核電管道設計過程及特點

劉加志

【摘 要】核電廠管道設計是核電廠安全運作的重要保障，在進行管道設計時必須要嚴格按照管道設計圖紙進行布置，而且還需要配合后期的檢查與維護，這樣才能保證核電廠后期生產運行的經濟效益。論文主要對管道設計的原則以及設計內容展開論述，并對管道設計的特點以及需要注意的問題進行了分析，供相關工作者參考。

【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.

【關鍵詞】核電；管道設計；特點

【Keywords】 nuclear power； piping design； feature

【中圖分類號】TM623 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0172-02

1 引言

核電廠在綜合布置設計完成之后必須要進行的一個環節就是管道布置設計，利用這一環節，可以進一步確定核電廠廠房內工藝管道的具體走向，合理定位廠房內的所有設備。這個過程需要將管道上的支撐點以及各系統管道的各類部件位置準確的標注出來。但是介于核電廠對于核安全的特殊性要求，其管道布置設計有其自身的特點和要求。

2 核電管道設計特點及要求

2.1 核電管道設計特點

核電管道設計特點主要包括以下幾個方面：①核電管道不能與其他專業設備、管道或者電纜托盤發生碰撞，在進行管道區域劃分時，應事先避開其他設備和管道。②避免管道支架的生根。在進行管道布置時，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注意管道部件的規范化，要盡量使用標準管件。④在進行管道設計時，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短，避免產生熱應力疊加[1]。⑤一般情況下，水平方向上設置閥門，垂直方向上設置閥桿，特殊情況除外。這里要注意的是在進行閥門布置時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。在管道設計時也可以設計必要的鋼平臺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要求

核電廠的管道布置設計首要注意的問題就是其安全性，主要包括輻射防護、防火、防水淹、管道獨立性以及管道的在役檢查等內容[2]。為此，管道設計還應該注意做好以下幾個方面：①在進行管道布置之前應充分了解管道需穿越區域的耐火極限、輻射分區以及水淹分區等。②多重系統之間保持獨立，保證系統各部件與預測始發事件效應之間的獨立，不同安全等級的系統部件之間也要保持一定的獨立性，安全重要物項與非安全重要物項之間保持獨立。為保證管道各項之間的獨立性，可在設計時利用空間隔離或者實體隔離的方法來實現，對其他用于執行安全功能的管道可進行適當隔離。③在核電廠運行周期內，做好各系統部件的在役檢查工作，以便于掌握核電廠的安全運行信息。核電管道的在役檢查要求在進行管道設計時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 核電工程管道設計工業化管理的實施

3.1 管道設計階段劃分

核電管道的設計過程主要包含三個階段，分別是方案設計階段、初步設計階段以及施工設計階段。方案設計階段主要是完成系統工藝布置設計的初步規劃，制定基本的設計框架，其主要是理論方面的設計；初步設計階段就是理論到實際的一個過程，在這個階段需要對后期所需的材料以及管道部件用量等相關信息做出基本的預估；施工設計階段就是將前期所有的設計進一步的落實，并對前期的初步設計成果進行復核，這一階段要保證最終的落實結果與初步設計方案一致。

3.2 管道設計控制

管道的設計控制主要包括輸入控制、流轉控制、進度控制、質量控制、接口控制、變更控制、物項控制以及風險控制等幾個方面。為切實做好管道的設計控制工作，在進行管道設計之前，必須要依照設計文件明確設計分工以及責任、義務，然后針對各自所負責的內容有序、合理的進行。在這里需要注意的一點是風險控制，在設計的過程中會存在很多不確定的因素，這會在一定程度上造成設計成本的增加，產生不必要的經濟損失，因此，在進行管道設計時必須要首先建立相應的風險預判、風險價值分析機制，盡量減少后期的損失。

4 管道布置施工圖的設計

在進行管道新增工作時，需要依據核電廠的系統流程圖、管道清單以及管道等級表等對管道布置圖進行認真的規劃，其內容應包含管道以及部件的尺寸、位置、規格參數以及防范要求等，如果有特殊材料或者特殊部件還需要附上相關的參考表。在進行吊架設計時，其位置以及相應功能的確定需要以所連接的設備以及管線為依據，明確對應管段的具體出發點，然后再根據管道布置圖的初段設計來完成管道具體走向的設計工作。endprint

5 支架的設計

支吊架在管道設計中主要是起到支撐、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備的長期安全運行。管道設計中關于支吊架的選擇應盡量遵循標準化的原則。目前應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特的功能用途。

滑動支架：主要是用于水平移動，同時可以有效限制管道向下移動。導向支架：對管道的移動方向起導向作用，防止管道移動方向發生偏離。限位支架：對管道某一個方向或者幾個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處，避免其發生移動。彈簧支吊架：便于管道任意方向的移動。剛性支吊架：可以將管道的載荷傳遞到承載結構上，這是一種相對較為簡單、經濟的管道支吊架。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。關于管道支架的設置，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行設置。

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參數為依據，其中主要包括管道管徑、介質等各個方面，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生的過應力?？刂扑焦艿郎系拈g距可以降低管道產生過大彎曲應力、剪應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生過應力；除此之外，還要注意對易產生振動的管道間距的控制，以此來調整管道固有頻率。所有支吊架間距的確定都必須以最終的力學計算結果為準。

5.2 支架生根條件

支架的設置不是一定要按照推薦的間距進行定位，在進行支吊架設置時要綜合考慮多方面的因素，包括廠房土建結構的適用性以及如果安裝支吊架是否會對鄰近的管道、設備、通道或者其他工種產生影響，造成碰撞等情況。如果是條件不允許的情況，可以考慮適當的縮小或者放大間距，當然最終的間距確定還是要以系統力學的應力計算結果為準。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構墻、樓板以及鋼結構上面生根；新增管線在布置時要盡可能的使其與現有的管線成排布置，在借助原有支架的基礎上形成共架，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定，這主要因為原有管道支架在設置時已經做了力學計算，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行相應的完善。

6 管道布置中力學計算

力學計算可以有效檢驗管道設計的合理性，只有管道設計符合施工要求才可以進行下一步的管道布置施工。在初始設計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管道系統進行相應的力學計算驗證，保證管道的承載以及支架的支撐能夠符合力學要求。如果管道和支架的設計都滿足規定的力學要求，則需要將支架以及支吊架的位置以及布置方式詳細地記錄下來。如果不符合，則需要對其進行重新定位，重新驗證，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生。

7 結語

核電管道的設計是一項具有反復性并需要持續改善的工作，在進行核電管道設計時，設計人員要嚴格遵循科學規范執行，按照其設計原則進行相關操作。設計過程中一定要避免管道間發生碰撞、閥門安裝不緊密、支架生根不合理以及資源浪費現象的發生[1]。另外，還要考慮到其安全性問題，保證管道設計滿足核電生產的要求。

【參考文獻】

【1】徐玄，廖濤，陳蕊.核電廠管道設計特點分析[J].產業與科技論壇，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，2015.endprint