核电管道设计过程及特点

刘加志

【摘 要】核电厂管道设计是核电厂安全运作的重要保障，在进行管道设计时必须要严格按照管道设计图纸进行布置，而且还需要配合后期的检查与维护，这样才能保证核电厂后期生产运行的经济效益。论文主要对管道设计的原则以及设计内容展开论述，并对管道设计的特点以及需要注意的问题进行了分析，供相关工作者参考。

【Abstract】The piping design in the nuclear power plant is the important guarantee for the safe operation of nuclear power plant. Piping design must be carried out in strict accordance with the piping design drawings， and it also needs to cooperate with the later inspection and maintenance， only in this way can ensure the economic benefit in the later operation of the nuclear power plant be guaranteed. This paper mainly discusses the principle and contents of pipeline design， and analyzes the characteristics of pipeline design and the problems that need to be paid attention to， for reference.

【关键词】核电；管道设计；特点

【Keywords】 nuclear power； piping design； feature

【中图分类号】TM623 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0172-02

1 引言

核电厂在综合布置设计完成之后必须要进行的一个环节就是管道布置设计，利用这一环节，可以进一步确定核电厂厂房内工艺管道的具体走向，合理定位厂房内的所有设备。这个过程需要将管道上的支撑点以及各系统管道的各类部件位置准确的标注出来。但是介于核电厂对于核安全的特殊性要求，其管道布置设计有其自身的特点和要求。

2 核电管道设计特点及要求

2.1 核电管道设计特点

核电管道设计特点主要包括以下几个方面：①核电管道不能与其他专业设备、管道或者电缆托盘发生碰撞，在进行管道区域划分时，应事先避开其他设备和管道。②避免管道支架的生根。在进行管道布置时，新增管道的布置方向要尽量与已布置好的管道在一排或者一列的方向上。③注意管道部件的规范化，要尽量使用标准管件。④在进行管道设计时，要尽可能的少用直接焊接的方式，这样可以方便后期的焊缝检查。如果要用焊接的话要注意两管件之间的焊缝不宜过短，避免产生热应力叠加[1]。⑤一般情况下，水平方向上设置阀门，垂直方向上设置阀杆，特殊情况除外。这里要注意的是在进行阀门布置时要为后期提升阀杆以及检修拆卸阀门等留有足够的空间，便于操作。在管道设计时也可以设计必要的钢平台以方便后期的操作和维修。

2.2 核电厂管道布置特殊性的相关要求

核电厂的管道布置设计首要注意的问题就是其安全性，主要包括辐射防护、防火、防水淹、管道独立性以及管道的在役检查等内容[2]。为此，管道设计还应该注意做好以下几个方面：①在进行管道布置之前应充分了解管道需穿越区域的耐火极限、辐射分区以及水淹分区等。②多重系统之间保持独立，保证系统各部件与预测始发事件效应之间的独立，不同安全等级的系统部件之间也要保持一定的独立性，安全重要物项与非安全重要物项之间保持独立。为保证管道各项之间的独立性，可在设计时利用空间隔离或者实体隔离的方法来实现，对其他用于执行安全功能的管道可进行适当隔离。③在核电厂运行周期内，做好各系统部件的在役检查工作，以便于掌握核电厂的安全运行信息。核电管道的在役检查要求在进行管道设计时既要满足检查维修的空间要求，又能尽量降低检察人员受輻射的程度。

3 核电工程管道设计工业化管理的实施

3.1 管道设计阶段划分

核电管道的设计过程主要包含三个阶段，分别是方案设计阶段、初步设计阶段以及施工设计阶段。方案设计阶段主要是完成系统工艺布置设计的初步规划，制定基本的设计框架，其主要是理论方面的设计；初步设计阶段就是理论到实际的一个过程，在这个阶段需要对后期所需的材料以及管道部件用量等相关信息做出基本的预估；施工设计阶段就是将前期所有的设计进一步的落实，并对前期的初步设计成果进行复核，这一阶段要保证最终的落实结果与初步设计方案一致。

3.2 管道设计控制

管道的设计控制主要包括输入控制、流转控制、进度控制、质量控制、接口控制、变更控制、物项控制以及风险控制等几个方面。为切实做好管道的设计控制工作，在进行管道设计之前，必须要依照设计文件明确设计分工以及责任、义务，然后针对各自所负责的内容有序、合理的进行。在这里需要注意的一点是风险控制，在设计的过程中会存在很多不确定的因素，这会在一定程度上造成设计成本的增加，产生不必要的经济损失，因此，在进行管道设计时必须要首先建立相应的风险预判、风险价值分析机制，尽量减少后期的损失。

