論文：核電廠管道設計過程及特點分析

摘要：本文主要對核電廠管道佈置的設計原則和設計過程進行說明，並對核電廠管道設計特點以及在設計中應該注意的問題做了詳細分析。

關鍵詞：管道；佈置；特點

管道佈置設計是綜合佈置設計完成後進行施工設計的一個重要環節，其設計目的是明確核電廠廠房內工藝管道的走向，所有設備的準確定位，準確標註出管道上支撐點的位置，以及各系統管道上的各類部件（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；是管道三維製作圖、支吊架組裝圖、總體三維製作圖的設計輸入；是以系統爲依據，將系統功能具體實現的過程。管道三維製作圖是安裝公司在安裝交工前進行管道安裝的符合性檢查及試驗的依據。核電廠由於核安全要求的特殊性，在進行管道佈置設計時有其自身的特點和要求。

1.管道佈置的設計原則和特點

在管道具體佈置原則：

1）要避免與本專業和其他專業的設備、管道或電纜托盤相碰撞。此管道走向區域已避開其它設備和管道；

2）在佈置管道時，儘量將新增管道佈置成與已佈置好的管道成排或成列布置，以便於減少管道支架的生根。

3）管道在設計時應儘可能使用標準管件。

4）在管道佈置設計中，應儘量避免管件間的直接焊接，以利於焊縫檢查。兩管件之間焊縫距離也不應過短，否則會造成熱應力疊加。

5）除特殊情況外，閥門一般應設定在水平管道上，閥杆處於垂直向上的位置；閥門佈置應爲提升閥杆和檢修拆卸閥門等留有操作空間，要便於安裝、操作、維護和檢修，有時爲閥門操作和維修應設計必要的鋼平臺。管段上的'閥門（尤其是帶執行機構的大閥門）應設定支承，以免該管段和連接處負載過大。

由於核電站的特殊性，管道佈置要滿足安全性、可達性、併兼顧經濟性的要求。

安全性主要包括輻射防護、防火、防水淹以及獨立性、管道在役檢查等要求。首先在管道佈置前應明確管道有可能穿越區域的耐火極限、輻射分區、水淹分區等。獨立性原則主要包括：保持多重系統部件間的獨立性；保持系統部件和假設始發事件效應之間的獨立性；保持不同安全等級的系統部件之間的適當獨立性；保持安全重要物項和非安全重要物項之間的獨立性。在佈置設計中採用空間隔離或實體隔離原則來保證實現獨立性，執行安全功能的冗餘管道在佈置時應進行隔離。在役檢查就是在覈電廠執行週期內，對某些系統和部件進行必要的檢查，以判斷它們對核電廠繼續安全執行是否可接受。在役檢查要求核電廠管道佈置設計時採取適當措施，使得能接近受檢部件，並使檢驗人員受到的輻射保持在合理可行儘量低的水平。可達性主要是要求爲設備、管道及管道支架的安裝、檢查、維修留有足夠的空間並設定必要的設施。

2、管道施工圖設計

管道施工圖設爲施工單位的執行圖紙，供安裝公司進行管道加工預製及現場安裝管道使用，是安裝公司在安裝交工前進行管道安裝的符合性檢查及試驗的依據。是根據系統流程圖，管道清單、管道等級表、管道佈置圖對新增管道的細化設計，包括管道及其所有零部件的相關尺寸、位置、標高、規格型號、等級，連接方式，加工與安裝要求等，並附有所需材料明細表及管道特殊部件表。

透過查找所連接的設備及管線來確定的此管段的起點位置，再結合管道佈置圖初步設計出管道的走向，然後設計支吊架的位置和功能。

3、支架的設計

支吊架對管道起支承、限位和固定作用，保證管道和設備長期安全執行。在選用支吊架時應儘量採用標準零部件。支吊架主要類型及功能用途爲：

滑動支架：允許水平位移，限制管道向下位移；

導向支架：引導管道預定方向位移，限制其他方向位移；

限位支架：爲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構上的最經濟、最簡單的管道支吊架；

恆力支吊架：管道可以自由位移，當管道熱位移量較大時採用恆力支吊架。

管道支吊架的設定，一般根據管徑、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，設定時應考慮下列要求：

1）支架間距要求

根據管道的技術參數（如管道管徑、介質）確定支吊架間最大間距，以防止管道因各種載荷產生過應力。在水平管道上的支吊架應控制一定的間距，以防止管道產生過大的彎曲應力、剪應力以及彎曲撓度；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生的過應力；對於容易產生振動的管道也需控制間距，以調整管道的固有頻率。最終間距必須以力學計算結果爲準。

2）支架生根條件

支架設定並非嚴格按推薦的間距定位，要充分考慮廠房土建結構是否適合支吊架生根，以及是否會給附近管道、設備、通道、和其它工種帶來干擾、碰撞。當條件限制時，可適當縮小或放大間距，最終均以管道系統力學應力計算結果爲準。小管道的支架生根通常優先考慮藉助大支架，即與大管道支架共架的方式，也可以在土建結構牆、樓板、鋼結構生根。綜合以上因素，新增管線在佈置時儘量與現有管線成排佈置，以借用原有支架形成共架，減少支架生根；原有管道在支架設計時已透過力學計算，新增管道與原有管道類型及走向基本相同，其支架在設計時參考原有管道支架類型，在相應位置增加原有管道支架的共架支架。初步確定支吊架後完善管道三維製作圖。

支吊架圖用於表示支吊架的組成形式、生根方式、與所支承管道的相互關係等，是供安裝公司進行管道支吊架的加工、預製及現場安裝使用的，在支吊架圖中應提供支吊架所有特殊零部件加工的詳細尺寸及製造與安裝要求。

4、力學計算

力學計算是檢驗管道設計是否合理的過程，管道設計只有滿足力學要求，纔有可能進行工程施工。在初步確定了管道的走向、支架的位置和形式後，對系統管道進行力學計算，驗證其是否符合力學要求。如滿足力學要求，就確定了支吊架的位置與類型；否則，對管道支吊架進行修改，這是一個不斷優化的過程，直到滿足力學要求，最終得到管道及支承的最佳佈置。

5、小結

核電廠的管道設計除要符合普通管道設計原則（如：管道碰撞、閥門安裝、支架生根，節約成本等）外，還應充分考慮核電的特點，滿足輻射防護要求。管道佈置設計是一個不斷反覆、優化的過程，是一個尋求最佳佈置效果的過程，從而達到系統功能要求。