核電廠工藝管道支吊架布置原則及考慮因素分析

夏雪巖

摘要：核電廠工藝管道系統(tǒng)由支管線(xiàn)以及主管線(xiàn)共同構(gòu)成，管道空間走向繁瑣。在核電廠工藝管道設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理布置支架，減小管道應(yīng)力及支吊架載荷。本文圍繞核電廠工藝管道支架布置問(wèn)題展開(kāi)分析，闡述了核電廠工藝管道布置原則，并提出了幾點(diǎn)建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：核電廠;工藝管道;支吊架;布置原則;要點(diǎn)

引言：

在核電廠工藝管道設(shè)計(jì)時(shí)，布置支吊架以及選擇支吊架這一環(huán)節(jié)尤為關(guān)鍵。支吊架位置、支吊架形式及支吊架數(shù)量均會(huì)影響核電廠工藝管道應(yīng)力分布情況，關(guān)乎管道制造成本以及安裝成本^[1]。因此，科學(xué)選擇支吊架類(lèi)型，做好支吊架安裝工作，不僅能保障管道安全，還能帶來(lái)施工便利，有效控制成本。

一、核電廠工藝管道支吊架設(shè)計(jì)原則及特點(diǎn)分析

（一）核電廠工藝管道布置原則

在布置核電廠工藝管道時(shí)，需要繞過(guò)其他專(zhuān)業(yè)設(shè)備，防止和電纜盤(pán)互相碰撞。具體實(shí)踐時(shí)，需要把新管道及已布置的管道排成列或排成排，防止管道支架生根^[2]。其次，在設(shè)計(jì)管道時(shí)，要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)接頭，布置管道過(guò)程中，需要避免管道間直接焊接，為后期檢查焊接情況及質(zhì)量帶來(lái)便利。管道接頭與管道接頭間要保持一定距離，這一段距離不可過(guò)短，否則極有可能會(huì)疊加熱應(yīng)力。最后，如若無(wú)特殊情況，閥門(mén)需要設(shè)置在水平管道上方，閥桿處于垂直向上的位置。閥門(mén)布置需要留有提高閥門(mén)的操作空間以及檢修閥門(mén)、拆卸閥門(mén)的空間，為后期安裝帶來(lái)便利。

（二）核電廠工藝管道布置設(shè)計(jì)特點(diǎn)

由于核電廠具有特殊性，所以在布置工藝管道時(shí)，要考慮到安全性、可達(dá)性以及經(jīng)濟(jì)性相關(guān)要求。其安全性包含防水、防火、防輻射等，在布置工藝管道前期，需要保障每一管道都通過(guò)耐火極限、淹沒(méi)分區(qū)以及輻射分區(qū)設(shè)置要求。獨(dú)立性原則主要指每一系統(tǒng)、每一組件間均要保持獨(dú)立性。在不同安全級(jí)別系統(tǒng)組件與組件間，同樣也需要保持獨(dú)立性。維護(hù)安全事項(xiàng)的關(guān)鍵，在于增加獨(dú)立項(xiàng)目。在布局設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用空間隔離以及實(shí)體隔離原則，增強(qiáng)獨(dú)立性。在核電廠具體運(yùn)行時(shí)，需要針對(duì)某些系統(tǒng)內(nèi)部部件做檢查，以保障其能持續(xù)運(yùn)行。核電廠管道布置設(shè)計(jì)中，要采用有效措施，深入檢查每一部件，檢查員接收的輻射，需要控制在最低范圍內(nèi)。可靠性主要指需要預(yù)留充足空間，方便安裝管道及支架，并針對(duì)相關(guān)管道和支架進(jìn)行檢查維護(hù)，結(jié)合具體檢查情況，制定有效的應(yīng)對(duì)措施。

二、工藝管道有關(guān)分析

（一）管道承受的載荷

在核電廠工藝管道運(yùn)作過(guò)程中，需要承受較強(qiáng)的壓力載荷。其中，包含持久性載荷，需要不斷地作用于管道系統(tǒng)^[3]。同時(shí)也涉及臨時(shí)性載荷，主要臨時(shí)針對(duì)管道系統(tǒng)產(chǎn)生載荷作用，比如開(kāi)管道閥門(mén)、關(guān)管道閥門(mén)時(shí)形成的壓力及反沖力。

（二）載荷施工分析

在分析管道應(yīng)力時(shí)，涉及到分析載荷施工情況這一項(xiàng)內(nèi)容，這屬于明確載荷工況的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同載荷工況的載荷情況具有差異性，需要展開(kāi)針對(duì)性的施工分析，應(yīng)用不同載荷工況，選擇不同施工方案，從而滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（三）管道產(chǎn)生的應(yīng)力分析

