核电应急机组系统管路优化设计

姜旭龙　邢淑梅

[摘要]通过对应急机组管路系统原理图、核电厂抗震设计规范的详细分析，本着管路集中布置、方便维修、节约空间、符合核电厂抗震设计规范的原则进行设计管路的走向和固定位置。

[关键词]管线；支吊架；管卡；应急机组

0引言

台山核电厂一期工程建设的2台EPR型压水堆核电机组，单机容量175万千瓦，是目前世界上单机容量最大的核电机组。该工程为中法合资项目，总投资约500亿元。常规岛设计供货由中广核工程公司牵头，与中广核设计公司、阿尔斯通公司及广东电力设计院组成联合体承担：电站辅助设施的设计供货由中广核工程公司承担。项目业主广东台山核电有限公司承担工程项目管理和生产运营，并联合国内施工单位和中广核工程公司完成建安施工和调试等工作。通过中外双方共同建设模式，台山核电项目将加快实现EPR三代核电机组在设计、设备制造、建安施工、调试和运营等全方位的自主化目标。为积极推进我国核电建设作出新的贡献。项目建成后，年上网电量可达260亿千瓦时。建设台山核电不仅可有效缓解广东省电力长期紧张局面，促进广东省能源结构优化调整，而且对推进广东省进一步加强国际合作发展核电产业具有重要意义，

近年来，随着我国核电事业高速发展，对核电厂安全可靠性要求也越来越高。我国是地震多发国家，在地震发生时，非核级备用应急供电厂房能够正常运行，可以有效防止核电厂设备发生危险。无论是常规火电厂还是核电厂，各种设备都需要通过管线连接才能发挥其相关系统功能，因而管线系统对电厂的正常运行起着非常重要的作用。合理选择布置管线及其相关部件，是减小管道应力和载荷的有效途径。同时管道支吊架是管线系统中一个重要组成部分，它对管道起着承受载荷、限制位移和控制振动等作用。

1达到的技术目标

通过对应急机组管路系统原理图、核电厂抗震设计规范的详细分析，本着管路集中布置、方便维修、节约空间、符合核电厂抗震设计规范的原则进行设计管路的走向和固定位置。

依据核电厂抗震设计规范（GB50267-97）、电力设施抗震设计规范（GB50260-96）规定，该管线系统为一类建筑物中的重要设施，设防烈度为8度，即系统的设计抗震能力能承受8级地震所产生的0.10g，加速度的作用力，并且安全系数应大于1.67。

2关键技术

2.1管卡结构设计

管束的管卡座设计成三向可调型管卡座（图1、图2），在安装焊接过程中对因建筑、管路尺寸及安装位置出现的影响管路固定的偏差可以通过管卡座的调整来消除，以便顺利的固定管路。核电常规岛应急机组所供设备比较多，管路较长且复杂，因环境温度、管路自身介质温度等原因会造成管路自身尺寸的变动，同时设备及建筑的误差等因素也影响管路的安装。如果按照常规管卡固定方式及管卡直接连接在固定物上固定管路，势必造成管路高低不平，增大管路在管卡处的横向应力，而减少管路的使用寿命。在安装管卡时，在管卡上加装二级可调装置，这样在管路安装时可先将管路按其自然状态安放好后，安装管卡。用二级可调装置找好管卡与地面预埋铁的距离。调整好后再进行焊接固定，这样完全避免了因地面不平及安装过程中因管路较长而带来的误差，同时也尽可能的减小了管路在管卡处的横向应力。

2.2管卡位置设计

管卡约束可分为以下四大类：

1）管路连接设备上的固定约束

2）穿过楼层板或墙壁后设置的管卡径向约束：

3）根据压力管道设计规范（SH/P26-2005）等得到相对固定的管卡约束：

4）根据计算位移和应力变化调节得到的可调位置径向约束。

根据压力管道设计规范（SH/P26-2005）规定，管道支吊架的位置，一般应根据管径、管道形状、阀门和管件位置，以及可生根的部位等因素确定。设置时需要把握以下原则：

