核電管道保溫工程的設(shè)計(jì)及施工思考

張家兆

中國(guó)核工業(yè)二三建設(shè)有限公司 北京 100000

核電站在正常的運(yùn)行過程中，存在著高溫工藝管道內(nèi)介質(zhì)的熱損耗和低溫管道內(nèi)介質(zhì)的冷損失。為了進(jìn)一步保證核電站的正常運(yùn)行，使其在工作中保持良好穩(wěn)定的工作狀態(tài)，必須做好核電管道的保溫工作，在進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)的時(shí)候，結(jié)合核電管道施工的具體情況，進(jìn)行專門化和個(gè)性化的設(shè)計(jì)，做好管道建設(shè)材料的選擇，通過建設(shè)方案的調(diào)整和優(yōu)化提高管道工作效率，為核電建設(shè)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的綜合提升提供必要的支撐和保障。

1 核電站管道概述

核電站在正常運(yùn)行時(shí)，很多工藝管道和設(shè)備都處在特殊的環(huán)境中，尤其是要受到高溫高壓的影響和沖擊，其溫度通常要高于環(huán)境表面的實(shí)際溫度，這就容易導(dǎo)致熱量在實(shí)際的傳遞過程中，通過表面大量散失，使得核電廠在實(shí)際的運(yùn)行中出現(xiàn)電功率下降和熱源損失等問題，而且同時(shí)在高溫高壓狀態(tài)影響下，還特別容易造成核電廠周圍的環(huán)境溫度急劇升高，從而對(duì)核電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生威脅。除此之外，核電廠和常規(guī)電廠在實(shí)際運(yùn)行中還存在著一定的聯(lián)系，那就是在工作中不僅要對(duì)管道進(jìn)行必要的保溫工作，還要對(duì)低于表面環(huán)境和溫度的管道進(jìn)行保冷設(shè)計(jì)，通過保溫和保冷工作的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，才可以在一定意義上為核電廠的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障。核電站管道的設(shè)計(jì)關(guān)乎到整體的施工質(zhì)量以及正式投入后的實(shí)際效果，在施工中需要加強(qiáng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的管理，尤其要確保核電建設(shè)施工的穩(wěn)定和安全，使整個(gè)施工都能在控制之內(nèi)，在建造保溫結(jié)構(gòu)的時(shí)候，更要對(duì)施工過程進(jìn)行監(jiān)督和管理，確保保溫結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上能夠科學(xué)合理，真正在應(yīng)用中發(fā)揮自身的功能和作用，為核電工程進(jìn)一步深入發(fā)展創(chuàng)設(shè)積極地條件，通過核電事業(yè)的發(fā)展提高我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，為我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)添磚加瓦[1]。

核電站絕熱設(shè)計(jì)的主要目的是保證在核電廠的實(shí)際運(yùn)行中，減少管道和管道設(shè)備由于環(huán)境溫度的影響所導(dǎo)致的散熱等損失，使其在工作中能夠滿足實(shí)際的核電建設(shè)工藝需求，通過對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的不斷完善，實(shí)現(xiàn)核電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝的過程中，不僅要注重材料的選擇，材料的質(zhì)量要符合國(guó)家建設(shè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，具備生產(chǎn)合格書，同時(shí)由于材料的種類具有多樣性特征，不同的種類在性能上有所區(qū)分，要求選擇符合核電管道建設(shè)要求的材料，在做到質(zhì)量有保證的同時(shí)也要和具體的生產(chǎn)實(shí)踐相適應(yīng)，從而在施工中將自身的價(jià)值發(fā)揮到最大化。核電站核島中需進(jìn)行的保溫安裝的系統(tǒng)分散于蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)和核島配套設(shè)施輔助系統(tǒng)中絕熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、安裝的相關(guān)內(nèi)容，并根據(jù)核電管道安裝對(duì)于溫度的要求，做好保溫材料的區(qū)分，完成核電站管道的保溫工作。

