EPR三代核电厂衬胶管设计浅析

摘 要：衬胶管因内衬耐磨、防腐以及耐高温的橡胶作为衬里层，降低了管路输送介质对外部结构的作用如冲击力、腐蚀等，广泛应用于酸、碱、盐输送系统。衬胶管应用于台山电厂欧洲压水堆（Europepressure-waterreactor，EPR）三代核电机组3个系统：SEC（重要厂用水系统）、SRU（专设重要冷却水系统-安全壳热导出系统）和TEK（核岛废液监控和排出系统）。本文结合EPR核电站管道设计实践，详细介绍了该型核电机组衬胶管相对于其他工艺系统管道所特有的设计思路和设计要求，针对工程中出现的实际问题提出了设计优化思路及建议。该实践经验可为国内其他类似大型核电厂的衬胶管设计提供借鉴，也可为国内完善相关设计规范提供参考。

关键词：欧洲压水堆（EPR）核电厂；衬胶管；设计

中图分类号：TM623 文献标识码：A

0.引言

对于压水堆核电站管道设计，法国通过长期的发展积累了丰富的经验，这些经验也在台山一期项目中得到体现。而国内由于以往的电站设计都是翻版参考电站，使得国内在管道初步设计上经验非常欠缺。台山一期EPR项目采用中法联合设计模式，这正好给予国内学习国外先进技术的契机。本文结合台山一期管道设计的实践经验，介绍了台山一期项目中衬胶管道相对于其他工艺管道所特有的设计方法与要求。同时，针对工程中出现的实际问题提出了优化思路及建议。

1. 衬胶管介绍

1.1 衬胶管原理

衬胶管道是一种外部以钢或者硬质结构为管道骨架，内衬耐磨、防腐以及耐高温的橡胶作为衬里层，通过橡胶自身物理和化学性能从而降低了管路输送介质对外部结构的作用如冲击力、腐蚀等，其由于橡胶的缓冲作用，大大延长了管路的使用寿命，降低使用者的成本。衬胶管因其特性广泛应用于酸、碱、盐输送系统。

1.2 衬胶管特点

（1）优点：结构优良，极高的耐冲击性，耐磨性能好，抗腐性能好，相对不锈钢性价比高。

（2）缺点：不能焊接，不能扭曲及现场调整不便，安装要求高。

2. EPR中的应用概况

台山一期EPR项目SEC系统（重要厂用水系统）、SRU系统（专设重要冷却水系统）和TEK系统（核岛废液监控和排出系统）管道金属内表面直接和其介质（如海水）接触，由于介质具有腐蚀性，因此这些管道需要增加保护以防止被腐蚀。

台山一期两台机组共有200条衬胶管线，他们具有以下特点：

（1）分布广―分布于泵房，安全厂房以及廊道。

（2）管径大―DN≥400的共116条，其中包含DN900管线48条。

（3）距离长等特点。特别是连通泵房和安全厂房的廊道中衬胶管线管径大而且距离特别长。

这3个系统功能简介如下：

重要厂用水系统（SEC）的功能是连接通向最终热阱的Bonna管（Bonna管是带钢筒的混凝土管）向SEC/RRI 热交换器供应冷却水（海水）来冷却核岛设备冷却水系统。

专设重要冷却水系统（SRU）的功能是连接通向最终热阱的Bonna管向SRU/EVU 热交换器供应冷却水（海水）通过安全壳余热排出系统（EVU）排出安全壳内热量导出。

核岛废液监控和排出系统（TEK）的功能是收集、短期贮存、处理和净化控制区内由下泄、疏水、吹扫或系统泄漏产生的放射性废液；控制区产生的所有废液在排放前均由TEK收集。

3. 设计要求

3.1 管道设计方案

由于SEC系统，SRU和TEK系统运送的介质具有腐蚀性，为获得适当和可靠的保护，对DN ≥ 50 m管道内表面进行衬胶工艺处理；DN

由于衬胶管道现场安装时不能焊接且不设置调整段，EPR核电站将这3个系统每一回路中某一小段管道材料设计为不锈钢以便现场安装时进行相应的调整。如SEC系统将连接至SEC/RRI 热交换器前的一段管道材料采用不锈钢；同样，SRU系统将连接至SRU/EVU 热交换器前的一段管道材料采用不锈钢。这样现场安装时可利用不锈钢管弥补衬胶管预制和安装过程中的误差，使得管道能顺利完成连接。项目将最终完成回路闭合的两管不锈钢管段称为闭合段，闭合段在安装时要求同轴度不大于0.5mm以防止使用过程中闭合处漏水。

