論文：核電廠管道設(shè)計過程及特點分析
摘要：本文主要對核電廠管道布置的設(shè)計原則和設(shè)計過程進(jìn)行說明，并對核電廠管道設(shè)計特點以及在設(shè)計中應(yīng)該注意的問題做了詳細(xì)分析。
關(guān)鍵詞：管道；布置；特點
管道布置設(shè)計是綜合布置設(shè)計完成后進(jìn)行施工設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計目的是明確核電廠廠房內(nèi)工藝管道的走向，所有設(shè)備的準(zhǔn)確定位，準(zhǔn)確標(biāo)注出管道上支撐點的位置，以及各系統(tǒng)管道上的各類部件（如閥門、流量孔板、管道視鏡、軟管等）的位置及與工藝管道的接口；是管道三維制作圖、支吊架組裝圖、總體三維制作圖的設(shè)計輸入；是以系統(tǒng)為依據(jù)，將系統(tǒng)功能具體實現(xiàn)的過程。管道三維制作圖是安裝公司在安裝交工前進(jìn)行管道安裝的符合性檢查及試驗的依據(jù)。核電廠由于核安全要求的特殊性，在進(jìn)行管道布置設(shè)計時有其自身的特點和要求。
1.管道布置的設(shè)計原則和特點
在管道具體布置原則：
1）要避免與本專業(yè)和其他專業(yè)的設(shè)備、管道或電纜托盤相碰撞。此管道走向區(qū)域已避開其它設(shè)備和管道；
2）在布置管道時，盡量將新增管道布置成與已布置好的管道成排或成列布置，以便于減少管道支架的生根。
3）管道在設(shè)計時應(yīng)盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)管件。
4）在管道布置設(shè)計中，應(yīng)盡量避免管件間的直接焊接，以利于焊縫檢查。兩管件之間焊縫距離也不應(yīng)過短，否則會造成熱應(yīng)力疊加。
5）除特殊情況外，閥門一般應(yīng)設(shè)置在水平管道上，閥桿處于垂直向上的位置；閥門布置應(yīng)為提升閥桿和檢修拆卸閥門等留有操作空間，要便于安裝、操作、維護(hù)和檢修，有時為閥門操作和維修應(yīng)設(shè)計必要的鋼平臺。管段上的'閥門（尤其是帶執(zhí)行機(jī)構(gòu)的大閥門）應(yīng)設(shè)置支承，以免該管段和連接處負(fù)載過大。
由于核電站的特殊性，管道布置要滿足安全性、可達(dá)性、并兼顧經(jīng)濟(jì)性的要求。
安全性主要包括輻射防護(hù)、防火、防水淹以及獨(dú)立性、管道在役檢查等要求。首先在管道布置前應(yīng)明確管道有可能穿越區(qū)域的耐火極限、輻射分區(qū)、水淹分區(qū)等。獨(dú)立性原則主要包括：保持多重系統(tǒng)部件間的獨(dú)立性；保持系統(tǒng)部件和假設(shè)始發(fā)事件效應(yīng)之間的獨(dú)立性；保持不同安全等級的系統(tǒng)部件之間的適當(dāng)獨(dú)立性；保持安全重要物項和非安全重要物項之間的獨(dú)立性。在布置設(shè)計中采用空間隔離或?qū)嶓w隔離原則來保證實現(xiàn)獨(dú)立性，執(zhí)行安全功能的冗余管道在布置時應(yīng)進(jìn)行隔離。在役檢查就是在核電廠運(yùn)行周期內(nèi)，對某些系統(tǒng)和部件進(jìn)行必要的檢查，以判斷它們對核電廠繼續(xù)安全運(yùn)行是否可接受。在役檢查要求核電廠管道布置設(shè)計時采取適當(dāng)措施，使得能接近受檢部件，并使檢驗人員受到的輻射保持在合理可行盡量低的水平。可達(dá)性主要是要求為設(shè)備、管道及管道支架的安裝、檢查、維修留有足夠的空間并設(shè)置必要的設(shè)施。
2、管道施工圖設(shè)計
管道施工圖設(shè)為施工單位的執(zhí)行圖紙，供安裝公司進(jìn)行管道加工預(yù)制及現(xiàn)場安裝管道使用，是安裝公司在安裝交工前進(jìn)行管道安裝的符合性檢查及試驗的依據(jù)。是根據(jù)系統(tǒng)流程圖，管道清單、管道等級表、管道布置圖對新增管道的細(xì)化設(shè)計，包括管道及其所有零部件的相關(guān)尺寸、位置、標(biāo)高、規(guī)格型號、等級，連接方式，加工與安裝要求等，并附有所需材料明細(xì)表及管道特殊部件表。