2 核電站管道設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步保證核電站管道設(shè)計(jì)的周密和詳細(xì)，在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，通常分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，它們分別指的是初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過這兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)和管理，針對(duì)管道施工的現(xiàn)實(shí)狀況，制定科學(xué)明確的施工方案，從而為后期的施工建設(shè)提供有力指導(dǎo)，全面實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的管道布局。初步設(shè)計(jì)指的是從宏觀上做好設(shè)計(jì)工作，它所包含的范圍往往更大更廣，要求根據(jù)管道系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)要求，從大方面對(duì)管道施工可能會(huì)牽涉到的各方面內(nèi)容做好籌備，主要包括對(duì)管道布設(shè)等級(jí)、相關(guān)技術(shù)參數(shù)和安裝流程和方法等進(jìn)行大體的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，從總體的設(shè)計(jì)走向出發(fā)，對(duì)個(gè)別管理方向進(jìn)行系統(tǒng)化和細(xì)致化的設(shè)計(jì)，通過對(duì)管道的各方面要素建立清晰的了解之后，對(duì)應(yīng)用的管道設(shè)備和管道材料等進(jìn)行初步的確定，進(jìn)而為下一階段的施工做好準(zhǔn)備。詳細(xì)設(shè)計(jì)則是在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)施工方案的進(jìn)一步明確，在進(jìn)行規(guī)劃的時(shí)候同樣要根據(jù)管道安裝的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，使其可以和管道布置方案之間實(shí)現(xiàn)有效的結(jié)合，對(duì)管道施工中所需要使用的支架以及排列和方向等作出明確的規(guī)定，并對(duì)應(yīng)力通過相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算，通過圖紙對(duì)比分析，完成對(duì)設(shè)計(jì)方案的調(diào)整和優(yōu)化，有效解決和處理核電運(yùn)行中存在的問題，確保應(yīng)力能夠在一定程度上符合相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在通過一定的措施和手段完成了對(duì)管道應(yīng)力的科學(xué)計(jì)算后，還需要對(duì)管道支架載荷和功能做好有效的確定，使其在實(shí)際的工作中能夠滿足應(yīng)力的需求。除此之外，在該環(huán)節(jié)還要注重對(duì)管道直徑、管道壓力以及管壁厚度的全面系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行管理和控制的目的主要是為了確保管道施工可以更加的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，避免在實(shí)際運(yùn)行中由于管道泄露所產(chǎn)生的安全事故，保證管道施工安全[2]。

3 保溫結(jié)構(gòu)及材料要求

核電工程的保溫結(jié)構(gòu)并不是單一的，往往要包括三個(gè)部分，分別是保溫層、保溫外殼和保溫附件。保溫結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候要求體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，尤其要具備密封性和防滲透性。如果保溫結(jié)構(gòu)不滿足這兩點(diǎn)基本的要求，那么整個(gè)保溫設(shè)計(jì)也就流于形式，難以在現(xiàn)實(shí)中發(fā)揮實(shí)質(zhì)性的效果，并不能對(duì)管道施工產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用。保溫結(jié)構(gòu)在一定程度上應(yīng)該保證在保溫材料壽命年限內(nèi)的完整性，而且保溫結(jié)構(gòu)還需要具備實(shí)際所需的機(jī)械強(qiáng)度，在實(shí)際的應(yīng)用中其總是要受到外部環(huán)境等因素的影響，在具體的作用和影響狀態(tài)下，保溫結(jié)構(gòu)要在承載力上達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，防止由于外力的作用出現(xiàn)損害等現(xiàn)象。而且保溫結(jié)構(gòu)在工作中一般是處于輔助性的地位，這就要求在設(shè)計(jì)中必須秉持科學(xué)合理的原則，盡可能做到安裝和拆卸簡(jiǎn)單，這樣在具體的應(yīng)用中就可以有效節(jié)省時(shí)間。核電站中保溫結(jié)構(gòu)在形式上進(jìn)行劃分一般包括兩大類，也就是可拆性結(jié)構(gòu)和非可拆性結(jié)構(gòu)?？刹鹦越Y(jié)構(gòu)為非固定式保溫結(jié)構(gòu)，通常適用于核電廠管道和相關(guān)設(shè)備在役檢查的焊縫、補(bǔ)償器和巡視的設(shè)備以及部件等。這些結(jié)構(gòu)在制造的過程中，使用的多為金屬盒的結(jié)構(gòu)形式，在奧氏體不銹鋼制造的管道及設(shè)備安裝上的保溫層可拆段，以及在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)中，與管道和設(shè)備要發(fā)生接觸的所有物件都要使用不銹鋼工藝進(jìn)行制造。在將保溫層拆除之后，沒有拆除的部分和焊縫之間應(yīng)該預(yù)留出適當(dāng)?shù)木嚯x，這樣在對(duì)保溫結(jié)構(gòu)的部件進(jìn)行在役檢查的時(shí)候，也就會(huì)更加的方便和快捷，有利于檢查工作的快速進(jìn)行[3]。而非可拆性結(jié)構(gòu)則是固定式保溫結(jié)構(gòu)，通常情況下和可拆性結(jié)構(gòu)相反，在適用性上也截然不同，這種結(jié)構(gòu)適用于不需要進(jìn)行在役檢查和檢修的一般性要求的管道及設(shè)備保溫。核電站的保溫材料通常分為玻璃棉纖維保溫材料和硅酸鋁保溫材料。在對(duì)管道狀態(tài)進(jìn)行分析之后，需要選擇適用的材料并進(jìn)行采買，保溫材料以及保溫附件在采買完成后需要在預(yù)制車間預(yù)制，不能在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行下料和安裝等工作，始終需要遵守安裝規(guī)范。保溫材料的質(zhì)保等級(jí)為QA3，而保溫附件在進(jìn)行預(yù)制和安裝的時(shí)候，其質(zhì)保等級(jí)則表現(xiàn)為QNC。在保溫結(jié)構(gòu)設(shè)置完畢之后，要求在保溫層的外表面設(shè)置保溫外殼，而且在不同的場(chǎng)合和環(huán)境中，使用的外殼在材質(zhì)上也要有所區(qū)分。在核電站一般是使用金屬保溫外殼，而反應(yīng)堆房?jī)?nèi)則需要采用不銹鋼板制造，其他的廠房大多數(shù)使用的是鋁板制造。在保溫外殼制造結(jié)束之后，為了保證外殼的穩(wěn)定性和安全性，還要對(duì)其外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加密和牢固操作，避免外殼在環(huán)境變動(dòng)的情況下或者是在地面振動(dòng)的場(chǎng)景下，產(chǎn)生滲水、散縫以及墜落等現(xiàn)象。在對(duì)保溫外殼進(jìn)行接縫處理的時(shí)候，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇最適宜的接縫方式，主要有搭接、插接和咬接三種。防潮層的使用只是針對(duì)冷保溫而言，其中反應(yīng)堆房?jī)?nèi)使用阻燃且耐輻照防水卷材[4]。

