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摘要:笔者通过对核电站管道支吊架预制及安装的质量控制工作,发现支吊架在设计阶段存在选型复杂,施工阶段布置不合理,工程变更较多等问题,给安装工作造成较大困难,难以保证施工质量。本文针对设计、施工中存在的问题进行了探讨和分析,提出了优化改进措施,可以提高工作效率,保证核电站支吊架施工质量。
关键词:支吊架;布置;分析
1.支吊架简介
1.1 支吊架的范围及主要功能
支撑管道的支吊架通常分为两部分,一部分属于土建主结构部分,习惯称为“管架”或“管廊”;另一部分管道与土建主体结构之间相连接的各种支、托、吊部分,包括生根在建筑物(钢结构)上的各种支架以及高度在2m以下的独立支架,通称为“管道支吊架”。本文中所指支吊架即为后者,属管道专业设计、安装范畴。
管道支吊架的主要功能概括为:承受管道载荷、限制管道位移和控制管道震动三个方面。其中承受管道载荷为支吊架最主要、最普遍的功能。
1.2 支吊架的分类及构成
根据管道支吊架的功能以及管道支吊架各自的主要性质和用途,可将其分为承重支吊架、限位支吊装置和振动控制装置三大类。管道支吊架装置都是由装在管子上的部件(管部结构)和固定在承载结构(建筑结构或设备)上的部件(根部结构)以及与这两类部件相连接的中间部件[支吊架装置的功能部件(简称功能件)和(或)中间连接件]所组成。
2.支吊架设计、施工中存在的问题及分析
2.1 支吊架出现的问题
在核电站管道系统投入调试运行后和大小修检查中发现:由于设计或施工的问题,使支吊架工作状态异常,造成管道受力不合理,或因锈蚀耐久性降低等问题,使管道运行条件达不到原设计要求。归纳起来主要有以下几个方面:
(1)管道和支吊架在安装过程中存在施工偏差。管道系统运行后管道限位结构断裂、脱离、失效,或者强度不够引起变形偏斜;支吊弹簧压缩、伸张受阻,不能灵活自如,恒力吊架花兰螺丝的螺母卡在其它钢梁上,导致弹簧的变形、失效。
(2)支架空托、悬空。由于设计或安装时热位移量不够,致使管道导向支架因空托或悬空而失效。
(3)支吊架严重锈蚀。特别是支吊架管部、根部和弹簧等,一则安装顺序不当,部分区域防腐质量差或防腐施工不可达;二则由于长期处于海洋性盐碱环境、运行工况差,检修和维护是个死角,致使这些部位严重受损。
2.2 设计、施工中存在的问题原因分析
产生上述问题的设计原因是:核电站支吊架在传统设计时为了实现其对管道系统的预设作用,采取了多种多样的设计形式,基本没有参照标准支吊架图集选型,致使部分支吊架庞大笨重,结构复杂异常。
施工中存在的原因有:支吊架施工顺序是预制阶段组装焊接完毕后进行喷砂防腐,安装阶段支吊架调整完毕后进行补漆。传统的施工工艺经现场实际操作时发现存在以下问题:
(1)支吊架安装困难。由于部分支吊架体积、重量较大,在现场安装时通常要考虑采取手拉葫芦或其他吊装措施,加之个别核岛厂房空间狭小、管道和支架密集,给支吊架的安装就位带来很大困难。
(2)防腐涂装施工困难。核电站支吊架中采用了众多的箱型结构,传统核电站支吊架箱型结构防腐蚀做法是:长度≤300mm时,人工用毛刷从开口端刷漆;长度>300mm时,不进行内壁涂装防腐,将另一端封口密闭。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经验表明,对于不封口的箱型结构采用人工毛刷涂漆的效果较差,常出现漆膜厚度不够及流挂、起皱、起皮等质量缺陷;如果进行密闭处理,也存在不足:密闭处理时存在一部分空气在箱型结构里,为以后支吊架的锈蚀埋下隐患;支吊架从预制到最终安装的周期较长,密闭工作通常只能在支吊架调整时进行,密闭前箱型结构内部已经锈蚀;支吊架预制时在进行组装焊接,组件之间形成缝隙、死角,进入喷砂防腐阶段,无论利用机械除锈或手工除锈效果均不好,防腐涂装更加困难,称之为防腐不可达。