通過查找所連接的設(shè)備及管線來確定的此管段的起點位置，再結(jié)合管道布置圖初步設(shè)計出管道的走向，然后設(shè)計支吊架的位置和功能。
3、支架的設(shè)計
支吊架對管道起支承、限位和固定作用，保證管道和設(shè)備長期安全運(yùn)行。在選用支吊架時應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)零部件。支吊架主要類型及功能用途為：
滑動支架：允許水平位移，限制管道向下位移；
導(dǎo)向支架：引導(dǎo)管道預(yù)定方向位移，限制其他方向位移；
限位支架：為限制管道某一個或幾個方向的線位移或角位移；
固定支架：限制管道在支撐點處任何方向的線位移和角位移；
彈簧支吊架：允許管道自由移動特別是在管道有熱位移時，支撐管道重量；
剛性支吊架：將管道載荷傳遞到承載結(jié)構(gòu)上的最經(jīng)濟(jì)、最簡單的管道支吊架；
恒力支吊架：管道可以自由位移，當(dāng)管道熱位移量較大時采用恒力支吊架。
管道支吊架的設(shè)置，一般根據(jù)管徑、管道走向、閥門和管件位置，以及可生根的部位等因素綜合確定，設(shè)置時應(yīng)考慮下列要求：
1）支架間距要求
根據(jù)管道的技術(shù)參數(shù)（如管道管徑、介質(zhì)）確定支吊架間最大間距，以防止管道因各種載荷產(chǎn)生過應(yīng)力。在水平管道上的支吊架應(yīng)控制一定的間距，以防止管道產(chǎn)生過大的彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力以及彎曲撓度；垂直管道上的支吊架也要控制間距，以防止管道因各種載荷組合產(chǎn)生的過應(yīng)力；對于容易產(chǎn)生振動的管道也需控制間距，以調(diào)整管道的固有頻率。最終間距必須以力學(xué)計算結(jié)果為準(zhǔn)。
2）支架生根條件
支架設(shè)置并非嚴(yán)格按推薦的間距定位，要充分考慮廠房土建結(jié)構(gòu)是否適合支吊架生根，以及是否會給附近管道、設(shè)備、通道、和其它工種帶來干擾、碰撞。當(dāng)條件限制時，可適當(dāng)縮小或放大間距，最終均以管道系統(tǒng)力學(xué)應(yīng)力計算結(jié)果為準(zhǔn)。小管道的支架生根通常優(yōu)先考慮借助大支架，即與大管道支架共架的方式，也可以在土建結(jié)構(gòu)墻、樓板、鋼結(jié)構(gòu)生根。綜合以上因素，新增管線在布置時盡量與現(xiàn)有管線成排布置，以借用原有支架形成共架，減少支架生根；原有管道在支架設(shè)計時已通過力學(xué)計算，新增管道與原有管道類型及走向基本相同，其支架在設(shè)計時參考原有管道支架類型，在相應(yīng)位置增加原有管道支架的共架支架。初步確定支吊架后完善管道三維制作圖。
支吊架圖用于表示支吊架的組成形式、生根方式、與所支承管道的相互關(guān)系等，是供安裝公司進(jìn)行管道支吊架的加工、預(yù)制及現(xiàn)場安裝使用的，在支吊架圖中應(yīng)提供支吊架所有特殊零部件加工的詳細(xì)尺寸及制造與安裝要求。
4、力學(xué)計算
力學(xué)計算是檢驗管道設(shè)計是否合理的過程，管道設(shè)計只有滿足力學(xué)要求，才有可能進(jìn)行工程施工。在初步確定了管道的走向、支架的位置和形式后，對系統(tǒng)管道進(jìn)行力學(xué)計算，驗證其是否符合力學(xué)要求。如滿足力學(xué)要求，就確定了支吊架的位置與類型；否則，對管道支吊架進(jìn)行修改，這是一個不斷優(yōu)化的過程，直到滿足力學(xué)要求，最終得到管道及支承的最佳布置。
5、小結(jié)
核電廠的管道設(shè)計除要符合普通管道設(shè)計原則（如：管道碰撞、閥門安裝、支架生根，節(jié)約成本等）外，還應(yīng)充分考慮核電的特點，滿足輻射防護(hù)要求。管道布置設(shè)計是一個不斷反復(fù)、優(yōu)化的過程，是一個尋求最佳布置效果的過程，從而達(dá)到系統(tǒng)功能要求。
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