核電廠工藝管道支吊架布置分析

張春梅

中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司 福建福清 350318

由于國家科學(xué)技術(shù)的進步，我國的核電相關(guān)技術(shù)應(yīng)用更加成熟，針對當(dāng)前的能源以及環(huán)境現(xiàn)狀，我國提出節(jié)能減排的倡議，但是社會經(jīng)濟的發(fā)展必須有足夠的能源動力支撐，核電作為一種清潔能源，其能源特點能夠有效解決能源與環(huán)境在發(fā)展中的矛盾，核電廠未來可能會迎來更大規(guī)模的發(fā)展。

工藝管道系統(tǒng)作為核電廠的重要子系統(tǒng)之一，一直以來默默無聞，但是其對于核電廠的貢獻卻是不可替代的。工藝管道系統(tǒng)主要涉及管道的線路設(shè)計和布置，還有支撐固定管道的吊架的布置設(shè)計.核電廠工藝管道系統(tǒng)龐雜，其管道支吊架布置工況比較復(fù)雜，合理設(shè)計管道及支吊架的線路布局，不僅可以規(guī)避線路不合理的情況，提高管道的使用效率，還可以提升管道系統(tǒng)的生產(chǎn)安全性[1]。

1 工藝管道的相關(guān)分析

1.1 管道承受的載荷

管道工作中會承受的很強的壓力載荷，其中主要有持久性載荷，即不加斷地作用于管道系統(tǒng)，如管道所收到的壓力和重力載荷；臨時性載荷即就是臨時對管道系統(tǒng)造成的載荷作用，如開關(guān)管道閥門時形成的反沖力和壓力變化等；交變性載荷即就是受力的大小和方向不固定，隨時間發(fā)生變化的載荷，如溫差造成的熱脹冷縮、端點位移等。

1.2 載荷施工分析

在管道的應(yīng)力分析中，涉及到載荷施工分析，這是確定載荷工況的重要環(huán)節(jié)，不同載荷工況的載荷情況不同，對子要有針對性的施工分析，使不同的載荷工況都有合適的施工方案，以滿足的設(shè)計相關(guān)標(biāo)準，這些在具體的力學(xué)分析中可以看出來。

1.3 管道所產(chǎn)生的應(yīng)力分析

管道由于受力、濕度、溫度場變化等而變形，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的應(yīng)力，根據(jù)應(yīng)力的強度大小，大致可以分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力。一次應(yīng)力主要包含外載荷引起的管道內(nèi)部形成的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，它必須保持受力的平衡性，其基本的特點就是不能自我恢復(fù)，它始終隨著受力大小的變化而變形，超過管道結(jié)構(gòu)的屈服極限或持久強度，就會使管道發(fā)生過度形變，破壞管道結(jié)構(gòu)。二次應(yīng)力是管道由于形變而產(chǎn)生的正向的正應(yīng)力或剪應(yīng)力，它本身不與外力不平衡。比如管道和其他的變動情況產(chǎn)生的力[2]。

1.4 工藝管道系統(tǒng)的布置

在整個工藝管道系統(tǒng)中，對于管道布置的要求有所差異，重要性一般的管道可以簡單按照相關(guān)的工作規(guī)范，設(shè)計布置工藝管道及支吊架，設(shè)計及規(guī)范滿足標(biāo)準要求即可，比較重要的管道布置，前期則需要進行應(yīng)力分析，精確計算管道各處應(yīng)力，確定設(shè)計是否能滿足生產(chǎn)要求，最大程度優(yōu)化布局支吊架的位置，調(diào)節(jié)管道在復(fù)雜工作環(huán)境中受力情況在可承受范圍之內(nèi)，保證設(shè)備能夠正常工作。

