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

段靈利

摘 要：核電站建設(shè)工藝復(fù)雜，安全性要求高，只有全面做好各種控制，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)工藝，才能建設(shè)優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目工程。管道安裝建設(shè)是重要的一環(huán)，更是核電建設(shè)的重要內(nèi)容，彎管工藝廣泛應(yīng)用到管道設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)中。彎管工藝主要是通過(guò)管道形狀的改變，實(shí)現(xiàn)管道的伸縮性、耐壓性，有效提高管道阻力，發(fā)揮良好應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。文章主要通過(guò)對(duì)核電站管道設(shè)計(jì)內(nèi)容的概述，進(jìn)一步探討了彎管工藝在核電站管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：彎管工藝；核電站；管道設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）33-0114-02

Abstract： The process of nuclear power plant construction is complex， with high safety requirements. Only by doing a good job of all kinds of control and applying advanced technologies and processes， can we build high-quality projects. Pipeline installation and construction is not only an important part， but also an essential contents of nuclear power construction. The pipe bending process is widely used in all aspects of pipeline design. Pipe bending process is mainly through the change of pipeline shape， to achieve the flexibility of the pipeline， pressure resistance， effectively improve pipeline resistance， and play a good application advantage. The paper mainly discusses the application of pipe bending technology in the pipeline design of nuclear power plant by summarizing the design contents of pipeline in nuclear power plant.

Keywords： pipe bending process； Nuclear Power Station； pipeline design

引言

隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求量不斷增加，核電能作為新興能源，在全社會(huì)中得到廣泛應(yīng)用。核電站的建設(shè)需要確保安全與穩(wěn)定，建設(shè)過(guò)程中要進(jìn)行全面控制，通過(guò)對(duì)先進(jìn)工藝的全面應(yīng)用，建設(shè)出穩(wěn)定的供電用電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)良好的供電效果。核電站系統(tǒng)包括廠房、設(shè)備、管道等內(nèi)容，其中設(shè)備與管道是重點(diǎn)部分，只有流暢安全的管道，才能對(duì)各類流體進(jìn)行有效輸送，管道是重要的途徑，只有全面保證管道安全，才能實(shí)現(xiàn)核電站運(yùn)行整體安全和穩(wěn)定。為了保證核電站設(shè)計(jì)安全，需要全面了解施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)管道設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)分析，按照不同環(huán)節(jié)與流程的要求，做好工藝選擇、空間布局、熱膨脹效應(yīng)分析等，通過(guò)各方面的因素統(tǒng)計(jì)，確保科學(xué)合理設(shè)計(jì)，根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)的走向，管道難以避免會(huì)應(yīng)用到管道彎曲工藝，保證管道流暢、節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)最大化的價(jià)值利益。根據(jù)管道空間走向，有效做好走向設(shè)計(jì)，全面減少管線焊接工作量，從根本上提高核電站管道設(shè)計(jì)綜合效益。

1 核電站管道設(shè)計(jì)及彎管工藝

1.1 管道設(shè)計(jì)

為了全面保證核電站管道設(shè)計(jì)周密詳細(xì)，需要通過(guò)兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，第一是初步設(shè)計(jì)，第二是詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過(guò)兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)，全面實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的管道布局。初步設(shè)計(jì)是從大方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)管道系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)要求，從大的方面對(duì)管道布設(shè)等級(jí)、相關(guān)技術(shù)參數(shù)、安裝流程與方法、走向等進(jìn)行大體的設(shè)計(jì)和確定，根據(jù)總體設(shè)計(jì)走向，對(duì)個(gè)別管理方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)用的管道材料和設(shè)備進(jìn)行初步敲定，為下一步深入施工做好充分準(zhǔn)備；詳細(xì)設(shè)計(jì)是對(duì)最初方案的進(jìn)一步深入明確，需按照管道安裝的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，有效結(jié)合管道布置方案，對(duì)支架、排列、方向等具體位置、應(yīng)力等做出科學(xué)的計(jì)算，要通過(guò)圖紙對(duì)比，保證設(shè)計(jì)優(yōu)化，解決好運(yùn)行存在的問(wèn)題，確保應(yīng)力要求符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)管道應(yīng)力計(jì)算后，需對(duì)管道支架載荷和功能做好有效的確定，以支架圖為基礎(chǔ)進(jìn)行力學(xué)校核，滿足支架載荷和功能需要。在這一過(guò)程中，需要全面對(duì)管道直徑、管壁厚度、管道伴熱、管道壓力進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保施工過(guò)程更加規(guī)范、安全。

