關(guān)于核電站管道設(shè)計中彎管工藝的應(yīng)用探析

程方超 張孟凱

中核工程咨詢有限公司 北京 100071

1 核電站管道設(shè)計及彎管工藝

1.1 管道設(shè)計

核電站管道設(shè)計包括初步設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計兩個方面。其中，初步設(shè)計主要是根據(jù)施工要求的管道系統(tǒng)，確定管道等級，設(shè)計參數(shù)，安裝過程，等等，并參考核電站的總體布局要求，確定設(shè)備的安裝位置，因此管道位置計劃和相關(guān)的材料和設(shè)備列表中使用的管道設(shè)計是初步確定的。詳細(xì)設(shè)計需要計算的壓力管道根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，結(jié)合管道平面布置圖和管道的位置支持需要優(yōu)化等角圖和支架的位置，直到壓力滿足要求。在管道應(yīng)力計算完成后，必須確定管道支架的載荷和功能。在支撐圖設(shè)計的基礎(chǔ)上，必須確定支撐的機械校核和形式，以滿足支撐的載荷和功能要求。此外，管道設(shè)計還需要根據(jù)工藝系統(tǒng)的施工清單，準(zhǔn)確計算和設(shè)計相關(guān)管道的一系列參數(shù)，如管道直徑、壁厚、管道的伴熱條件、管道壓力設(shè)計等。同時提高管道監(jiān)理質(zhì)量，規(guī)范施工，安全運行。對符合等級的管道材料嚴(yán)格按照管道等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審查，對工藝流程圖檢測的管道設(shè)計進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以滿足各種工藝要求[1]。

1.2 彎管工藝

在彎管設(shè)計施工過程中，將彎管技術(shù)應(yīng)用到管道上，通過熱彎管和冷彎管兩種工藝，充分實現(xiàn)科學(xué)的管道布置，實現(xiàn)電能的安全輸送。溫度一般為標(biāo)準(zhǔn)溫度t （TC -56）℃，其中TC為管材臨界點。如果加熱溫度高于t，則管材的溫度應(yīng)是彎管工藝為熱彎管工藝；當(dāng)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度t時，為冷彎管過程。在實際運行中，需要根據(jù)不同的施工條件選擇工藝，以實現(xiàn)管道布置的目的。目前，我國主要采用感應(yīng)加熱彎管技術(shù)。這種熱管彎曲技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種施工現(xiàn)場。其技術(shù)原理較為復(fù)雜，要達(dá)到一定的溫度，彎矩可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的角度進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到設(shè)計的曲率半徑，保證管道方向符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。冷彎管施工技術(shù)也是一種常見的施工形式，在實際施工過程中，主要是預(yù)先設(shè)計好輪胎工具，根據(jù)不同形狀的物理阻力，旋轉(zhuǎn)管道，確保彎頭的角度與場地的朝向一致。

2 核電站彎管工藝的應(yīng)用

2.1 彎管技術(shù)在核電站應(yīng)用的現(xiàn)狀

在相同環(huán)境下，管道設(shè)計建議彎管先于彎頭，對于DN≤60．3mm，管道彎曲角度必須為45-90。，可以是彎管，也可以是標(biāo)準(zhǔn)彎管。同時，在原設(shè)計文件規(guī)定的核電站肘部的彎曲半徑應(yīng)≥5．0d和肘部的彎曲半徑應(yīng)1．0-1．5d。由于核電站的有限空間，管道的設(shè)計和安裝內(nèi)置空間有限的核島在許多情況下，手肘在ACP1000中的應(yīng)用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過管道彎頭。在第三代核電技術(shù)中，空間相對松散，彎道數(shù)量有所增加[2]。

2.2 彎管取代彎頭的優(yōu)點

①在管道布置上，每個彎頭的兩端都有焊縫，方便彎頭與管道的連接，彎頭的焊縫總數(shù)遠(yuǎn)高于彎頭；彎頭的使用可以有效的減少焊縫總數(shù)，根據(jù)以往的經(jīng)驗，一個彎頭可以減少一個焊縫，整體的焊縫減少效果是非常可觀的，有利于降低焊接成本，減少ndt。管道焊縫區(qū)往往是缺陷多發(fā)區(qū)，容易出現(xiàn)裂紋等問題。減少焊縫數(shù)量，有利于提高管道安全、內(nèi)壁質(zhì)量和核電站安全。②彎曲管道的大曲率可以加快管道內(nèi)流體的流動速度，減小流體由于流動方向的改變對管道的影響，并由于沖擊力引起管道振動。因為彎曲部分的壓力系數(shù)成正比的壓力大的彎曲半徑，和肘部彎曲半徑大的壓力系數(shù)高于肘部的彎曲半徑大管道系統(tǒng)的應(yīng)力分布可以更多，和軸承力管更科學(xué)合理[3]。③在流體流速均勻的情況下，彎管局部阻力小，可以減小彎管阻力，提高經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)設(shè)計手冊，90。彎頭局部阻力系數(shù)為0．20，90。彎頭局部阻力系數(shù)為0．25時，僅對比系數(shù)造成的阻力差為25%，彎頭阻力遠(yuǎn)小于彎頭。④根據(jù)有關(guān)規(guī)定，核電站進(jìn)行安全檢查應(yīng)至少每十年一次，并在實施的過程中檢查、無損檢驗應(yīng)主要用于管道焊縫，而彎管的輸入可以提高管道安全和減少焊縫的無損檢驗降低運營成本，手肘相比更多的優(yōu)勢。采用彎管技術(shù)在核電站不僅可以降低焊縫的總數(shù)，提高管道的質(zhì)量和安全，降低施工成本，縮短施工周期，但也減少焊縫數(shù)量的減少在職檢驗工作在操作期間和降低成本提高經(jīng)濟(jì)效率[4]。

3 結(jié)語

隨著時代的進(jìn)步，彎管技術(shù)得到了提高，使得核電行業(yè)也得到了很好的發(fā)展。彎管技術(shù)在核電站的應(yīng)用，不僅減少了焊接數(shù)量，提高了管道的安全質(zhì)量，減少了測量，提高了運行可靠性，而且對提高核電站的經(jīng)濟(jì)效益起到了關(guān)鍵作用。彎管加工一般在車間進(jìn)行，生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)有可靠的保證，是工廠管道生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。隨著應(yīng)用的發(fā)展，加工技術(shù)水平不斷提高。建議優(yōu)先使用彎管工藝。