(3)现场变更多,影响施工速度。由于核岛厂房内安装工程涉及电气、通风、仪表、管道等众多专业,现场情况错综复杂,在施工阶段往往由于多专业“打架”或本专业“打架”,而需对支吊架进行变更使支吊架工作。核电站的变更管理流程线路较长,批复流转时间久,影响施工顺畅进行。
3.支吊架的设计优化
支吊架设计是管道设计的重要任务之一。从某种意义上说,管道的设计过程也是管道支吊架设计过程。为了减少核电站支吊架变更,方便安装,需要进行优化设计,建议如下:
3.1 管道支吊架设计选用应优先选用标准的及通用的支吊架
在设计中,应优先选择普通支吊架,尽量减少弹簧支吊架,由于弹簧支吊架比普通支吊架贵,在长期工作状态下还有失效问题,不如普通刚性支吊架耐用可靠,且过多的设置弹簧支吊架还会使管系各点位移方向失去控制,稳定性差。另外,标准支吊架在预制、安装过程中容易积累经验,组织标准化施工,提高支吊架安装质量。
3.2 在支吊架设计中应考虑足够的安装和维修空间
在核电站支吊架安装过程中由于空间狭窄,给支吊架的安装和焊接工作造成很大困难,容易造成支吊架安装位置偏差不能保证管道系统受力状态,而且支吊架最后在补漆时也不能保证涂装质量。同时也给电厂投入运营后,检修人员进行支吊架系统冷态、热态调整及维修带来极大的不便。因此支吊架在设计时应尽量简化型式,在满足设计功能的情况下优先采用构造简单的小型支吊架。
3.3 采用新型组合式支吊架,减少焊接工作量和安装难度
传统支吊架以焊接方式连接,整副支架焊接好后再安装,非常笨重,安装时需多人合作才能完成;而新型支吊架以连接件的方式组合、咬合或啮合支架各部件,安装时只需两人合作即可轻松完成支架安装。新型组合式支吊架可以工厂标准化生产,现场安装即可,与原始的制作方式相比降低了材料与辅材的损耗,节省了大量的人力成本,提高了工效和施工安全性,减少了对环境的污染。
4 支吊架布置
4.1 支吊架的布置原则
(1)尽量应用标准支吊架,有利于制造、安装、降低成本。
(2)设计简洁,锚固点尽量少。
(3)支吊架的结构要受到空间的限值,所以体积不能过于庞大。
(4)支吊架的设计要考虑到安装的可达性性和后期维护的方便。
4.2 支吊架布置与应力分析
管道上支吊架的位置和类型是影响管道应力分析的两个重要因素,它们对管道应力分析的影响主要有以下三个方面:
首先,支吊架位置和类型的设置直接影响到管系的应力分布状态、最大应力点、管系端点应力值和力矩值。
其次,支吊架的设计比较灵活,同样的管道布置有不同的支吊架设置方案,不同的方案将会导致管系的应力分布也不同,因此,在支吊架的的位置设置和类型选择上,应该力求最优方案。
最后,如果支架位置不合理或者支架类型不合适,导致反复多次计算。
5.结束语
提高核电厂管道支吊架的安装质量,精心调整支吊架施工工序,使其处于良性工作状态,这项工作已越来越受到核电业主及参建单位的重视。通过这项工作,可以有效地减少支架失效导致事故的发生,不断提高核电厂的安全生产水平,延长机组的使用寿命。
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[5]刘纪才.新型组合式支吊架在建筑安装工程中的应用.安装,第9期,2009.
论文作者:眭洪涛,王建强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/18
标签:吊架论文; 管道论文; 核电站论文; 支架论文; 结构论文; 应力论文; 工作论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;