1.2 彎管工藝

管道設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，會(huì)應(yīng)用到管道彎管工藝，通過(guò)熱管彎管和冷管彎管兩種工藝，全面實(shí)現(xiàn)科學(xué)的管道布局，實(shí)現(xiàn)電能的安全傳輸。管道進(jìn)行加熱的時(shí)候，需要全面把握好溫度標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下，溫度參照t=（tC-56）℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度，其中，tC指管道材料下臨界溫度，如果加熱溫度高出t的時(shí)候，彎管工藝則是熱彎彎管工藝；溫度小于標(biāo)準(zhǔn)溫度t的時(shí)候，就是冷彎彎管工藝。在實(shí)際操作中，需要根據(jù)不同的施工情況做好工藝選擇，全面實(shí)現(xiàn)管道布設(shè)目標(biāo)。當(dāng)前，我國(guó)主要使用的是感應(yīng)加熱彎管工藝，這種熱彎彎管工藝廣泛應(yīng)用到種類施工現(xiàn)場(chǎng)，其技術(shù)原理較為復(fù)雜，主要是根據(jù)高頻電源對(duì)管道圓周方向狹窄區(qū)做部分加熱，達(dá)到一定的溫度，通過(guò)彎矩作用使管道能根據(jù)預(yù)先設(shè)定角度調(diào)整彎曲程度，達(dá)到設(shè)計(jì)好的曲率半徑，確保管道方向符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)需求。冷彎彎管施工工藝也是施工中多見的一種形式，在實(shí)際施工過(guò)程中，主要是事先設(shè)計(jì)好胎具，根據(jù)不同的形狀對(duì)管道進(jìn)行物理拖拽、旋轉(zhuǎn)，確保彎管角度符合現(xiàn)場(chǎng)走向需要。

2 彎管工藝在核電站管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

核電站施工中需要大量的管道設(shè)計(jì)，通過(guò)管道對(duì)物質(zhì)進(jìn)行傳輸，滿足生產(chǎn)生活基本需要。一般情況下，進(jìn)行核電站現(xiàn)場(chǎng)管道設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行充分的調(diào)查研究，在相等條件下，能使用彎管的不能使用彎頭，通過(guò)管道平滑作用，減少對(duì)物質(zhì)的流動(dòng)阻礙，同時(shí)，也能夠有效減少焊接數(shù)量，保證密封性、安全性。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，往往要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做好工藝選擇。對(duì)那些直徑低于60.3mm的管道必須要應(yīng)用彎管工藝，確保設(shè)計(jì)科學(xué)合理，滿足實(shí)際應(yīng)用效果，提高傳輸效率。為了實(shí)現(xiàn)更好的傳輸效果，還需要對(duì)45度或90度彎曲角度的管道進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)可以是標(biāo)準(zhǔn)彎頭，也可以使用彎管，要看現(xiàn)場(chǎng)整體傳輸情況而確定，滿足生產(chǎn)需求。為了全面提高施工質(zhì)量，我國(guó)較早就對(duì)核電站布置標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，彎管施工工藝相關(guān)規(guī)定中表明，彎管彎曲半徑達(dá)到5.0D（D為管道外徑）以上，彎頭的彎曲半徑則為1.0D到1.5D。要根據(jù)核電站使用面積情況做好設(shè)計(jì)，一般情況主要是受到核電站空間環(huán)境的影響，管道設(shè)計(jì)和安裝需要充分對(duì)核島內(nèi)置空間進(jìn)行考慮，這時(shí)，一般多是使用彎頭。隨著現(xiàn)代技術(shù)全面創(chuàng)新發(fā)展，大口徑彎管彎曲半徑在3D以上，能夠全面滿足各種管道安裝需要，在現(xiàn)代核電技術(shù)應(yīng)用中，彎管應(yīng)用條件不斷放寬，技術(shù)全面成熟，實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量也越發(fā)明顯，全面保證了管道安裝整體效果。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

