关键词：核电站 工艺管道 管道布置设计 支吊架设计
前言
在核电站管道设计中，管道布置设计是其中最重要的一个环节。核岛厂房部分工艺管道分布广、数量大，布置设计工作的好坏对管道及支吊架详细设计、管道的制造和安装成本、电厂运行时的检修有直接影响。正确布置设计才能使管道布置合理、管系受力合理，保证管道的安全性，使其实现功能；给施工带来方便，缩短工期，降低成本；方便检修。因此做好工艺管道布置工作意义重大。本文对核电站小管道布置设计准则进行了探讨，意在供广大核电管道布置设计者参考研究。
1.设计工具
核电站管道布置设计常用设计工具主要为PDMS、MDS、AUTOCAD以及由设计单位自行开发的软件。
2.管道布置设计准则
管道布置设计应当参照系统手册研究系统流程图，了解该管道在系统中所起的作用，管道的设计参数、管道的连接、流向，以及管道上阀门及其他部件的有关参数等，并了解该系统对管道布置有无特殊要求。依据系统流程图在厂房中确定管道两端接口位置（设备管嘴、大管管嘴及贯穿件等），并根据厂房空间确定管道初步走向。根据管道自重、热膨胀以及地震等确定管道支承位置和功能。最后对其进行力学验证，如果通过，则证明管道及其支承的设计是可行的；否则，则需要对管道走向或支承进行修改，然后再重复强度校核的过程，直至结果通过。
2.1.管线起点、终点坐标的确定
首先确定所需要布置的管线，根据流程图查出管线的起点和终点。在模型中找到其连接的管道或设备，这些管道或设备上相应的接口点就是该管线布置的起点和终点。
2.2.管道及在线设备的布置
在PDMS模型中确定了管线的起点和终点位置后，根据系统功能及厂房空间确定管道布置，同时应注意以下规则和要求。
2.2.1.一般技术要求
管道应布置应尽可能的靠近土建结构（天花板、墙、梁、柱、地板等），以方便支吊架的生根；
对于一般的管道，应尽可能平行布置，以便进行集中支吊。此时应尽量使管底标高一致，并将管径较大的管线布置在内侧靠近墙体处，管径较小的放于外侧；
管道的布置应尽量考虑现有的预埋板的走向；
对于输送液体的管道，应考虑坡度；
应考虑与管道连接的管道和设备引起的振动，管道接口点的热位移；
应使管道有足够的柔性，以消化管道的热胀；
非抗震管道不能布置在抗震管道的上方；
避免管道组件之间，管道组件和设备之间直接焊接的形式。相邻的两道环焊缝之间应具有足够的长度；
2.2.2.阀门的布置
较大、较重的阀门应当布置在管道的正上方或正下方；
阀门的布置应当有足够的操作、维修空间；
阀门应放在高放射性区域之外，否则应采用远传机构，防止辐射对操作者的影响。
2.2.3.管道的疏水和排气
管道线路中高低点的数量尽可能少。
为低位点提供排放管，包括存水弯管段和贮水槽，以允许整个系统排流；
为高位点提供排气管，但要求气动试验的管线，如低压空气管线除外；
在两个阀门之间有一系列高位点的管道系统中，在最下游的高位点处应设排气管。
2.2.4.空间预留
高温管道周围应留有足够的空间，以便于安装和拆卸（需要进行焊缝检查的部分）保温层；
相邻两个管道之间应满足一定的间距；
管道布置应给设备周围留出足够的空间，以用作设备的安装、操作、检修等；
在吊车的运行轨道里管道禁止横穿；
留出足够的空间供焊接和无损检测等。
2.2.5.流量孔板
流量孔板前后应当有一定长度的直管段。
2.3.碰撞检查
管道与其他管道、其他专业的实体以及检修、吊装空间、人行通道的碰撞都是必须要避免的，如果发生碰撞则需要将其修改至合适。
3.管道支吊架初步设计准则
管道支吊架的初步设计主要包括支吊架的功能和位置的确定。管道支吊架的功能和位置应根据管道系统的总体布置综合分析确定。支吊架系统应合理承受管道及在线设备的动荷载、静荷载和偶然荷载；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；满足管道所连设备对接口推力(力矩)的限制要求；增加管道系统的稳定性，防止管道振动。支吊架还应根据管线周围可生根支架的环境情况合理布置，并遵守以下原则。