通常管道布置工作，需堅持以下這些原則：首先，支吊架的位置、數(shù)量要與管道的重量相協(xié)調(diào)，合理布局，能夠承載管道重量和其他的連接的設(shè)備的重量；其次，管道線路設(shè)計盡量避免較長的直管道，在管道延伸方向上，多使用彎曲結(jié)構(gòu)，采用彎管結(jié)構(gòu)布置，則可以減小熱脹應(yīng)力，從而約束軸向管道，防止管道受損；再次，跨范圍大面積的管道布置，需要設(shè)計好支吊架布置，使管道系統(tǒng)的康災(zāi)害能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性更高。最后，對管道上的閥門設(shè)備注意保護，避免周圍的支吊架對其功能發(fā)生影響。

管道系統(tǒng)的受力分析，如果超過管道的承受范圍，不符合要求，要積極尋找問題所在，通常情況下，可以通過降低熱脹應(yīng)力的限制，增加管道抗自然災(zāi)害的應(yīng)力，如果是承重機構(gòu)的問題，可以適當(dāng)?shù)脑黾踊驕p少承重支架數(shù)量。

2 支吊架布置分析

2.1 支吊架的種類

管道的支吊架即就是承擔(dān)管道重量、控制管道形狀或位置，保持管道位置和形狀不發(fā)生變化，緩解管道在使用過程中所收到的內(nèi)外部應(yīng)力，防止連接設(shè)備和外部所受載荷對管道造成破壞作用。根據(jù)其實現(xiàn)功能，大致可以分為三大類，一類是用于承載管道重量的支吊架，包括恒力支吊架、滑動支架、剛性支吊架等；一類控制固定管道位置的，包括固定支架、導(dǎo)向支架；還有一類是防止管道發(fā)生震蕩的支吊架，包括阻尼裝置等。

2.2 支吊架的布置原則

在對支吊架的布置過程中，保證支吊架規(guī)格質(zhì)量相同，便于施工過程中的安裝，和后期的管道維護。在制造設(shè)計過程中，講究實用簡單，兼顧設(shè)備的美觀性，如減少錨固點。支吊架的結(jié)構(gòu)大小要與施工環(huán)境相協(xié)調(diào)，盡量減少空間的限制，而且體積不宜過于龐大。同時也要注意支吊架的設(shè)計，有足夠的安全可靠性，便于后期檢查。

2.3 支吊架的受力與布置分析

支吊架的位置確定了其對管道的承載力大小，不同類型的支吊架也會影響其承載力，從這兩個方面分析它們對管道受力的影響，可以總結(jié)為三個點：首先，支吊架與管道的接觸位置決定了管道的最大應(yīng)力點，其不同的類型也直接影響管道系統(tǒng)的應(yīng)力分布和端點的應(yīng)力值。其次，支吊架的設(shè)計方案以實用為準，沒有固定模式，同樣的管道系統(tǒng)可以有多種支吊架設(shè)置方案，但是不同的設(shè)計方案會改變管道系統(tǒng)的應(yīng)力分布，可以在所有的可行支吊架布置方案中，找出位置設(shè)置和類型選擇最佳的方案。最后，如果存在支架位置或支吊架不合理的情況，應(yīng)該多次計算分析，調(diào)整現(xiàn)狀[3]。

3 結(jié)語

支吊架布置和管道系統(tǒng)應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)，彼此互相影響，在施工過程中，先進行支吊架的布置，在此環(huán)節(jié)中，要認真考慮其他因素對施工的影響，包括管道的重量、連接設(shè)備的重量和管道熱膨脹效應(yīng)大小等等。這其中，熱脹冷縮效應(yīng)會使管道系統(tǒng)的形狀造成較大影響，在設(shè)置，支吊架時，就需要將支架設(shè)置在變形量小的位置，防止熱膨脹效應(yīng)過大釋放損壞支架，或者可以設(shè)置一些柔性支架避免問題產(chǎn)生，除此之外，工作中還涉及很多計算的工作，必須做到細致認證，才能保證工作更加順利連貫的完成。