核电站工艺管道支吊架布置分析

核电站工艺管道支吊架布置分析

眭洪涛王建强

中国核电工程有限公司河北分公司河北省050000

摘要：笔者通过对核电站管道支吊架预制及安装的质量控制工作，发现支吊架在设计阶段存在选型复杂，施工阶段布置不合理，工程变更较多等问题，给安装工作造成较大困难，难以保证施工质量。本文针对设计、施工中存在的问题进行了探讨和分析，提出了优化改进措施，可以提高工作效率，保证核电站支吊架施工质量。

关键词：支吊架；布置；分析

1．支吊架简介

1.1支吊架的范围及主要功能

支撑管道的支吊架通常分为两部分，一部分属于土建主结构部分，习惯称为“管架”或“管廊”；另一部分管道与土建主体结构之间相连接的各种支、托、吊部分，包括生根在建筑物（钢结构）上的各种支架以及高度在2m以下的独立支架，通称为“管道支吊架”。本文中所指支吊架即为后者，属管道专业设计、安装范畴。

管道支吊架的主要功能概括为：承受管道载荷、限制管道位移和控制管道震动三个方面。其中承受管道载荷为支吊架最主要、最普遍的功能。

1.2支吊架的分类及构成

根据管道支吊架的功能以及管道支吊架各自的主要性质和用途，可将其分为承重支吊架、限位支吊装置和振动控制装置三大类。管道支吊架装置都是由装在管子上的部件（管部结构）和固定在承载结构（建筑结构或设备）上的部件（根部结构）以及与这两类部件相连接的中间部件[支吊架装置的功能部件（简称功能件）和（或）中间连接件]所组成。

2．支吊架设计、施工中存在的问题及分析

2.1支吊架出现的问题

在核电站管道系统投入调试运行后和大小修检查中发现：由于设计或施工的问题，使支吊架工作状态异常，造成管道受力不合理，或因锈蚀耐久性降低等问题，使管道运行条件达不到原设计要求。归纳起来主要有以下几个方面：

（1）管道和支吊架在安装过程中存在施工偏差。管道系统运行后管道限位结构断裂、脱离、失效，或者强度不够引起变形偏斜；支吊弹簧压缩、伸张受阻，不能灵活自如，恒力吊架花兰螺丝的螺母卡在其它钢梁上，导致弹簧的变形、失效。

（2）支架空托、悬空。由于设计或安装时热位移量不够，致使管道导向支架因空托或悬空而失效。

（3）支吊架严重锈蚀。特别是支吊架管部、根部和弹簧等，一则安装顺序不当，部分区域防腐质量差或防腐施工不可达；二则由于长期处于海洋性盐碱环境、运行工况差，检修和维护是个死角，致使这些部位严重受损。

2.2设计、施工中存在的问题原因分析

产生上述问题的设计原因是：核电站支吊架在传统设计时为了实现其对管道系统的预设作用，采取了多种多样的设计形式，基本没有参照标准支吊架图集选型，致使部分支吊架庞大笨重，结构复杂异常。

施工中存在的原因有：支吊架施工顺序是预制阶段组装焊接完毕后进行喷砂防腐，安装阶段支吊架调整完毕后进行补漆。传统的施工工艺经现场实际操作时发现存在以下问题：

（1）支吊架安装困难。由于部分支吊架体积、重量较大，在现场安装时通常要考虑采取手拉葫芦或其他吊装措施，加之个别核岛厂房空间狭小、管道和支架密集，给支吊架的安装就位带来很大困难。

（2）防腐涂装施工困难。核电站支吊架中采用了众多的箱型结构，传统核电站支吊架箱型结构防腐蚀做法是：长度≤300mm时，人工用毛刷从开口端刷漆；长度＞300mm时，不进行内壁涂装防腐，将另一端封口密闭。经验表明，对于不封口的箱型结构采用人工毛刷涂漆的效果较差，常出现漆膜厚度不够及流挂、起皱、起皮等质量缺陷；如果进行密闭处理，也存在不足：密闭处理时存在一部分空气在箱型结构里，为以后支吊架的锈蚀埋下隐患；支吊架从预制到最终安装的周期较长，密闭工作通常只能在支吊架调整时进行，密闭前箱型结构内部已经锈蚀；支吊架预制时在进行组装焊接，组件之间形成缝隙、死角，进入喷砂防腐阶段，无论利用机械除锈或手工除锈效果均不好，防腐涂装更加困难，称之为防腐不可达。

（3）现场变更多，影响施工速度。由于核岛厂房内安装工程涉及电气、通风、仪表、管道等众多专业，现场情况错综复杂，在施工阶段往往由于多专业“打架”或本专业“打架”，而需对支吊架进行变更使支吊架工作。核电站的变更管理流程线路较长，批复流转时间久，影响施工顺畅进行。

3．支吊架的设计优化

支吊架设计是管道设计的重要任务之一。从某种意义上说，管道的设计过程也是管道支吊架设计过程。为了减少核电站支吊架变更，方便安装，需要进行优化设计，建议如下：

3.1管道支吊架设计选用应优先选用标准的及通用的支吊架

在设计中，应优先选择普通支吊架，尽量减少弹簧支吊架，由于弹簧支吊架比普通支吊架贵，在长期工作状态下还有失效问题，不如普通刚性支吊架耐用可靠，且过多的设置弹簧支吊架还会使管系各点位移方向失去控制，稳定性差。另外，标准支吊架在预制、安装过程中容易积累经验，组织标准化施工，提高支吊架安装质量。

3.2在支吊架设计中应考虑足够的安装和维修空间

在核电站支吊架安装过程中由于空间狭窄，给支吊架的安装和焊接工作造成很大困难，容易造成支吊架安装位置偏差不能保证管道系统受力状态，而且支吊架最后在补漆时也不能保证涂装质量。同时也给电厂投入运营后，检修人员进行支吊架系统冷态、热态调整及维修带来极大的不便。因此支吊架在设计时应尽量简化型式，在满足设计功能的情况下优先采用构造简单的小型支吊架。

3.3采用新型组合式支吊架，减少焊接工作量和安装难度

传统支吊架以焊接方式连接，整副支架焊接好后再安装，非常笨重，安装时需多人合作才能完成；而新型支吊架以连接件的方式组合、咬合或啮合支架各部件，安装时只需两人合作即可轻松完成支架安装。新型组合式支吊架可以工厂标准化生产，现场安装即可，与原始的制作方式相比降低了材料与辅材的损耗，节省了大量的人力成本，提高了工效和施工安全性，减少了对环境的污染。

4支吊架布置

4.1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，所以体积不能过于庞大。

（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。

4.2支吊架布置与应力分析

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。

5．结束语

提高核电厂管道支吊架的安装质量，精心调整支吊架施工工序，使其处于良性工作状态，这项工作已越来越受到核电业主及参建单位的重视。通过这项工作，可以有效地减少支架失效导致事故的发生，不断提高核电厂的安全生产水平，延长机组的使用寿命。

参考文献

[1]刘国印.管道支吊架设计及注意事项.ValueEngineering，第3期，2011.

[2]刘亚丹.三维支吊架设计在火电厂工程设计中的应用.东北电力技术，第6期，2010.

[3]张晓玲，张伟江.管道支吊架异常原因分析及安装调整.广西电气，第10期，2010.

[4]朱汉卫等.发电厂支吊架数据库设计.电力建设，第5期，2003.

[5]刘纪才.新型组合式支吊架在建筑安装工程中的应用.安装，第9期，2009.