核电站核级仪表管设计与应用研究

核电站核级仪表管设计与应用研究

孙诗洪

深圳市查斯蒂人力资源顾问有限公司广东深圳518000

摘要：核电工程核级仪表管设计是典型的材料类管理项目，数量大规格多，且覆盖面广。在核电站的设计过程中，对核电站的改进项的产生原因以及管道设计过程进行分析，同时对核电站改进项之中的管道布置方案进行分析，提出优化核电站管道设计方案。

关键词：核电站；管道设计与布置；PDMS

目前在建核电站主要采用引进的二代核电加改进技术和三代核电技术，为进一步提高机组的可靠性和运行性能，在消化吸收的基础上，对引进技术持续改进、自主创新、完成了从高起点引进到创新品牌的历史性跨越。工艺管道系统的设计作为核电站设计的重要组成部分，包括管线的设计和布置，以及对管线进行支撑约束的支吊架布置设计，其具有系统繁多、布置复杂、设计要求高、施工难度大等特点。

一、核电站改进项产生的原因

在建造核电项目的过程中，主要是受到设计以及采购等方面因素的影响，导致出现改进项，具体可以将其划分为以下几种情况，分别是：首先，由于设计原因所产生的改进项，具体包括以下几点内容，第一，作为设计参考电站，已经改进以及修改技术；第二，通过总结运行电站的丰富的经验可以得知，原有设计之中存在明显的不足与错误；第三，在经过安全评审之后，提出需要进行设计的改进；第四，设计输入如业主要求、互提资料、规范标准以及核安全法规等出现变动；第五，在经过设计验证之后得知，系统、构筑物以及部件等无法满足功能的要求；第六，通过内外的监查之后，从中发现设计纠正的各项措施。其次，在采购过程之中，导致出现改进项的原因分别是，第一，由于设备的供货单位以及设计的参考电站存在不同，致使设备的各个参数发生重大变化；第二，由于是国产化的设计所引发的重大变化。

二、管道的设计过程

通常情况下，管道的过程分别是：第一，初步设计；第二，详细设计。其中，初步设计主要包括以下流程，分别是：首先，按照管道系统的具体要求，对管道等级、流程图、设计参数以及设备数据进行确定；其次，结合布置的具体要求以及主设备的具体位置，从而明确管道的布置方案，而后进一步地确定好使用的初步材料以及设备清单等。此外，详细的设计主要包括以下流程，分别是：首先，结合相关技术的规范要求，根据管道的布置方案、参考初步材料以及设备清单以及考虑支架的位置以及功能等，应力计算出管道，对于无法满足于管道的应力要求，则应当对等轴图以及支架位置进行重新优化，直到其能够满足于应力的要求。在经过管道的应力计算之后，则可以由此得到支架载荷以及功能等，不仅可以设计支架图，而且可以开展力学校核，从而将支架形式确定好，以此满足支架的载荷与功能的要求，并且最终将材料设备清单确定好。

在进行设计的过程之中，根据上游输入，包括管线清单、流程图、设备就位图、设备图纸、土建模板图、管道等级表、支架标准等，结合其他部门科室已经固化的模型，开展管道模型布置，在模型碰撞检查无误后可抽取施工图纸，施工图纸包括管道ISO图纸与支架SUP图纸，施工图纸会进行一次内部校核后经过力学进行验算，根据力学反馈的意见单进行二次修改，再进行一次编审批流程生成正式文件，由设计单位下发工程公司，最总再到施工部门进行施工。根据系统所提供的管线清单，可以明确管道相关参数，包括管道尺寸、壁厚等级、管道等级、保温伴热情况、设计温度、设计压力、管道清洁度要求，质保等级、规范等级、安全等级等；根据管道等级表，可以明确此管道等级下的管道材料与规范标准要求；根据流程图可以明确管道的设计意图与逻辑关系；由于国内核电站管道设计与安装的逐渐完备，各设计与施工单位已自行建立了一套完备的大宗材料手册，根据管道等级表与管线清单的参数要求，可以确定管道的材料选择。

