核电厂管道设计过程及特点分析

摘要：本文主要对核电厂管道布置的设计原则和设计过程进行说明，并对核电厂管道设计特点以及在设计中应该注意的问题做了详细分析。

关键词：管道；布置；特点

中图分类号：S611 文献标识码： A

管道布置设计是综合布置设计完成后进行施工设计的一个重要环节，其设计目的是明确核电厂厂房内工艺管道的走向，所有设备的准确定位，准确标注出管道上支撑点的位置，以及各系统管道上的各类部件（如阀门、流量孔板、管道视镜、软管等）的位置及与工艺管道的接口；是管道三维制作图、支吊架组装图、总体三维制作图的设计输入；是以系统为依据，将系统功能具体实现的过程。管道三维制作图是安装公司在安装交工前进行管道安装的符合性检查及试验的依据。核电厂由于核安全要求的特殊性，在进行管道布置设计时有其自身的特点和要求。

1.管道布置的设计原则和特点

在管道具体布置原则：

1）要避免与本专业和其他专业的设备、管道或电缆托盘相碰撞。此管道走向区域已避开其它设备和管道；

2）在布置管道时，尽量将新增管道布置成与已布置好的管道成排或成列布置，以便于减少管道支架的生根。

3）管道在设计时应尽可能使用标准管件。

4）在管道布置设计中，应尽量避免管件间的直接焊接，以利于焊缝检查。两管件之间焊缝距离也不应过短，否则会造成热应力叠加。

5）除特殊情况外，阀门一般应设置在水平管道上，阀杆处于垂直向上的位置；阀门布置应为提升阀杆和检修拆卸阀门等留有操作空间，要便于安装、操作、维护和检修，有时为阀门操作和维修应设计必要的钢平台。管段上的阀门（尤其是带执行机构的大阀门）应设置支承，以免该管段和连接处负载过大。

由于核电站的特殊性，管道布置要满足安全性、可达性、并兼顾经济性的要求。

安全性主要包括辐射防护、防火、防水淹以及独立性、管道在役检查等要求。首先在管道布置前应明确管道有可能穿越区域的耐火极限、辐射分区、水淹分区等。独立性原则主要包括：保持多重系统部件间的独立性；保持系统部件和假设始发事件效应之间的独立性；保持不同安全等级的系统部件之间的适当独立性；保持安全重要物项和非安全重要物项之间的独立性。在布置设计中采用空间隔离或实体隔离原则来保证实现独立性，执行安全功能的冗余管道在布置时应进行隔离。在役检查就是在核电厂运行周期内，对某些系统和部件进行必要的检查，以判断它们对核电厂继续安全运行是否可接受。在役检查要求核电厂管道布置设计时采取适当措施，使得能接近受检部件，并使检验人员受到的辐射保持在合理可行尽量低的水平。可达性主要是要求为设备、管道及管道支架的安装、检查、维修留有足够的空间并设置必要的设施。

2、管道施工图设计

管道施工图设为施工单位的执行图纸，供安装公司进行管道加工预制及现场安装管道使用，是安装公司在安装交工前进行管道安装的符合性检查及试验的依据。是根据系统流程图，管道清单、管道等级表、管道布置图对新增管道的细化设计，包括管道及其所有零部件的相关尺寸、位置、标高、规格型号、等级，连接方式，加工与安装要求等，并附有所需材料明细表及管道特殊部件表。

通过查找所连接的设备及管线来确定的此管段的起点位置，再结合管道布置图初步设计出管道的走向，然后设计支吊架的位置和功能。

3、支架的设计

支吊架对管道起支承、限位和固定作用，保证管道和设备长期安全运行。在选用支吊架时应尽量采用标准零部件。支吊架主要类型及功能用途为：

滑动支架：允许水平位移，限制管道向下位移；

导向支架：引导管道预定方向位移，限制其他方向位移；

限位支架：为限制管道某一个或几个方向的线位移或角位移；

固定支架：限制管道在支撑点处任何方向的线位移和角位移；

弹簧支吊架：允许管道自由移动特别是在管道有热位移时，支撑管道重量；

刚性支吊架：将管道载荷传递到承载结构上的最经济、最简单的管道支吊架；

恒力支吊架：管道可以自由位移，当管道热位移量较大时采用恒力支吊架。

管道支吊架的设置，一般根据管径、管道走向、阀门和管件位置，以及可生根的部位等因素综合确定，设置时应考虑下列要求：

1）支架间距要求

根据管道的技术参数（如管道管径、介质）确定支吊架间最大间距，以防止管道因各种载荷产生过应力。在水平管道上的支吊架应控制一定的间距，以防止管道产生过大的弯曲应力、剪应力以及弯曲挠度；垂直管道上的支吊架也要控制间距，以防止管道因各种载荷组合产生的过应力；对于容易产生振动的管道也需控制间距，以调整管道的固有频率。最终间距必须以力学计算结果为准。

2）支架生根条件

支架设置并非严格按推荐的间距定位，要充分考虑厂房土建结构是否适合支吊架生根，以及是否会给附近管道、设备、通道、和其它工种带来干扰、碰撞。当条件限制时，可适当缩小或放大间距，最终均以管道系统力学应力计算结果为准。小管道的支架生根通常优先考虑借助大支架，即与大管道支架共架的方式，也可以在土建结构墙、楼板、钢结构生根。综合以上因素，新增管线在布置时尽量与现有管线成排布置，以借用原有支架形成共架，减少支架生根；原有管道在支架设计时已通过力学计算，新增管道与原有管道类型及走向基本相同，其支架在设计时参考原有管道支架类型，在相应位置增加原有管道支架的共架支架。初步确定支吊架后完善管道三维制作图。

支吊架图用于表示支吊架的组成形式、生根方式、与所支承管道的相互关系等，是供安装公司进行管道支吊架的加工、预制及现场安装使用的，在支吊架图中应提供支吊架所有特殊零部件加工的详细尺寸及制造与安装要求。

4、力学计算

力学计算是检验管道设计是否合理的过程，管道设计只有满足力学要求，才有可能进行工程施工。在初步确定了管道的走向、支架的位置和形式后，对系统管道进行力学计算，验证其是否符合力学要求。如满足力学要求，就确定了支吊架的位置与类型；否则，对管道支吊架进行修改，这是一个不断优化的过程，直到满足力学要求，最终得到管道及支承的最佳布置。

5、小结

核电厂的管道设计除要符合普通管道设计原则（如：管道碰撞、阀门安装、支架生根，节约成本等）外，还应充分考虑核电的特点，满足辐射防护要求。管道布置设计是一个不断反复、优化的过程，是一个寻求最佳布置效果的过程，从而达到系统功能要求。