淺談核電廠過程儀表安裝設計

陳靜 陳柯 霍雨佳 余俊輝 李小芬 朱加良

（中國核動力研究設計院 核反應堆系統設計技術重點實驗室，四川 成都 610041)

0 引言

核電廠中，過程儀表測量的目的在于直接反映運行參數，為控制和保護通道提供準確可靠的信息，幫助運行人員作出正確的判斷，安全、可靠地進行操作，從而在核電廠正常或不正常運行期間操縱整個核電廠，保證設備安全可靠運行。特別是在核電廠發生設計基準事故期間及事故后，仍需要靠事后監測系統（PAMS）提供的信息進行操作，以減輕事故對主設備的進一步毀壞，以及事故對公眾和環境的危害。因此，過程儀表系統在核電廠中起著十分重要的作用。過程儀表系統涉及面廣，它涉及儀表的設計、供貨、布置、安裝、調試。本文將僅對核電廠過程儀表系統安裝設計進行淺談。

1 過程儀表安裝

1.1 安裝準則

核電廠過程儀表的安裝應遵循以下基本準則：

1）儀表、儀表支架及閥組應盡量安裝在正常輻射量區域；

2）儀表管道作為與工藝的機械連接，應該執行相應的機械安裝安全準則，特別是抗震性要求；

3）1E級儀表的安裝位置，應避免在地震、破管、火災或水浸等事件發生時，導致不同保護組或系列的測量儀表及通道均不可用：

①儀表管應具備一定機械強度來承受熱膨脹和地震引起的位移。因此用于1E級儀表的儀表管及其支架應進行力學性能計算。

②在反應堆廠房處于正常運行條件下，如果內徑大于25mm的管道運行在壓力大于20bar，或溫度大于100℃，且至少有2%的運行時間，則這類管道被認為是高能管道。為了防治噴射或撞擊，儀表管應與高能管保持至少50cm的距離；儀表及其支架的安裝位置應與高能管保持至少3m的距離，否則應為其安裝保護框架以防撞擊。

③為防止水浸引起的共模故障，儀表及其儀表管應布置在不同的浸區，或者安裝在最高溢流水位。

4）不同保護組的儀表及測量通道相互之間應實體隔離[1]：

①不同保護組或安全列的儀表管應進行實體隔離，距離至少為50cm。如果現場條件無法滿足最小距離的要求，可以加裝機械保護，滿足隔離要求。同樣也適用于控制組和保護組之間的隔離要求，但是不適用于不同控制組之間的安裝要求。

②機械保護可以與兩個不同保護組中的其中一個儀表管公用支架，但是公用支架的抗震性應該重新驗證。1E級儀表的管道不能成束固定在一起。如果可能的話，不同保護組的儀表管應穿過不同的孔洞，但如果不同保護組儀表管必須通過同一個孔洞，它們應走各自獨立的經加強固定的套管。儀表管不能與電纜或高能管穿越相同的孔洞或貫穿件，控制組的儀表管可以和工藝管穿越相同的孔洞。

③兩個不同保護組或安全列的儀表應盡量安裝在分開的房間。如果安裝在同一個房間，間距至少是1m，若不能滿足則應加裝機械保護，機械保護的支架應獨立于儀表的支架。同樣也適用于控制組和保護組之間的隔離要求，但是不適用于不同控制組之間的安裝要求。

1.2 儀表安裝

1.2.1 儀表及閥組支架

儀表及其閥門應該獨立固定在墻上的支架上，或者是落地的框架上，且應安裝在易于接近的位置。在混凝土結構和金屬結構之間，儀表支架應盡量固定在混凝土。儀表支架安裝在混凝土上，采用膨脹螺栓固定。如果支架固定在可能發生振動的金屬結構上，應安裝減振裝置。另外，除了需要直接安裝在工藝管道上的儀表（如轉子流量計、溫度計等）外，盡量不要將儀表固定在工藝管道上。

1.2.2 儀表安裝公差

各類儀表（或其儀表支架）的安裝公差如表1所示。但是當有實體隔離要求時，應首先滿足儀表實體隔離的要求。

表1 儀表的安裝公差

1.3 儀表管安裝

1.3.1 機械連接

在電站正常運行條件下或維修時，需要拆卸的儀表連接部件應使用卡套連接方式，否則采用焊接。當儀表管很長時，要進行管段連接，其連接方式同樣采用上訴原則。連接頭的數量應控制在最少。儀表管與儀表的連接應選取合適的連接管件。

對于泵吸入口壓力的測量，應在距離一次隔離閥最近的地方使用卡套連接方式。差壓表的HP儀表管應連接到閥門或閥組上的左側（面向閥組方向）。

1.3.2 儀表管坡度

儀表管的坡度要求在傳感器安裝標準圖和儀表管道布置圖有明確的指示。

除非特別提出向上傾斜的要求，儀表管向下傾斜，并在儀表根閥和儀表之間有（包含膨脹環）坡度，一般為10%。如果無法達到，最小坡度必須滿足2%。但是，如果儀表管需沿樓板敷設很長一段，坡度小于2%是可接受的，但是不能平鋪，或向上傾斜。