3.2 管道布置要求

衬胶工艺处理的管道，一旦完成衬胶，便不再允许焊接；因此管道间连接形式必须是法兰连接。衬胶管的设计者必须遵守下面这些规则：

（1）所有截面均须装配法兰接头。

（2）管件（弯头、三通管、异径管…）须是易于从各侧面接近的短部件。

（3）复杂管道结构必须用法兰接头分成标准部件，以便于加衬里。

为了满足衬胶工艺要求，需定义标准管段的最大允许尺寸，系统设计者在管道布置过程中需严格采用定义的标准管段完成管道布置，且不能超过每种标准管段允许的最大尺寸。不同衬胶管制造商衬胶标准管段形式及尺寸不同，管段布置前需从制造方获得此信息。图1和表1是台山EPR核电站衬胶管标准管段的定义及尺寸要求。

3.3 法兰连接形式

衬胶管道及组件（如罐，换热器，阀门，膨胀节）等之间或与非衬胶管道的连接都是法兰连接。在法兰类型上，主要采用平面法兰和凸面法兰。由于膨胀节两边都是平面法兰，故管道上与膨胀节相连的法兰选用平面法兰，其余法兰均采用凸面法兰以便于安装垫圈。下面列举了几种连接方式下法兰连接的典型设计：

（1）两片衬胶法兰的连接，中间垫圈使用橡胶钢垫圈（Rubber lining gasket），如图2所示。

（2）衬胶法兰与不锈钢法兰的连接，中间使用橡胶钢垫圈（Rubber lining gasket），如图3所示。

（3）衬胶法兰与膨胀节的连接，中间无须垫圈，依靠膨胀节弹性密封，如图4所示。

（4）衬胶法兰与Bonna管法兰的连接，中间用橡胶钢垫圈（Rubber lining gasket），如图5所示。

（5）衬胶法兰与设备法兰（如泵、过滤器）的连接；中间使用橡胶钢垫圈（Rubber lining gasket），如图6所示。

3.4 衬胶管支管的连接形式

衬胶管道上支管的设计方式有以下3种：

（1）三通接出支管。

（2）管座接出支管；衬胶主管上允许使用的管座最小尺寸见表2。

（3）不锈钢盲板法兰上接出DN10-50不锈钢支管，如图7所示。

3.5 施工图设计要求

衬胶管道都是在工厂预制完成运输至现场直接安装，无需（也禁止）现场焊接，施工图设计要求相对其他管道更加严格，主要体现为以下两点：

（1）施工图上所有焊缝均为工厂焊，包括支架用挡块；图纸中不能预留现场调整段。

（2）施工图尺寸标注必须精确，确保和模型一致。

4. 实践中遇到的问题和建议

4.1 各专业进度匹配优化

在台山核电厂一期工程的设计过程中，由于仪表专业设计启动较晚，进度滞后，导致管道在施工图设计后期需按照仪表的要求修改；根据仪表需要的修改主要是管道上仪表用管座的型号、安装位置角度不满足仪表的要求，部分管道布置也需要调整。此外，在国产化过程中，存在设备和阀门不断更新、固化滞后，导致管道布置及施工图不断更新的问题，不利于项目总体进度及成本节约。

建议由项目办综合衡量，协调好各专业进度安排，建立各专业间的接口，以便专业间相互协调沟通。设备及阀门设计采购的进度应尽量提前，各专业设计加强沟通，专业间应互相协同合作，如管道专业可根据需求要求相关专业尽快固化并提供设备和阀门设计。

4.2 设计质量优化

在衬胶管设计过程中由于设计人员经验不足或考虑不周，出现的设计问题有：

（1）衬胶管穿墙套管尺寸按照管道外径设计，导致管道法兰无法穿过墙体。

（2） 管道布置后无法完成衬胶工艺。

（3）设备上的法兰与管道上膨胀节法兰不匹配。

建议加强对设计人员的培训，让设计人员在熟知衬胶管的布置要求、设计方法、原则和注意事项等的条件下完成管道布置；并加强校核工作， 严把质量关，以尽量避免出现设计错误。

结语

由于EPR 核电厂衬胶数量多、管径大、布置跨度大、设计要求高等特点，在实际工程设计中，需要组建专业设计团队，在熟练掌握衬胶管道设计思路和方法的前提下，掌握设计原则、理顺设计思路、制定合理的设计进度计划，从而得出优良的设计方案。通过该工程衬胶管设计经验介绍，希望能促进国内相关管道设计标准、规范的完善，从而推动核电厂全面自主化设计的进程。

参考文献

[1] HAF 102-2004，核动力厂设计安全规定[S].

[2] GB/T 13284.1-2008.核电厂安全系统第1 部分：设计标准[S].