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摘要：核电厂内管系应力分析要遵守管道连接设备载荷的限制，本文主要介绍核电厂内压力容器、泵、换热器等设备接管载荷的限制以及降低作用在这些设备与管道连接处接管载荷的方法。
关键词：核电厂；设备接管；载荷许用；载荷方法
1前言
ASMEB31．1要求管道布置的设计要遵守管道连接设备的载荷限制。设备可以是核电厂内的泵、反应堆压力容器、稳压器、罐子、热交换器，以及核电厂内其他所有的设备。设计者需要明确核电厂设备接管载荷的限制，当进行管道力学计算时，管道与设备管道连接处的受力应控制在设备管嘴承受载荷的范围内，即使在热膨胀产生很明显的管嘴位移时也这样要求。
2降低核电厂设备与管道连接处载荷的方法
在核电站内的关键核心设备无论是种类还是数量都非常繁多，本文主要通过设备冷却水热交换器与管道连接处的许用载荷进行分析研究。在核电站中常用的热交换器有20余种，按结构形式可分为管壳式热交换器和板式热交换器，其工作状况直接影响到核电站的正常运行。文中简单分析降低热交换器与管道连接处限制载荷的方法，并在各种工况中的使用限制条件下的应力进行组合的评定；对热交换器等设备进行接管载荷分析时，应该考虑管道自重、压力、接管载荷和地震载荷。当面临施加在核电厂设备上的接管载荷过大时，一般来说设备已经采购完成，因为管道应力分析通常都在设备采购以后。换热器设备规格书中接管各个工况下的载荷，换热器WCC001ＲF与固定支架K102．002/PF之间构成了一个独立的管系，管道的设计应使得管道产生的外部载荷不超过设备管嘴设定的数值，管道与设备连接处的载荷必须小于设备各个运行工况下的许用载荷。在此情况下，通过下面几种常用的方法来降低作用在设备与管道连接处的接管载荷。
（1）由于设备、管道自重所引起的载荷，则适当增加支架作为支撑。在设计支吊架的时候，使用刚性吊架、弹簧吊架和恒力吊架等承重性支吊架，用来承受管道自身重量、保温层重量和管道中介质的重量等；水平管道的承重支吊架间距不能超过管道的允许间距［3］。在设备冷却水换热器与管道的三维布置图以及热交换器技术规格书接管各工况下载荷表中显示管道的直径为18寸，由于管径较大，从而引起管道的自重比较大，设计时若在管段bc处设置一支架，K201．001常采用弹簧支架，如果采用刚性支架，当管道热涨时，会造成管道和支架应力过大，出线损坏；但是如果把支架设置在K201．002点，此支架的坐标与设备管嘴a处坐标相同，支架类型可以使用刚性支架，因为管道热涨时ab段与dB段热涨长度基本相同，支架K201．001处只有水平方向的位移，没有垂直向位移。
（2）由于管道摩擦产生的载荷，考虑采用低摩擦垫板。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计时在设备与管道的三维图中设置了K102．003为GL导向支架，在设计导向支架时考虑采用低摩擦系数的光滑垫板或者垫板与管道之间的累积间隙保留2mm±1，从而减少导向支架与管道之间产生的摩擦力引起的载荷。
（3）对直接热膨胀增加约束并将其所造成的载荷远离对载荷敏感的设备。如果与设备连接的管道温度偏高，压力较大时，设计者在做约束支架时应远离设备，当地震产生的位移比较大时应适当增加阻尼器支架。尽量在热涨位移较小的地方设置支架，起支撑、限制约束的作用，热涨位移大的地方取消约束；热胀量超过100mm的架空布置的管道应选用加长管托，以免管托落到管架梁下。
（4）防止管道振动。在管道布置设计时设置的阀门支架不但考虑支承重量，还要考虑管道热膨胀及承受振动的力。当阀门进出口压差比较大或者液体管道减压过程产生气体时，均易产生剧烈振动，管道还应考虑水锤的可能性。如果热胀力允许，应把固定架设置在调节阀的出口侧，进口侧管道上设滑动架，如果有必要时在调节阀出口侧的垂直管段上设导向架。在管道支架间距要求允许的情况下，避免将支架生根于建筑结构梁上，防止支架把管道的振动传递给建筑物，因此在管道布置设计时把管道的支架生根在楼板基础上。在管道上不允许产生位移的地方，应设置固定支架。固定支架生根在牢固的厂房结构或专设的结构物上。
（5）增加管系的柔韧性。尽量利用管道的自身支承作用，少设置或不设置支架；要利用管系的自然补偿能力合理分配支吊架点和选择支吊架类型。增加管系柔性的方法：增加膨胀节，但是膨胀节降低了管道的总体可靠性，因此增加膨胀节是最后的解决方法。管系中的弯头可增大管系的柔性，但设置较长的直管段比一系列通过连续弯头连接的多段直管段的柔性更好。管道系统的形心离两个端点间（对仅有的两个固定支撑的管系而言）的直线越远，热胀应力就越低。
（6）考虑采用冷紧措施。冷紧是在管系中引入一个简便的方法来补偿产生的热膨胀，它可用来减小设备中的载荷。
3其他非核级、非抗震标准设备管嘴的载荷限制
其他非核级设备、非抗震标准的载荷限制由制造厂提供，或者如果该设备是按照规定载荷限制的标准所制造时则按照该载荷限制；对按照这些标准的设备，制造厂基本上要求按标准去设计用于某一最小载荷的设备。另外买方可在采购技术要求中规定设计最小设计载荷。设计者在管道布置设计时，应使管道产生的外部载荷不超过设备管嘴的许用载荷，即使在热膨胀产生很明显的管嘴位移时也应满足这样的要求；如果发生了热膨胀产生的管嘴位移很明显，设备的供应商应在设计的研究阶段就应该通知设备购买方设备管嘴热膨胀的位移量和方向；当管系计算完成后，管道与连接设备的实际计算载荷大于设备规格书中的载荷值，应将实际载荷提供给设备的供货商，供货商进行复核计算，以保证设备的接管载荷与管系计算的实际载荷相适应。
4结束语
核电厂的设备与其连接的管道是相互作用的，管道会对核电厂设备管的嘴产生一个作用力，在核电站的各个工况运行时设备管嘴所受载荷不能超过设备管嘴的载荷。管道设计时对核电厂中的设备及连接的整个管系进行自重、压力载荷和接管载荷下的模态分析、静态分析和地震载荷下的动态分析，并按ASME的相关要求，对其在各种工况条件下的应力进行组合与评定，通过增加承重支架、π型弯、减小摩擦系数及其膨胀节等措施，使计算应力值与规范规定的应力限值之比小于等于1，管道与设备连接处各个工况下的接管载荷小于设备规格书中的许用载荷，并满足相关规范要求。
参考文献：
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[2]杜广，陈昊阳，杜晓彬，等. 降低核电厂设备与管道连接处载荷的方法分析[J]. 产业与科技论坛，2016，15（16）：71-72.
[3]杨展. 关于加强核电站管道支吊架的优化设计分析[J]. 建筑工程技术与设计，2017（6）.
论文作者:欧阳桂涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/9/3
标签：载荷论文; 管道论文; 设备论文; 支架论文; 热交换器论文; 核电厂论文; 吊架论文; 《防护工程》2018年第7期论文;