管道通常會(huì)受濕度、溫度及力等因素的影響，而出現(xiàn)變形情況。在物體內(nèi)部，各部分間出現(xiàn)互相作用的引力，結(jié)合應(yīng)力強(qiáng)度的大小，可以將其分為“二次應(yīng)力”及“一次應(yīng)力”。一次應(yīng)力包含外載荷引起的管道內(nèi)部剪應(yīng)力以及正應(yīng)力，需要保持受力平衡性，其具有的特點(diǎn)即無(wú)法自我恢復(fù)，始終跟隨受力大小的變化而變形。二次應(yīng)力主要是因形變而出現(xiàn)了剪應(yīng)力或者是正應(yīng)力，本身和外力間不具有平衡的特點(diǎn)。例如管道以及其他變動(dòng)情況產(chǎn)生應(yīng)力，均屬于二次應(yīng)力。

（四）工藝管道系統(tǒng)的布置

在核電廠的工藝管道系統(tǒng)內(nèi)，管道布置要求差異較大。重要性偏低的管道，可以按照簡(jiǎn)單規(guī)則，結(jié)合工作規(guī)范設(shè)計(jì)工藝管道和支吊架，只要達(dá)到具體要求標(biāo)準(zhǔn)即可，而對(duì)于一些極其重要的管道，在進(jìn)行布置工作時(shí)，要展開(kāi)應(yīng)力前期分析，精準(zhǔn)計(jì)算每一管道的各處應(yīng)力，保障其符合生產(chǎn)要求，真正優(yōu)化支吊架布局，調(diào)節(jié)管道在每一復(fù)雜工作環(huán)境下的受力承受范圍，以保障相關(guān)設(shè)備能正常工作。在具體布置工藝管道時(shí)，要堅(jiān)持下面這幾點(diǎn)原則。其一，協(xié)調(diào)支吊架位置、數(shù)量和管道間的重量，做到科學(xué)布局。其二，在設(shè)計(jì)管道線(xiàn)路時(shí)，要防止出現(xiàn)偏長(zhǎng)的直管道。在管道延伸方向方面，應(yīng)多選擇彎曲結(jié)構(gòu)，使用彎管結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步減小熱脹應(yīng)力。其三，如果管道跨范圍面積較大，則需要做好支吊架優(yōu)化布置工作，提高管道系統(tǒng)抗災(zāi)害能力以及增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。其四，針對(duì)管道上的閥門(mén)設(shè)備要加以保護(hù)，防止其受周?chē)У跫艿挠绊懀瑢?dǎo)致功能發(fā)生變化。

三、核電廠工藝管道支吊架布置分析

（一）支吊架種類(lèi)

管道支吊架主要是承擔(dān)管道重量，控制管道形狀，調(diào)節(jié)管道位置，防止其形狀和位置出現(xiàn)變化，緩解其在應(yīng)用過(guò)程中受到內(nèi)外部應(yīng)力的一種結(jié)構(gòu)。結(jié)合支吊架功能，可以將其分為三大類(lèi)別。一是避免管道出現(xiàn)震蕩的支吊架，比如“阻尼裝置”，另一種屬于控制固定管道位置的支架，包含導(dǎo)向支架以及固定支架，最后一種是用來(lái)承載管道重量的支吊架，涉及剛性吊架以及滑動(dòng)支架。

（二）支吊架受力及布置分析

支吊架位置明確了支吊架對(duì)管道承載力的“大”、“小”，不同類(lèi)型的支吊架會(huì)有不同程度的承載力。從這兩方面針對(duì)支吊架對(duì)管道受力的影響進(jìn)行分析，首先支吊架與管道接觸位置決定了管道最大應(yīng)力點(diǎn)及不同類(lèi)型，直接影響管道系統(tǒng)應(yīng)力分布以及端點(diǎn)應(yīng)力值。其次，支吊架設(shè)計(jì)方案需要以實(shí)用性原則為主，不存在固定模式，相同的管道系統(tǒng)可以設(shè)置不同的支吊架方案。然而，不同的設(shè)計(jì)方案通常會(huì)改變管道系統(tǒng)應(yīng)力分布。最后，若存在支架位置以及支吊架不合理的情況，則需要進(jìn)行反復(fù)的計(jì)算，進(jìn)而調(diào)整其現(xiàn)狀。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，支吊架布置與管道系統(tǒng)應(yīng)力狀態(tài)間息息相關(guān)，彼此間相互影響。在施工時(shí)，布置支吊架這一環(huán)節(jié)，需要全面考慮支吊架為施工帶來(lái)的影響。此外，具體工作過(guò)程中，要做好各環(huán)節(jié)的計(jì)算工作，細(xì)致認(rèn)證計(jì)算結(jié)果，才可保障核電廠工藝管道支吊架安裝工作順利完成。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳昊陽(yáng)，康偉平，杜廣.一種核電站支吊架的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)改進(jìn)方法[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2021，20（08）：52-53.

[2]尹書(shū)青.石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的探討[J].化工管理，2020（02）：179-180.

[3]蔣貴豐，李建鵬，劉軍，嚴(yán)旭.管道支吊架及埋件智能化設(shè)計(jì)方法分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2017，35（05）：85-89.AECFDEFC-629D-492A-A438-118A75E0787D