核电站仪表架标准模块化设计探讨

核电站仪表架标准模块化设计探讨

牛春刚, ,王智勇 ,周少培

中国核电工程有限公司河北分公司   石家庄  050000

摘要：在核电站中，过程仪表用于检测与工艺系统运行状态有关的各种参数，运行人员以此为依据实现对机组状态的监控，仪表安装是否合适直接影响仪表测量结果，从而直接影响对机组状态的监控，本文通过对仪表安装进行研究，提出了一种仪表架模块化设计思路，通过漳州项目工程实践证明，具有较强的现场安装便利性，为后续工程设计具有较强的参考意义。

关键词：核电站；仪表架；模块

0引言

过程仪表用于检测与工艺系统运行状态有关的各种参数，运行人员以此为依据实现对机组状态的监控，因此仪表检测信息的准确性和可靠性将直接影响到核电站的安全运行。而仪表的安装方式是否合理直接影响仪表测量结果，所以在设计过程中对仪表进行合理的安装尤为重要。

以往核电项目仪表架安装标准图采用根据仪表选型和布置环境组合设计的方法，这种设计方法下任意仪表、仪表阀或安装环境的变化都可能会导致仪表架安装标准的修改，如此不仅直接影响工程进度，还对机组运行后仪表的检修维护等造成一定的影响。此外，在数字化三维设计下，仪表架安装标准种类多，通用性差，导致元件库开发和仪表架建模工作量巨大。

为提高仪表安装的灵活性和通用性，减少三维元件库开发和建模的工作量，也为响应公司设计标准化相关要求，提升设计质量和效率，有必要研究制定一套组装更灵活、预制更方便、通用性更强的仪表架安装标准设计新方法。

1 传统的仪表架设计

M310核电和华龙首堆项目的仪表架均为根据仪表的安装要求和环境条件，将单台或者多台仪表与其附件（如仪表阀）进行组合设计。其中，墙装仪表架由外罩和安装板组成，固定仪表安装板的槽钢焊接在外罩内。落地仪表架可认为是墙装仪表架和落地支撑组合而成，落地支撑由底板、斜撑、立柱和背板焊接组成。

每个核电工程仪表架安装图都需要根据仪表选型以及仪表阀接口资料、仪表布置环境等进行重新设计。任意仪表、仪表阀或安装环境的变化都会造成安装标准的修改或增加，导致仪表架安装标准繁多、通用性差。

在华龙首堆项目上，由于仪表架安装标准多、通用性差，再加上设计和施工周期紧张、各方接口复杂，项目的实施和管理难度较大，产生了较多的问题。

以华龙首堆福清核电厂5/6号机组差压流量计5WCC012LD的现场安装时发生的问题为例：仪表阀出口和仪表入口之间的距离过短，造成仪表管安装困难，即使勉强安装仪表管也只能采取右图所示方案。但是，如果采用这样的安装方式，将会在仪表管的最高点产生积气，导致测量结果不准确，如图1所示。

图1 5WCC012LD安装问题

2 仪表架标准模块化设计方案

2.1基本原则

（1）仪表架模块化设计：按单块仪表设置仪表架；

（2）仪表架模块设计标准化：仪表安装板和仪表支架形式尽可能通用；

（3）提高组装灵活性：释放安装空间、可调节；

2.2非抗震仪表架模块化设计

2.2.1仪表安装支架设计

（1）墙装仪表架

考虑到核电厂房内运行环境较好，采用将安装板直接用膨胀螺栓固定在墙上，取消原有的保护罩。

（2）落地装仪表架

首堆工程中设置了多种不同高度、不同宽度和不同型钢的立柱以适应各种仪表组合需求，而本次设计的通用落地安装支架立柱为方钢，以满足不同仪表安装高度需求，如图2所示。

图2落地立柱设计方案

2.2.2设备安装板设计

（1）安装板尺寸和安装方式设计

统一仪表及仪表阀安装板尺寸，举例如表1所示。

表1 仪表及仪表阀安装板尺寸

2.2.3设备安装板分类设计

整理各类设备常用选型及机械安装接口，设计适用于各类设备专用安装板，举例如表2所示。

表2 仪表及仪表阀安装板尺寸

2.2.4 组装仪表架

（1）墙装仪表架

仪表和仪表阀选用墙装安装板，通过膨胀螺栓直接固定在墙上，考虑到不同仪表选型外形尺寸、安装布置环境等差异，仪表安装板与仪表阀安装板之间的距离设为可调，安装灵活性大幅提高。

（2）落地装仪表架

仪表固定在仪表安装板上，仪表安装板通过螺栓组件固定在仪表架背板上，背板通过方形卡箍固定在落地安装支架上。采用方形卡箍安装使得安装高度灵活性大幅提高。

2.3抗震仪表架模块化设计

针对抗震的仪表架需要进行力学分析验算，要求如下：

（1）根据设备载荷计算各仪表架在SL-1和SL-2地震条件下能承受的最大加速度；

（2）后续工程根据各厂房各楼层阻尼比为2%的SL-1地震和SL-2地震条件下的峰值加速度确定现有仪表架的适用安装楼层；如现有安装标准不能满足某些仪表安装需求，再根据具体情况改进或设计新的抗震支架标准。

2.4 完成仪表架组装图、装配图标准图

根据设计方案制定仪表架组装图和装配图标准图，并用于现场施工。

3 仪表架标准模块化的优点

（1）仪表架安装标准图种类大幅减少

首堆工程中压力/差压表、压力/差压变送器、温度/压力开关相关仪表架组装图种类为260个，通过模块化设计后，仪表架种类降低为90种，达到了标准化、模块化的目的，进而减少三维模型库开发和建模的工作量。

（2）适应现场需求

相对于组合安装的仪表架，单体安装仪表架灵活可调、占用空间小，能更好的适应现场各类安装环境需求，尤其对于拥挤房间的设备布置，安装标准的适用性大幅提高。而且，仪表架采用模块化设计，组装形式灵活，可替代性大大提高，有利于施工单位批量预制，可有效缩短仪表安装工期。

（3）满足测量功能需求

以往核电工程EM9安装、调试过程中频繁出现仪表安装高度不满足测量系统安装要求、仪表管坡度不满足要求等问题，直接影响仪表测量结果，需要修改仪表架安装标准，而仪表架安装需要2-3个月的预制周期；灵活可调仪表架安装标准可以有效的避免反复修改仪表架，在保证仪表安装质量的同时进一步缩短施工工期。

（4）节约成本

方案实施后，仪表架主要型材种类大幅减少，同时缩减了预制周期约1个月，总价格预计节约35万元。

4 小结

通过对华龙首堆仪表架安装问题的分析，并对后续项目仪表架标准模块化设计措施进行了详细介绍。仪表架模块设计后的标准图数量大幅减少、通用性大幅提高，大大提高了设计、施工的效率和质量，同时也为数字化设计提供了标准支撑，在提升质量管理措施和水平上起到了一定的借鉴作用，对后续电站的标准化设计也起到了积极作用。

参考文献

[1] 王智勇 牛春刚.华龙一号安全级仪表管线设计研究.工业仪表与自动化装置，2018年第2期：77-80

[2] 陈静陈柯等.浅谈核电厂过程仪表安装设计.科技视界，2014年第13期：316-318.