三、改进项中管道布置方案的优化

管道布置方案的确定受土建、工艺影响较大，并且布置方案的确定直接影响到整个核电工程的成本和工程进度。改进项中管道布置方案在现场施工困难主要是由设计存在缺陷或错误、施工错误和施工累计偏差造成空间不足引起。由于核岛空间有限，且工艺管道具有系统繁多、布置复杂、设计要求高等特点，同时各专业在施工过程存在错误和累计偏差，使得新增改进项管道布置方案的确定较为困难。对于处于未施工阶段新增的项目改进项，其管道布置方案可以统筹设计，这样在施工过程中可以避免由于安装空间不足引起的施工困难;而对于处于施工阶段新增的项目改进项，由于安装空间不足引起施工困难的问题尤为突出，而且是随着工程的深入新增管线布置方案的设计越加困难。可以采取以下两种方式设计管道布置方案:一是利用三维设计软件PDMS设计和优化管道布置方案，PDMS是一体化多专业集成布置设计数据库平台，可用于以管道详细设计为核心的工厂设计，包括设备、土建结构、暖通、电缆桥架等各专业详细设计，可实现各专业间的充分联动，在一个统一的平台上进行设计操作，该软件在功能性、易用性、先进性、开放性、协同性和普及性方面都极具优势，此种方法适用于项目未施工阶段改进项中管道布置方案的优化和整体布置的调整，可达到满足工艺、多专业协同设计、经济性、美观等要求;二是根据现场实际施工情况设计管道布置方案，对于处于施工阶段的核电项目由于存在施工错误和累计偏差，这些问题无法反映在三维设计软件PDMS上，因而即使在三维设计软件PDMS上显示可以采取的布置方案到达施工现场后也存在无法施工的可能，所以对于处于施工阶段的核电项目，改进项中的管道要结合施工现场的实际情况确定布置方案。在满足改进项设计要求和施工现场条件允许的前提下，可以由施工单位和设计代表根据现场实际安装情况实地放线提出具体的管道和支架布置方案，反馈给设计单位进行后续的管道应力计算及支架形式的确定。

以某在建核电站PTR系统增设乏燃料水池应急补水管线设计实施方案为例，增设此应急补水管线是为了在运行人员无法从PTR系统、核岛除盐水分配系统或核岛消防系统获得应急补水时给乏燃料水池补水。此管线需设有一个具有简单流量调节功能的手动截止阀，在紧急情况下，将临时泵或消防车等补水设备与装置在燃料厂房外的标准接管连接，手动打开阀门，并将冷却水注入乏燃料水池，操作人员利用能够使用的手段监测乏燃料水池的水位或水温，当乏燃料水池水位、水温达到正常范围后停止补水操作，设计代表和施工单位根据现场实际情况，经与原设计沟通后重新确定布置方案，并对新的管道布置方案进行了应力计算和支架的设计和布置，此过程周期较长，此种情况如能在设计初期就采取根据现场实际施工情况确定管道布置方案不但有利于提高整个改进项实施过程的可操作性，而且也有利于加快整个工程的进度。

通过核电站改进项产生的原因及管道的设计过程，分析了核电站改进项中管道布置方案实施困难的原因，提出了核电站改进项中管道设计布置方案优化的两种方法，即利用三维软件PDMS设计的方法和根据现场实际施工情况确定管道布置方案的方法，这是核电仪表管件选型中需要重点考量的一个方面，也是管件国产化过程中的重要环节。

参考文献：

［1］李小军，潘蓉．不同法规要求的核电厂设计地震动时程［J］．核安全，2012，04:

［2］卢华兴．AP1000蒸汽发生器U型管合金材料国产化研究［J］．核动力工程，2014，32(03)．

［3］王继东．AP1000所遵循的抗震设计要求及其与我国法规、标准的比较［J］．核标准计量与质量，2012，7．

［4］姜锋，赵军，王娟怡.核电站改进项中管道的设计与布置[J].产业与科技论坛，2013，10：92-93.