核电厂工艺管道支吊架布置分析

王夕阳

摘要：该文的目的是在管道设计中合理设置支吊架的位置和类型，以縮短管道应力分析的计算时间，提高工作效率，管道支吊架布置设计需要考虑到支吊架同矩、支吊架类型、管道变形等因素，同时也要考虑到管道支吊架对于应力分析的影响；文章总结出在支吊架设计中的一些方法可以借鉴，例如，在压力和热载荷作用下，支吊架的位置宜设置在变形量较小的位置，位移大的位置要释放约束，宜设置弹簧支架，在与设备连接的端点处，一般应设置支吊架对管道进行约束。

关键词：核电厂；工艺管道；支吊架布置

1、前言

管道系统一般由主管线和支管线组成，并且空间走向复杂。管道应力分析的目的是证明管道在各类工况载荷下，均不发生某种形式的失效；而管道上的支吊架则是对管道起着承受载荷、限制位移和控制震动等作用。在管道设计中，合理布置和正确选择支吊架类型是减小管道应力和支吊架载荷的有效方法之一。

2、管道载荷及应力分类

2.1载荷类型

压力管道承受的载荷主要有:

(1)持久性载荷:永久作用于管道系统载荷，如压力和重力载荷。

(2)临时性载荷:短时间作用于管道系统的载荷，如地震、阀门开、关时的反冲力和压力升高等。

(3)交变性载荷:大小和方向随时间发生变化的载荷，如温差、热胀冷缩、端点位移等。

2.2载荷工况

在应力分析过程中，很重要的一步是确定载荷工况，也就是每类载荷工况考虑的载荷组合不同，不同的载荷工况满足的设计准则有所不同，在力学计算中会体现出来。

2.3应力分类

一般，根据产生应力的载荷不同，将应力划分为一次应力和二次应力。一次应力是由于外载荷作用而在管道内部产生的正应力和剪应力，它必须满足力与力矩的平衡，一次应力的基本特征是非自限性，它始终随所加载荷的增加而增加，超过屈服极限或持久强度，将使管道发生过度的变形而破坏。二次应力是管道由于变形受约束而产生的正应力或剪应力，它本身不与外力平衡。一般管道二次应力主要考虑的是由于热胀冷缩以及其它位移收约束而产生的应力。

2.4支吊架类型

支吊架按照性能和用途，可分为三大类，一类是承受管道荷重的支吊架，包括恒力支吊架、滑动支架、刚性支吊架等。一类是限制管道位置的支吊架，包括固定支架、导向支架，一类是控制管道振动的支吊架，包括阻尼装置等。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，所以体积不能过干庞大。

(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。

2.5支吊架与应力分析

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。

3、冷态检查与调整

3.1检查准备

管道支吊架检查之前，必须依据《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》CRCC-M),ASMEOMS/G-2000《核电厂管系预运行和初始运行时的振动试验要求》第3篇和《管道调试大纲》、《管道支架安装正确性及管道位移验证导则》、《管道支吊架设计变更修改单》以及工艺系统手册等设计文件，编制管道支吊架验证、核级管道振动测量、非核级管道振动测量、管道位移验证等调试程序。

收集支吊架资料，包括支吊架技术文件、安装文件、出厂检验报告等。学习并消化这些资料，掌握支吊架检查与调整的基本方法。另外，建立异常支吊架处理的预案，在调试过程中一旦发现有重大异常及缺陷的支吊架，利用预案立即组织处理。

3.2冷态检查

冷态检查是指在常温下对管道支吊架进行目视检查、测量管道与限制器或穿墙管与楼板或墙壁之间的间隙，该检查在系统管道支吊架安装完成向调试移交前后进行。

3.2.1检查根据系统管道设计材料清单、管道布置图核查系统管道支吊架安装位置、支吊架类型、数量是否与设计文件一致。个别支吊架因安装现场的局限性而没有安装，因此系统热态试验前需要关注支吊架安装的完整性。

3.2.2间隙测量，测量管道与限制器、穿墙管与墙壁或楼板之间的间隙。由于汽水管道热位移较大，冷态间隙必须满足设计要求，若间隙值达不到设计要求，应记录清楚。

3.2.3支吊架检查，检查支吊架的活动部件是否与其他结构干涉，支吊架安装角度应正确，对于位移较大的支吊架应按设计要求偏装。对于支吊架本体，主要检查管部吊架、连接件是否出现变形或断裂、管部和根部受力焊缝是否有裂纹、支吊架弹簧有无异常等。

上述检查发现的缺陷一般属于安装或设备缺陷，这类缺陷要求安装公司限期整改。

3.3冷态调整

系统管道水压试验及管道冲洗已经完成、系统已移交调试部门、弹簧支吊架锁定装置已经取下的条件下，对阻尼器、恒力弹簧吊架、变力弹簧吊架进行冷态调整。按设计要求将弹簧支吊架的位置指示器调至冷态刻度位置，通过调整消除弹簧支吊架欠载或过载现象;阻尼器刻度调整一般在现场进行，松开阻尼器连接销轴及锁紧螺母，借助于手拉吊葫芦，拉伸或压缩阻尼器活塞杆，调整阻尼器行程刻度。特大型阻尼器行程刻度在现场不具备调整条件，需要返回制造厂调整。如果冷态检查时发现个别阻尼器漏油，必须将漏油阻尼器从管道上拆除，联系供货商返回制造厂处理并试验。设计单位在系统管道设计时已经对管道进行了应力分析和计算，在此基础上对管道支吊架进行设计与配置。支吊架的采购必须依照设计文件，支吊架性能指标应符合标准要求。

按设计文件安装支吊架，安装过程中做好管道支吊架安装质量检查，使其符合设计要求。如果因现场条件限制个别支吊架不能按设计要求安装，应由设计单位出具设计修改变更。当管道位移或振动超过标准时，需要对管道支吊架进行改造，如更换不同单位重量的管道、管道系统增减阀门、改变管线布置、更换与原保温材料重量相差10%的保温材料、改变管道支吊架的类型，则应按照标准重新对管道进行应力分析与计算，使系统管道应力及抗震能力满足标准要求。

4、结束语

支吊架布置对于管线的应力分析有重要的影响，通常，在支吊架布置过程中，需要考虑的因素主要是:管道自身重力，阀门和组件的重力、管道热膨胀、锚固点位移、内外部激励载荷等。

在压力和热载荷作用下，管道系统会产生变形，一般，支吊架的位置设在变形量小的位置，热膨胀位移大的位置要释放约束，可以设置弹簧支吊架等柔性支架，在与设备连接的端点处，一般应设置支吊架对管道进行约束，以减少管系对设备产生较大的力和力矩。管道应力分析是一个反复的计算过程，这中间要不断调整支吊架的设置，所以，在向力学专业提资前，管系中支吊架的设置是否合理可行很重要。根据上述经验总结可以大大减少应力计算的时间，提高工作效率。

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