4 保溫工程的施工和注意事項(xiàng)

核電工程的保溫清單通常情況下是由工藝系統(tǒng)專業(yè)統(tǒng)一給出，但是根據(jù)工程的實(shí)際情況，也需要具體問題具體分析，秉持著實(shí)事求是的原則，對(duì)相關(guān)方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。由于核島廠房的空間小，但是物料卻比較多，施工中也難免會(huì)因?yàn)椴僮魃系氖д`導(dǎo)致出現(xiàn)安裝偏差，在管道保溫中出現(xiàn)的問題更是數(shù)不勝數(shù)，以下將是在保溫操作中需要特別注意的一些具體事項(xiàng)。

保溫施工在進(jìn)行的時(shí)候，要求嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)施工設(shè)計(jì)文件的要求進(jìn)行作業(yè)，與此同時(shí)為了使得設(shè)計(jì)方案和管道安裝實(shí)現(xiàn)更好地契合，也要以現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況作為重要參考，并結(jié)合電站的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行具體的規(guī)劃和安排。通過對(duì)某一個(gè)壓水堆核電站的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出了管道保溫施工的詳細(xì)經(jīng)驗(yàn)：首先保溫工程施工通常是在管道設(shè)備安裝完成之才正式進(jìn)行的，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行主要的施工建設(shè)。而且在正式開展保溫施工工作之前，需要對(duì)實(shí)際所使用的保溫材料以及相關(guān)保溫制品的質(zhì)量和安全性進(jìn)行綜合的檢查，確保其符合實(shí)際保溫的要求并且滿足國(guó)家的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。在施工的過程中也要遵守我國(guó)相關(guān)部門頒發(fā)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，施工中避免出現(xiàn)損害現(xiàn)場(chǎng)管道和其他設(shè)備的情況。其次保溫結(jié)構(gòu)中的某些部件，例如像是可拆卸保溫盒等物品，需要在預(yù)制場(chǎng)完成成品或者是半成品的加工，之后再將其運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)完成組裝，這樣在一定程度上就可以保證工程質(zhì)量，而且還可以加快施工進(jìn)度，確保施工可以在預(yù)計(jì)的時(shí)間內(nèi)完成。三是對(duì)于已經(jīng)安裝完成的管道和設(shè)備，在正式保溫之前應(yīng)該根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行水壓測(cè)驗(yàn)，在其經(jīng)過測(cè)驗(yàn)并且達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)之后再進(jìn)行保溫施工，避免在施工結(jié)束后再發(fā)現(xiàn)其和規(guī)定之間存在較大差距，這樣不僅會(huì)延緩施工工期，還會(huì)增加施工成本。而且在施工的時(shí)候如果碰到特殊情況要先開展保溫施工，需要先將管道焊縫預(yù)留出來，在管道和設(shè)備安裝并且經(jīng)過檢驗(yàn)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)后，再將焊縫處補(bǔ)做保溫施工。四是施工原因所造成的保溫干涉的現(xiàn)象，如果在實(shí)際的施工中管道距離較近或者是標(biāo)高不符合最初設(shè)計(jì)的要求，就會(huì)導(dǎo)致保溫結(jié)構(gòu)施工難以順利開展，原則上需要施工方返工修改管道，并且讓出一定的保溫間隙。如果在實(shí)際的施工中通過相關(guān)研究和分析，確定是由于電站設(shè)計(jì)不足所導(dǎo)致的問題，可以在征得上游專業(yè)的基礎(chǔ)上，對(duì)保溫的厚度進(jìn)行重新的規(guī)劃和調(diào)整，使其達(dá)到實(shí)際施工建設(shè)的要求。五是對(duì)產(chǎn)生保溫干涉的管道專業(yè)物項(xiàng)，可以對(duì)管道走向進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，與此同時(shí)也能夠?qū)χЪ艿男问礁鶕?jù)實(shí)際情況作出具體化和個(gè)性化的調(diào)整和設(shè)計(jì)，但是在進(jìn)行調(diào)整的過程中，需要在不影響支架功能的前提下進(jìn)行，從而方便在實(shí)際工作中讓出施工空間。對(duì)于產(chǎn)生保溫干涉的專業(yè)物項(xiàng)，必須首先征得相關(guān)專業(yè)的同意，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃和調(diào)整，從而滿足保溫施工的要求。比如在施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況可以對(duì)護(hù)欄進(jìn)行適當(dāng)?shù)那懈?，孔洞也可以根?jù)要求進(jìn)行擴(kuò)大，使其和施工實(shí)際相符合。六是保溫層和管道以及設(shè)備之間，在實(shí)際建設(shè)完成之后要實(shí)現(xiàn)緊密的貼合，只有保溫設(shè)備和保溫的具體物體之間在距離上相對(duì)較近，并且真正合二為一，才能在實(shí)際的運(yùn)行中起到一定的保溫作用，避免熱量的散失，對(duì)管道起到一定的幫助和維護(hù)作用，避免管道在運(yùn)行中受到外部環(huán)境的破壞和影響從而產(chǎn)生破裂，這樣將會(huì)對(duì)整個(gè)工程建設(shè)產(chǎn)生毀滅性打擊，不利于核電工程建設(shè)的高效發(fā)展。在正式完工后保溫結(jié)構(gòu)表面應(yīng)當(dāng)平整，金屬外殼需要緊緊貼合絕熱材料表面，不允許存在褶皺、開裂等缺陷。七是在管線保溫工作完成后，保溫結(jié)構(gòu)不得對(duì)所在管道本身的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生附加影響，需要讓管線進(jìn)行熱位移，而且在這一過程中，也不可以影響和改變支架的功能。比如，保溫結(jié)構(gòu)在進(jìn)行安裝和固定的時(shí)候，應(yīng)該盡可能避免和鋼結(jié)構(gòu)或者是其他的固定物綁定，多根管道在設(shè)置時(shí)也要避免和保溫結(jié)構(gòu)做成一體。然后要對(duì)孔、閥門等進(jìn)行檢查，確保其在合適的位置，在保溫層進(jìn)行施工的時(shí)候，需要預(yù)留出一定的孔隙并用保溫氈對(duì)其進(jìn)行填實(shí)[5]。

