核电厂一般支架跨距确定的方法分析

核电厂一般支架跨距确定的方法分析

时云龙 解文潇

中国核电工程有限公司郑州分公司 河南 郑州450000

摘要

非核级不抗震的一般支架作为核电厂中使用较多的支架，在设计过程中支架跨距的确定一般采用企业标准中的推荐数值进行选取，但在实际设计时往往会存在跨距不满足推荐数值的情况。本文对核电厂的一般支吊架的跨距确定进行了拓展和推算，扩大了跨距取值范围，对原有企标进行了补充和完善。

关键词

支架跨距、三跨连续梁、挠度

前言

非核级不抗震的一般支架广泛应用于核电厂的建造中，按照实际建造情况，现有电站存在大量管道支撑件跨距不符合企业标准中的推荐值的情况，因此需要重新对管道支撑件跨距进行计算，由于核电厂中此类支架数量巨大，计算工作较为繁重。因此在保证设计安全的前提下，如何针对性地减少非核级不抗震管道支撑件跨距的工作量，是提高设计效率的重要解决途径。

现状

目前核电厂管道支吊架跨距的确定一般依据企标《核电站标准支吊架手册》（Q/CNPE.J105.6）中附录5“管道支撑件最大间距的推荐值”来选择跨距。目前管道支撑件最大间距的选择存在以下几个问题：1）没有区分壁厚、保温等要求；2）2英寸以下管道跨距推荐值不全面，1英寸以下管道跨距取值不明确；3）对于布置空间有限的情况下无法满足跨距的要求的新设计管线，则附录5无法使用，需要重新计算跨距；4）已设计图纸中存在设计跨距超过附录5推荐最大间距的情况，此时需要重新核算。因此补充完善《核电站标准支吊架手册》附录5中的跨距值对于大量的非核级不抗震管道校核而言，能够有效降低设计计算量，从而提高设计效率。

管道支架跨距公式的推导和计算

管道支吊架的最大允许间距一般按强度条件和刚度条件来确定，取其较小值作为管道的跨距。由材料力学可知，对于连续敷设的水平直管，采用三跨连续梁模型，其最大弯矩为，管道中承受的最大弯曲应力，管道抗弯模量，其中D为管道外径，d为管道内径，因此最大弯曲应力，要得出最大跨距，需求出管道中最大弯曲应力。根据管道一次应力校核的强度条管道中由于压力、重力和其他持续载荷所产生的纵向应力之和σL，不应超过材料在预计最高温度下的许用应力[σ]t，内压在管道纵向产生的应力在数值上等于内压产生的环向应力σθ的一半，管道中纵向应力为Lθ/2，在计算管道壁厚时，最不利的情况下σθ=[σ]t，因此，故得到的支架的允许最大跨距L为：

     (1)

式中－活动支架的允许距离（m）；

－在外载荷作用下管子单位长度的计算荷重（N/m）；

－管材许用外载综合应力（MPa）。

在跨距计算中出了对强度条件有限制外，对绕度也有要求。

根据材料力学可知，三跨连续梁的模型挠度的计算公式为：

对上述公式进行转换求出允许的跨距为：

    (2)

式中－管道在设计温度下的弹性模量（Pa）；

－管道截面惯性矩，；

－在外载荷作用下管子单位长度的计算荷重（N/m）；

。

根据推导的跨距计算公式（1）（2），以常温下无保温碳钢管道、介质为水为例进行了最大允许跨距的计算，结果显示按强度条件计算的最大跨距值大于按刚度条件计算的跨距值，可以看出跨距一般是按照绕度计算得出的，强度只起到核算的作用。《核电站标准支吊架手册》（Q/CNPE.J105.6）推荐值与公式计算值相差较大，附录中的推荐值是综合各种类型管道，给出最不利工况下的推荐值，该最大允许间距数值相对保守，偏于安全考虑。因此，本文按照推导的跨距计算公式（1）（2）对附录5中的跨距取值进行了补充，得到了适用于核电厂非核级不抗震管道支撑件最大间距推荐值，如下表所示：

表3管道支撑件最大跨距推荐值

另外，根据地震载荷的情况，有效地震系数由适用的楼层谱的峰值决定，不具有标准化的特点，因此不在本文讨论范围内。

总结

本文结合核电厂一般支架的实际情况，从强度条件、刚度条件两个方面推导了管道支吊架跨距计算公式（1）和公式（2），并对涉及的非核级不抗震管道的跨距进行了计算，对原有支架跨距推荐值进行了补充和完善，解决了一直困扰设计人员在管道跨距方面选择的困难。

参考文献

[1] 动力管道设计手册，机械工业出版社，2006.

[2] 钱德永，管道工程简易计算，机械工业出版社，2006.

[3] 唐永进，压力管道应力分析，中国石化出版社，2009.