核電站施工現(xiàn)場(chǎng)較為復(fù)雜，為了保證施工順利進(jìn)行，需要提前進(jìn)行管道設(shè)計(jì)，拿出合理的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)方案引領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)管道合理布局，滿足核電傳輸需求。當(dāng)前，在技術(shù)條件允許的情況下，盡可能的會(huì)使用到彎管施工，確保了安全穩(wěn)定。彎管在實(shí)際應(yīng)用中的效果較為明顯，與彎頭施工結(jié)構(gòu)相比，彎管工藝有著明顯的優(yōu)勢(shì)，其在實(shí)際中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)如下：第一，保證安全性。進(jìn)行核電站管道設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，根據(jù)管道情況合理設(shè)計(jì)好彎管和彎頭的數(shù)量。施工中，如果使用彎頭，則要對(duì)兩端進(jìn)行焊接，確保安全避免泄漏。如果使用彎管設(shè)計(jì)則全面減少了焊縫的數(shù)量，不但減少了施工成本，節(jié)省了人力資源，更能夠在安全性上增加等級(jí)，確保傳輸?shù)姆€(wěn)定性。焊縫區(qū)域在長(zhǎng)期使用中往往會(huì)受自然條件、人為因素的影響出現(xiàn)裂痕，所以說(shuō)，利用彎管工藝也是全面減少焊縫裂縫的重要方式；第二，減少流動(dòng)阻力。彎管結(jié)構(gòu)曲率更大，通過(guò)使用彎管，保證了管道內(nèi)部流體快速的流動(dòng)，全面提高流動(dòng)速度，提高了傳輸效率，另外，根據(jù)液體性質(zhì)不同，還能夠減少流體方向?qū)艿纼?nèi)壁的不斷沖擊，有效避免出現(xiàn)液體沖擊力過(guò)大，對(duì)部分松動(dòng)管道產(chǎn)生的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定傳輸，快速傳導(dǎo)，另外，根據(jù)管道彎曲部分與彎曲半徑應(yīng)力系數(shù)關(guān)系，我們看到它們的關(guān)系是正比的。管道彎管施工的最主要目的就是在阻力較少的情況下，對(duì)液體進(jìn)行快速穩(wěn)定傳輸，不同的液體有不同的自身重力與壓強(qiáng)，為了全面減少阻力，則需要使用彎管設(shè)計(jì)，這樣，管道內(nèi)部液體就會(huì)在勻速狀態(tài)下流動(dòng)，管道阻力會(huì)減少，所產(chǎn)生的阻力不用計(jì)算在內(nèi)，彎管工藝有利于核電站運(yùn)營(yíng)整體效益。通過(guò)實(shí)踐證明，施工過(guò)程中的參考值為，90度彎頭局部阻力系數(shù)為0.25，而90度彎管局部阻力為0.20，更加有利于管道彎曲結(jié)構(gòu)阻力的降低。第三，降低了施工成本。核電站是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的電站形式，在施工中需要全面保證安全，同時(shí)，充分為后期使用創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)運(yùn)行條件。在進(jìn)行施工運(yùn)行安全檢查時(shí)，需要重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)管道焊縫的檢測(cè)，在后期使用與維護(hù)中，彎管工藝大大減少了管道焊縫數(shù)量，使檢測(cè)與維修成本下降，特別是在檢驗(yàn)過(guò)程中的管道無(wú)損檢測(cè)工作量全面減少了，在同樣成本條件下，實(shí)現(xiàn)了更大的運(yùn)營(yíng)價(jià)值。

2.3 彎管設(shè)計(jì)

在核電站施工中，我們?nèi)嬉M(jìn)先進(jìn)理念，當(dāng)前，我國(guó)核電站管道設(shè)計(jì)理念是法國(guó)和美國(guó)核島設(shè)計(jì)理念，通過(guò)現(xiàn)代的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)的施工目標(biāo)。兩國(guó)設(shè)計(jì)技術(shù)較為先進(jìn)，在當(dāng)前國(guó)際社會(huì)中占據(jù)重要比例，通過(guò)法國(guó)設(shè)計(jì)的RCC-M和美國(guó)設(shè)計(jì)的ASME兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，全面實(shí)現(xiàn)了我國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，確保了核電運(yùn)行安全與穩(wěn)定。RCC-M設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格，要求從內(nèi)外最小壁厚、橢圓度、壁厚減薄量等方面進(jìn)行技術(shù)操作，滿足相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；ASME對(duì)最小厚壁及橢圓度進(jìn)行了系統(tǒng)規(guī)定，兩種標(biāo)準(zhǔn)均有不同的技術(shù)規(guī)范，從數(shù)據(jù)上看，RCC-M比ASME更全面、更具體，更符合操作規(guī)范，所以說(shuō)，核電站管道設(shè)計(jì)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做好標(biāo)準(zhǔn)選擇。RCC-M和ASME兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均實(shí)現(xiàn)了技術(shù)常態(tài)化，都對(duì)管道彎曲前最小壁厚提供了參考值，二者標(biāo)準(zhǔn)基本一致。管道驗(yàn)收能夠全面滿足彎管供貨標(biāo)準(zhǔn)，ASME與RCC-M均對(duì)彎管有統(tǒng)一的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

核電站的運(yùn)行關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，彎管工藝更是不可缺少的重要技術(shù)內(nèi)容，通過(guò)管道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，減少?gòu)濐^使用量，使管道焊縫數(shù)量不斷減少，避免出現(xiàn)大的管道振動(dòng)，提升管道內(nèi)部傳輸速度，從根本上提升核電站運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

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