根閥與冷凝罐之間儀表管坡度為10%～50%。

1.3.3 儀表管安裝公差

1）膨脹環安裝公差

當安裝膨脹環時，應滿足下列安裝要求，根閥與儀表管道第一個固定支架的距離保持在：

（1）對于直管道，公差為±5%，最大不超過±20mm；

（2）方向的變化公差為±5°；

（3）根閥到第一個固定點之間距離為±20mm。

2）其他公差

除另作說明，應遵循下列要求：

（1）儀表管與其無關的混凝土結構或鋼結構的最小距離為50mm；

（2）儀表與其無關得設備之間最小距離為50mm；

（3）兩個分別固定的儀表管之間的最小距離為30mm；

（4）如果儀表管沿墻敷設并與墻體不發生關系，且儀表管需要保溫，則儀表管距墻體至少130mm；

（5）當儀表管在有保溫層的設備附近時，儀表管距離該設備的最小距離為600mm；

（6）當儀表管在有保溫層的工藝管道附近時，儀表管距離工藝管道的最小距離為300mm；

（7）在具有防火保護的電纜托盤附近敷設儀表管時，距離托盤的最小距離為200mm。

1.3.4 最小彎曲半徑

1）不銹鋼管

表2 不銹鋼管的最小彎曲半徑

2）碳鋼管

表3 碳鋼管的最小彎曲半徑

3）銅管

表4 銅管的最小彎曲半徑

當管道彎到最小半徑時，應對管道進行軟化處理。

1.3.5 成對敷設的儀表管間距

成對敷設的儀表管（例如差壓變送器引壓管），除了在儀表根閥和閥組的連接部位外，其他部分路徑應相同。儀表管之間的最大間距為：

（1）3/8”OD 儀表管：≤60mm；

（2）其他外徑儀表管：≤150mm。

1.3.6 儀表管穿墻的安裝

儀表管穿墻或樓板的安裝見圖1所示，其中儀表管的坡度應滿足前面2.3.2節中所規定的要求。圖中D的范圍為300-400mm。如果無法滿足最小值300mm，D可以取固定點到洞口的最小距離dmin。

圖1 儀表管穿墻的安裝

1.3.7 毛細管的安裝

毛細管敷設時應加裝機械保護。機械保護不僅可以防止毛細管被壓碎，同時可作為其支撐。

除有特殊說明，毛細管敷設后，在其端部應繞成一個為直徑為2倍彎曲半徑到300mm之間大小的圓環再將其固定。

1.4 儀表管支撐

如果儀表管支撐固定在可能發生振動的金屬結構上，應安裝減振裝置。儀表管支撐應固定在混凝土結構上。在混凝土結構和金屬結構之間，儀表支架應盡量固定在混凝土上。

1.4.1 支撐間距

1）直管道支撐間距

水平直管道的支撐間距小于或等于1200mm。直徑為3/8＂OD的垂直管道其支撐間距小于或等于1700mm，直徑為1/4＂的垂直管道其支撐間距應小于或等于1400mm。

如果直管道上有兩個或兩個以上的支撐，其中只有一個為固定點，其余為可滑動支撐，起導向作用。

2）彎管支撐距離

①1/4＂OD或3/8＂OD的支撐間距

彎管后的支撐，其支撐間距的最小值如表5所示。

圖2 彎管后的支撐

表5 彎管后支撐距離

其中，X≥150mm。

此外，對于彎管前的支撐，如果d＞400mm，X≤400mm，如圖3所示；如果 d＜400mm，X≥400mm，如圖 4所示。

圖3 彎管前支撐一

圖4 彎管前支撐二

②1/4＂管道的支撐間距

在膨脹環下游，1/4＂管道的支撐應按如下要求：

（1）如果直管道兩個固定點之間的距離很長，在它們之間應安裝起導向作用的支撐，兩個支撐的間距應小于1200mm；

（2）X的尺寸不能超過12m，彎曲半徑RC等于3.5D，dmin等于600mm。如果dmin為600mm不能實現，那么dmin可以等于300mm，但是X的值不能超過10m。

（3）當需要考慮膨脹時，尺寸d必須大于600mm。

圖5 1/4＂PIPE的支撐間距

1.4.2 固定點間距

連接非安全級儀表的儀表管，其第一個支撐應安裝在距離最后一個工藝管道錨固點1500mm（±100mm）的位置。儀表根閥也作為一個錨固點。

2 安裝布置文件體系

核電廠安裝布置文件主要包括以下內容：

1）儀表架零配件及材料手冊

該圖冊用于儀表架及儀表管支架組裝和裝配的零配件及材料。

2）儀表架裝配圖

該圖冊用于儀表架安裝的儀表架裝配圖。該圖冊給出儀表架制造的加工尺寸及零部件材料，現場根據圖中標注尺寸進行加工制造。

3）儀表與儀表架組裝圖

該圖冊用于儀表安裝的儀表與儀表架組裝圖，供現場儀表與儀表架的安裝。

4）儀表架清單

該清單描述核電廠儀表安裝支架(CQ)和儀表與儀表架組裝標準、儀表管道布置圖及檢測點的對應關系，同時給出了各檢測點的房間號和區號，供過程儀表安裝時使用。

5）抗震儀表管支架手冊

該圖冊儀表官支架有抗震要求。

6）非抗震儀表管支架手冊

該圖冊儀表官支架無抗震要求。

7）1E級儀表管道安裝圖

該圖冊給出1E級過程儀表部分儀表管和管接頭的安裝、盤管和支撐的詳細要求。

8）傳感器標準安裝圖

該圖冊給出核電廠過程儀表的安裝標準圖，供過程儀表設備安裝時使用。安裝標準圖分為兩大部分：測量管路連接圖和部分傳感器的安裝圖。

9）儀表管道平面布置圖

該圖冊給出過程儀表及其儀表管的平面布置圖。

3 結束語

本文對核電廠過程儀表系統的安裝布置設計進行了論述。在核電廠設計工作中，除了選用合適、準確、耐用的儀表外，還應該重視儀表系統的安裝布置，使過程儀表系統安裝后能做到準確、靈活、安全、可靠，維護方便、整齊美觀，從而發揮過程儀表系統在在核電廠運行過程中的重要作用。

［1］HAD102/09核電廠最終熱阱及其直接有關的輸熱系統[S].北京:國家核安全局，1987.