支撐應(yīng)按如下要求：

（1）如果直管道兩個(gè)固定點(diǎn)之間的距離很長，在它們之間應(yīng)安裝起導(dǎo)向作用的支撐，兩個(gè)支撐的間距應(yīng)小于1200mm；

（2）X的尺寸不能超過12m，彎曲半徑RC等于3.5D，dmin等于600mm。如果dmin為600mm不能實(shí)現(xiàn)，那么dmin可以等于300mm，但是X的值不能超過10m。

（3）當(dāng)需要考慮膨脹時(shí)，尺寸d必須大于600mm。

圖5 1/4＂PIPE的支撐間距

1.4.2 固定點(diǎn)間距

連接非安全級儀表的儀表管，其第一個(gè)支撐應(yīng)安裝在距離最后一個(gè)工藝管道錨固點(diǎn)1500mm（±100mm）的位置。儀表根閥也作為一個(gè)錨固點(diǎn)。

2 安裝布置文件體系

核電廠安裝布置文件主要包括以下內(nèi)容：

1）儀表架零配件及材料手冊

該圖冊用于儀表架及儀表管支架組裝和裝配的零配件及材料。

2）儀表架裝配圖

該圖冊用于儀表架安裝的儀表架裝配圖。該圖冊給出儀表架制造的加工尺寸及零部件材料，現(xiàn)場根據(jù)圖中標(biāo)注尺寸進(jìn)行加工制造。

3）儀表與儀表架組裝圖

該圖冊用于儀表安裝的儀表與儀表架組裝圖，供現(xiàn)場儀表與儀表架的安裝。

4）儀表架清單

該清單描述核電廠儀表安裝支架(CQ)和儀表與儀表架組裝標(biāo)準(zhǔn)、儀表管道布置圖及檢測點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，同時(shí)給出了各檢測點(diǎn)的房間號和區(qū)號，供過程儀表安裝時(shí)使用。

5）抗震儀表管支架手冊

該圖冊儀表官支架有抗震要求。

6）非抗震儀表管支架手冊

該圖冊儀表官支架無抗震要求。

7）1E級儀表管道安裝圖

該圖冊給出1E級過程儀表部分儀表管和管接頭的安裝、盤管和支撐的詳細(xì)要求。

8）傳感器標(biāo)準(zhǔn)安裝圖

該圖冊給出核電廠過程儀表的安裝標(biāo)準(zhǔn)圖，供過程儀表設(shè)備安裝時(shí)使用。安裝標(biāo)準(zhǔn)圖分為兩大部分：測量管路連接圖和部分傳感器的安裝圖。

9）儀表管道平面布置圖

該圖冊給出過程儀表及其儀表管的平面布置圖。

3 結(jié)束語

本文對核電廠過程儀表系統(tǒng)的安裝布置設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。在核電廠設(shè)計(jì)工作中，除了選用合適、準(zhǔn)確、耐用的儀表外，還應(yīng)該重視儀表系統(tǒng)的安裝布置，使過程儀表系統(tǒng)安裝后能做到準(zhǔn)確、靈活、安全、可靠，維護(hù)方便、整齊美觀，從而發(fā)揮過程儀表系統(tǒng)在在核電廠運(yùn)行過程中的重要作用。

［1］HAD102/09核電廠最終熱阱及其直接有關(guān)的輸熱系統(tǒng)[S].北京:國家核安全局，1987.