1）管卡布置应靠近集中载荷部位，以减少偏心载荷和弯曲应力；

2）在敏感设备（泵、压缩机）附近，应增设支架以防止管道载荷作用于设备接口上：

3）宜利用建筑物、构筑物的梁、柱等设置支吊架的生根构件；

4）垂直管道支架跨距大致可按照水平管道支架间距进行圆整：

5）在垂直管段弯头附件，或在直管段重心之上设置承重架，如果管道重量过大，一个支架承重有困难时。可增设可变弹簧承重支架。垂直管段较长时，可在下部增设导向架，但不宜设置在靠近弯头和支管的连接处：

6）为防止管道过大的横向位移和可能承受的冲击载荷，可设置导向管托：

7）而对于水平弯管，两个支架间距管道展开长度L，不应大于水平直管段上两支架间距的0.7倍，参见图3：图3弯管管卡布置图示

8）直接与设备管口相接或靠近设备管口的公称直径等于或大于150mm的水平安装阀门应考虑支撑：

9）支吊架边缘与管道焊缝的间距不应小于50mm，与需要热处理的管道焊缝的间距不应小于100mm。

《建筑安装工程施工组织设计、进度控制与科学管理及标准规范实务全书》第七部分提到，对于高于5m的楼层（该厂房为6，6m），每层设不少于2个管卡且均匀安装。因所有支撑点都必须有生根的结构，所以同时兼顾考虑建筑厂房的可设预埋铁位置对各管线管卡位置进行初步设计。

根据火电厂汽水管道设计技术规定（DLT5204-2005），通过计算：管卡跨距应符合表1要求。

2.3ISO图绘制设计

管路系统除流程图外，核电标准要求要绘制ISO图来指导安装工作，将系统管路实际的走向通过运用CAD软件绘制出相应轴侧图，在轴侧图上标注出管路上布置的阀、法兰、仪表、三通等部件，同时标注出各部件的坐标位置以及管路断管处的坐标位置，并标出管路所连接的设备与该管路所连接的下一段管路的标识，同时各部件的相关信息：材质、通径、所用标准、型号等也要反映在ISO的明细栏上，以便生产安装使用。

3计算及验证

按照核电厂抗震设计规范（GB50267-97）等对相应管线设计的约束位置进行模态分析，在固有模态计算分析基础上根据中广核有限公司提供的地震谱进行地震激励作用下的响应谱分析，以验证设计的约束位置是否符合抗震要求。

根据核电厂抗震设计规范（GB50267-97）应力计算相关规定，安全一级管道在承受极限安全地震震动引起的地震作用时，载荷组合效应工况下得到的应力应满足：

σ_max≤3.0S_m

其中，S_m为许用应力。

通过对各管路进行有限元计算分析，各管路在满足设计约束位置时抗震应力计算结果见表2。

对于排烟管，各管段材料不同。在地震激励作用下最大应力为67.864MPa，发生在波纹管段，材料为SUS316L，在380℃时的许用应力为90MPa，在地震激勵作用下排烟管产生的最大应力小于该条件下排烟管许用应力值且远小于规范所要求的3倍许用应力值。对于排烟管其他管段在地震激励作用下产生的应力值均远小于该管段材料在对应温度条件下许用应力值，故对排烟管的约束设计符合要求。

经计算验证，核电常规岛应急机组系统管路约束位置设计符合抗震要求。

4结束语

我们成功的完成了核电常规岛应急发电机组系统管路的设计，并且计算验证已经完成。常规岛的1号、2号机组系统管路已经顺利安装，满足了用户提出的各项要求，通过了核电标准的严格考验，尤其是在对核电系统管路的设计流程、标准、规范有了更进一步的了解。用户对我们的机组管路设计有了很好的印象，本项目的成功完成，为公司在陆用核电柴油发电机组领域的发展奠定了良好的基础，也为公司以后的发展，提供了更多更好的机会。该应急机组系统管路的成功优化设计使得我公司柴油发电机组在核电领域的开拓有了新的进展。拓展了我公司柴油机的应用领域，对公司作强作大柴油机发电机组产业有重要意义。

[责任编辑：杨玉洁]