4 管道布置施工图的设计

在进行管道新增工作时，需要依据核电厂的系统流程图、管道清单以及管道等级表等对管道布置图进行认真的规划，其内容应包含管道以及部件的尺寸、位置、规格参数以及防范要求等，如果有特殊材料或者特殊部件还需要附上相关的参考表。在进行吊架设计时，其位置以及相应功能的确定需要以所连接的设备以及管线为依据，明确对应管段的具体出发点，然后再根据管道布置图的初段设计来完成管道具体走向的设计工作。endprint

5 支架的设计

支吊架在管道设计中主要是起到支撑、限位以及固定的作用，借助支吊架的作用可以有效保障管道以及设备的长期安全运行。管道设计中关于支吊架的选择应尽量遵循标准化的原则。目前应用较多的支吊架類型主要有以下几种，每一种支吊架都有其独特的功能用途。

滑动支架：主要是用于水平移动，同时可以有效限制管道向下移动。导向支架：对管道的移动方向起导向作用，防止管道移动方向发生偏离。限位支架：对管道某一个方向或者几个方向的线位移以及角位移起限制作用。固定支架：将管道固定在支撑点处，避免其发生移动。弹簧支吊架：便于管道任意方向的移动。刚性支吊架：可以将管道的载荷传递到承载结构上，这是一种相对较为简单、经济的管道支吊架。恒力支吊架：主要用于管道热位移较大的情况，便于管道的自由移动。关于管道支架的设置，通常情况下要综合考虑管径、管道走向、阀门、管件位置以及可生根部位等多方面的因素进行设置。

5.1 支架间距要求

支吊架间最大距离的确定通常是以管道的技术参数为依据，其中主要包括管道管径、介质等各个方面，支吊架间最大距离的合理性可以有效避免管道因各种载荷产生的过应力。控制水平管道上的间距可以降低管道产生过大弯曲应力、剪应力以及弯曲挠度的几率[3]；控制垂直方向上的管道支吊架间距可以有效避免管道因各种载荷的相互作用产生过应力；除此之外，还要注意对易产生振动的管道间距的控制，以此来调整管道固有频率。所有支吊架间距的确定都必须以最终的力学计算结果为准。

5.2 支架生根条件

支架的设置不是一定要按照推荐的间距进行定位，在进行支吊架设置时要综合考虑多方面的因素，包括厂房土建结构的适用性以及如果安装支吊架是否会对邻近的管道、设备、通道或者其他工种产生影响，造成碰撞等情况。如果是条件不允许的情况，可以考虑适当的缩小或者放大间距，当然最终的间距确定还是要以系统力学的应力计算结果为准。一般而言，小管道的支架生根要考虑借助大支架，可采用与大支架共架的方式，或者是直接在土建结构墙、楼板以及钢结构上面生根；新增管线在布置时要尽可能的使其与现有的管线成排布置，在借助原有支架的基础上形成共架，以减少支架生根；新增管道的支架类型可以参照原有管道的类型设定，这主要因为原有管道支架在设置时已经做了力学计算，而且新增管道与原有管道走向相同，这样可以减少不必要的工作量。在初步确定支吊架之后可以将管道三维制作图进行相应的完善。

6 管道布置中力学计算

力学计算可以有效检验管道设计的合理性，只有管道设计符合施工要求才可以进行下一步的管道布置施工。在初始设计阶段基本确定了管道走向、支架位置以及支架布置方式，完成这些工作之后需要对管道系统进行相应的力学计算验证，保证管道的承载以及支架的支撑能够符合力学要求。如果管道和支架的设计都满足规定的力学要求，则需要将支架以及支吊架的位置以及布置方式详细地记录下来。如果不符合，则需要对其进行重新定位，重新验证，直到找到最佳位置。只有这样才能最大限度地避免后期安全事故的发生。

7 结语

核电管道的设计是一项具有反复性并需要持续改善的工作，在进行核电管道设计时，设计人员要严格遵循科学规范执行，按照其设计原则进行相关操作。设计过程中一定要避免管道间发生碰撞、阀门安装不紧密、支架生根不合理以及资源浪费现象的发生[1]。另外，还要考虑到其安全性问题，保证管道设计满足核电生产的要求。

【参考文献】

【1】徐玄，廖涛，陈蕊.核电厂管道设计特点分析[J].产业与科技论坛，2016，15（08）：46-47.

【2】袁婕.核电二回路腐蚀管线抗震可靠性研究[D].大连：大连理工大学，2015.endprint