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3.1.支吊架的最大间距
3.1.1.竖直方向限位
竖直方向限制的支吊架间的间距不得超过项目允许的管道最大间距（Lmax），竖直管道最多只需一个竖直限位的支吊架。
3.1.2.水平方向限位
水平方向限制的支吊架最大间距Lmax’应由如下公式计算
Lmax’= y×Lmax （公式3.1）
其中系数y取值在1～6之间，跟厂房的地震响应谱、管道的材质、质保等级、是否保温有关。
3.2.一般原则
对于平行管束，应尽量做成多管共架；
必须考虑现场安装支架所需的空间；
考虑支吊架生根的位置；
支架位置距离管道焊点不得太近；
支架应尽可能靠近集中荷载处，以使管道内弯曲应力减至最小；
设备连接口附近的支架必须考虑设备的接口点位移及振动的影响。
按照上述要求，在三维模型中确定出支架的准确位置并做出标识。
3.3.支吊架功能的确定
支架功能的确定主要是考虑管道的刚性、柔性及防止地震的要求。
一般来说，管道布置应考虑载荷的影响，在不超过竖向最大间距的情况下添加承重支吊架；较长时应考虑限位支架，以避免管道的横向摆动；在限制管道刚性的同时还应保证管道有足够的柔性。
3.4.计算验证
对于管道布置设计的计算，主要包括以下内容。
3.4.1.支吊架间距是否能够满足管道跨距要求
支吊架各个方向的限制是否超过了允许的最大跨距。
3.4.2.支吊架能否满足管道柔性要求
对于有热胀的管道，应当计算验证用于吸收消化热胀的那段管腿长度是否足够将热延伸量补偿或消除。
3.4.3.在线集中质量的处理
对于存在在线阀门等集中质量处，应当将这些集中质量折算成相应的管道长度，并确定该管段处的支吊架设置。
对于集中质量0.5Mp﹤Ma≦2Mp时，应在距焊点小于100处增加导向支架。
对于2Mp﹤Ma时，应在集中质量两侧距焊点小于100处分别增加一个导向支架和紧固支架。
当集中质量有较大扭矩时应在集中质量本体上支撑。
其中：
Ma--集中质量
Mp—最大间距的管道质量
4.布置设计中应注意的问题
在布置设计中经常会由于布置设计者考虑的不全面，产生了一些不合理的布置，这些问题是会对现场施工以及以后的运行产生很大的影响，设计者在设计过程中应注意避免的。
4.1.管道布置使支吊架无处生根
主要体现在管道在房间中间通行，或在电缆通风管下布置，使支吊架设计无法生根，此种布置有问题应当进行修改成可借助墙、梁、柱等的布置方式。
4.2.管道布置使支架无法设置
主要体现在在原有管道布置情况下，无论如何布置支吊架，其热胀均无法消除，则需要修改管道布置。
4.3.坡度问题
主要体现在管道布置坡度不合理，易形成气袋及液袋。
4.4.在线设备无法操作
主要体现在阀门位置不合理，布置太高或布置在其他设备后面，人员无法对其进行操作及检修。
结束语
综上所述，管道支吊架设计首先应满足管道走向和管道功能的要求，同时应有较强的可操作性，尽量选用标准支吊架，设计出最合理的布置和选型方案。以提高管系的安全性、支吊架施工的可操作性进而达到缩短施工周期的目的，提高整个核电厂的经济性。
参考文献：
[1]《EN 13480》 2002
[2] 电力工业部东北电力设计院主编 DL/T 5054—1996 《火力发电厂汽水管道设计技术规定》
[3]徐至钧 主编 《管道工程设计与施工手册》 北京：中国石化出版社
论文作者:翟连付, 贺金甲, 邢苍梅
论文发表刊物:《建筑实践》2020年1月1期
论文发表时间:2020/5/7