核電應急機組系統(tǒng)管路優(yōu)化設計

姜旭龍　邢淑梅

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

[關鍵詞]管線；支吊架；管卡；應急機組

0引言

臺山核電廠一期工程建設的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)島設計供貨由中廣核工程公司牽頭，與中廣核設計公司、阿爾斯通公司及廣東電力設計院組成聯(lián)合體承擔：電站輔助設施的設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運營，并聯(lián)合國內施工單位和中廣核工程公司完成建安施工和調試等工作。通過中外雙方共同建設模式，臺山核電項目將加快實現(xiàn)EPR三代核電機組在設計、設備制造、建安施工、調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，促進廣東省能源結構優(yōu)化調整，而且對推進廣東省進一步加強國際合作發(fā)展核電產業(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，非核級備用應急供電廠房能夠正常運行，可以有效防止核電廠設備發(fā)生危險。無論是常規(guī)火電廠還是核電廠，各種設備都需要通過管線連接才能發(fā)揮其相關系統(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部件，是減小管道應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達到的技術目標

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

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

2關鍵技術

2.1管卡結構設計

管束的管卡座設計成三向可調型管卡座（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整來消除，以便順利的固定管路。核電常規(guī)島應急機組所供設備比較多，管路較長且復雜，因環(huán)境溫度、管路自身介質溫度等原因會造成管路自身尺寸的變動，同時設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。用二級可調裝置找好管卡與地面預埋鐵的距離。調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力。

2.2管卡位置設計

管卡約束可分為以下四大類：

1）管路連接設備上的固定約束

2）穿過樓層板或墻壁后設置的管卡徑向約束：

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

4）根據(jù)計算位移和應力變化調節(jié)得到的可調位置徑向約束。

根據(jù)壓力管道設計規(guī)范（SH/P26-2005）規(guī)定，管道支吊架的位置，一般應根據(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。設置時需要把握以下原則：

1）管卡布置應靠近集中載荷部位，以減少偏心載荷和彎曲應力；

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

3）宜利用建筑物、構筑物的梁、柱等設置支吊架的生根構件；

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置承重架，如果管道重量過大，一個支架承重有困難時?？稍鲈O可變彈簧承重支架。垂直管段較長時，可在下部增設導向架，但不宜設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）直接與設備管口相接或靠近設備管口的公稱直徑等于或大于150mm的水平安裝閥門應考慮支撐：

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

《建筑安裝工程施工組織設計、進度控制與科學管理及標準規(guī)范實務全書》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構，所以同時兼顧考慮建筑廠房的可設預埋鐵位置對各管線管卡位置進行初步設計。

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

2.3ISO圖繪制設計

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軟件繪制出相應軸側圖，在軸側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，同時各部件的相關信息：材質、通徑、所用標準、型號等也要反映在ISO的明細欄上，以便生產安裝使用。

3計算及驗證

按照核電廠抗震設計規(guī)范（GB50267-97）等對相應管線設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譜分析，以驗證設計的約束位置是否符合抗震要求。

根據(jù)核電廠抗震設計規(guī)范（GB50267-97）應力計算相關規(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，載荷組合效應工況下得到的應力應滿足：

σ_max≤3.0S_m

其中，S_m為許用應力。

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

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

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

4結束語

我們成功的完成了核電常規(guī)島應急發(fā)電機組系統(tǒng)管路的設計，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)電機組領域的發(fā)展奠定了良好的基礎，也為公司以后的發(fā)展，提供了更多更好的機會。該應急機組系統(tǒng)管路的成功優(yōu)化設計使得我公司柴油發(fā)電機組在核電領域的開拓有了新的進展。拓展了我公司柴油機的應用領域，對公司作強作大柴油機發(fā)電機組產業(yè)有重要意義。

[責任編輯：楊玉潔]