5 質(zhì)量檢查及驗(yàn)收

在核電管道保溫施工設(shè)計(jì)中，當(dāng)所有的保溫結(jié)構(gòu)安裝完成后，并不意味著整個(gè)工程的結(jié)束，必須要在工程結(jié)束之后，對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和驗(yàn)收，確保工程質(zhì)量可以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。而且在驗(yàn)收工作結(jié)束之后，要做好相關(guān)的記錄和總結(jié)，并將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行留存，對(duì)不符合工程質(zhì)量規(guī)范并在質(zhì)檢中不合格的項(xiàng)目進(jìn)行標(biāo)注，在后期對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的修補(bǔ)，確保最后的實(shí)際安裝和施工圖紙保持一致。

6 結(jié)束語

在核電站開展相關(guān)工程的時(shí)候，由于環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性，要求必須做好項(xiàng)目管理工作，加強(qiáng)對(duì)施工中各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)督，確保施工能夠按照相關(guān)施工規(guī)范進(jìn)行，并且在施工中要做好細(xì)節(jié)工作，注重其對(duì)施工質(zhì)量的影響，通過必要的措施和手段提高核電建設(shè)水平。核電管道施工作為整個(gè)施工的重要環(huán)節(jié)，更是需要在施工中做好相關(guān)工作，尤其是要做好管道保溫工作，由于管道內(nèi)部溫度和表面環(huán)境溫度存在一定的差別，在不同的位置對(duì)溫度的要求也存在明顯差異，這就要求根據(jù)實(shí)際情況做好管道的保溫，對(duì)其進(jìn)行不同程度的調(diào)整，防止由于溫度差異較大而導(dǎo)致管道出現(xiàn)破裂，這樣就很有可能造成核電的泄露，從而不但影響到核電廠事業(yè)的順利發(fā)展，還會(huì)對(duì)人們的生命健康產(chǎn)生損害，因此必須注重保溫工作的重要性和必要性，對(duì)各種影響因素充分協(xié)調(diào)，確保保溫施工和施工計(jì)劃在整體上保持一致。