摘要：管道布置设计是综合布置设计完成后进行施工设计的一个重要环节，其设计目的是明确核电厂厂房内工艺管道的走向，所有设备的准确定位，准确标注出管道上支撑点的位置，以及各系统管道上的各类部件（如阀门、流量孔板、法兰、垫片、紧固件、膨胀节、过滤器、软管等）的位置及与工艺管道的接口；是管道三维制作图、支吊架组装图、总体三维制作图的设计输入；是以系统为依据，将系统功能具体实现的过程。管道三维制作图是安装公司在安装交工前进行管道安装的符合性检查及试验的依据。核电厂由于核安全要求的特殊性，在进行管道布置设计时有其自身的特点和要求。
关键词：核电；管道设计；特点
核电厂工艺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的系统流程图进行布置，而且还需要配合后期的调试、运行、检查与维护，为设备引入、拆卸、更换、起吊、各类试验等预留足够的空间，这样才能保证核电厂后期生产运行的经济效益。
一、核电厂工艺管道布置的特殊性及要求
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。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辐射的程度。
管道的布置设计应满足以下布置要求：
1)管道布置设计应满足系统工艺以及管道和仪表流程图的要求。
2)管道的布置应满足调试、运行、维修和在役检查的要求，为设备引入、拆卸、更换、起吊、各类试验等预留足够的空间。
3)管道宜集中成排布置，地上的管道应敷设在管架或管墩上。在管架、管墩上布置管道时，宜使管架或管墩所受的垂直载荷、水平载荷均衡。
4)管道布置不应影响人员的正常通行。在人员通行区域上方，管道和支吊架的底部应高于地面至少2100mm。为便于工作人员携带工具或进行必要动作，主要人员通道宽度不应小于900mm，次要通道的宽度不应小于600mm。如果不能满足上述要求，可将管道布置在靠近地面的位置，但应满足下述两个条件：
a)管道应该配有金属覆盖物保护；
b)管道不能对人员通行或设备维修产生影响。
5)应在管道规划的同时考虑其支承点设置，尽量使管道的形状能够达到自然补偿。具有热胀和冷缩的管道，布置中应进行柔性计算以保证管道系统具有必要的柔性。
6)管道布置不得影响周围其他管道、设备、构筑物的必需核安全功能的实现。应考虑事故状态下可能产生的管道破损、管道甩击、喷射冲击、水淹、局部环境（压力、温度、湿度、放射性水平）改变等对周围物项核安全功能的影响。
7)管道布置宜做到逐步升高或逐步降低，尽量减少气袋或液袋，否则应根据操作、检修要求设置放空、放净。
8)在保证管道柔性以及管道对设备、机泵管口作用力和力矩不超出过允许值的情况下，应使管道最短，组成件最少，以降低管道消耗量。
9)在易产生振动的管道的转弯处，应采用弯曲半径不小于1.5倍公称直径的弯头。分支管宜顺介质流向斜接，不应在振动管道上弯矩大的部位设置分支管。当从有可能发生振动的管道上接出公称直径≤DN40的支管时，无论支管上有无阀门，连接处均应采取加强措施。
10)管道的布置应具有相对独立性，互不干扰。承担重要安全功能的管道，例如与反应堆冷却剂系统相连接的管道、专设安全设施的管道等，应尽可能彼此分隔布置，避免因同时遭到损坏而影响安全功能的实施。
二、核电管道设计特点
要避免与本专业和其他专业的设备、管道或电缆托盘、桥架、风管等相碰撞。此管道走向区域已避开其它设备和管道；在布置管道时，尽量将新增管道布置成与已布置好的管道成排或成列布置，以便于减少管道支架的生根。管道在设计时应尽可能使用标准管件。在管道布置设计中，应尽量避免管件间的直接焊接，以利于焊缝检查。两管件之间焊缝距离也不应过短，否则会造成热应力叠加。除特殊情况外，阀门一般应设置在水平管道上，阀杆处于垂直向上的位置；阀门布置应为提升阀杆和检修拆卸阀门等留有操作空间，要便于安装、操作、维护和检修，有时为阀门操作和维修应设计必要的钢平台。管段上的阀门（尤其是带执行机构的大阀门）应设置支承，以免该管段和连接处负载过大。由于核电站的特殊性，管道布置要满足安全性、可达性、并兼顾经济性的要求。安全性主要包括辐射防护、防火、防水淹以及独立性、管道在役检查等要求。首先在管道布置前应明确管道有可能穿越区域的耐火极限、辐射分区、水淹分区等。独立性原则主要包括：保持多重系统部件间的独立性；保持系统部件和假设始发事件效应之间的独立性；保持不同安全等级的系统部件之间的适当独立性；保持安全重要物项和非安全重要物项之间的独立性。在布置设计中采用空间隔离或实体隔离原则来保证实现独立性，执行安全功能的冗余管道在布置时应进行隔离。在役检查就是在核电厂运行周期内，对某些系统和部件进行必要的检查，以判断它们对核电厂继续安全运行是否可接受。在役检查要求核电厂管道布置设计时采取适当措施，使得能接近受检部件，并使检验人员受到的辐射保持在合理可行尽量低的水平。可达性主要是要求为设备、管道及管道支架的安装、检查、维修留有足够的空间并设置必要的设施。
三、核电工艺管道设计工业化管理的实施
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。
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。
四、支架的设计
目前应用较多的支吊架类型主要有以下几种，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，合理承受管道的动载荷、静载荷和偶然载荷，合理约束管道位移，保证在各种工况下，管道应力均在允许范围内，增加管道系统的稳定性，防止管道振动。
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；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。在保证管道安全和正常运行的前提下，应尽可能地增大管道支吊架的跨距，以减少支吊架数量，降低费用。支吊架跨距可按表1推荐值选取：
表1支吊架推荐跨距
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。
总之，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。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]陈梦瑶.核电厂管道设计特点分析.2017.
[2]张东阳.浅谈核电管道设计过程及特点研究.2018.
论文作者:刘学芬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/1
标签：管道论文; 吊架论文; 核电厂论文; 支架论文; 独立性论文; 核电论文; 载荷论文; 《基层建设》2019年第9期论文;