弯管工艺在核电站的应用研究.pdf

2017年08月 工艺控制 弯管工艺在核电站的应用研究 赵仲江(武汉海王新能源工程技术有限公司深圳分公司,广东深圳518120) 摘要： 本文主要介绍了管道工艺在核电站的应用现状， 经 过分析弯管与弯头特点， 对比管道壁厚及弯管曲度， 阻力等依 据， 得出在同等环境下推荐使用弯管的结论。通过对国际上公 认的 压水堆核岛机械设备设计和建造规则 （简称RCC-M） 和 核设施部件建造规则 （简称ASME） 管道设计工艺与验收技 术要求进行对比， 推荐在核电站中使用RCC-M技术进行设计 和验收， 更全面具体。 关键词： 弯管与弯头； 核电站； 管道分析； 工艺要求 核电站工艺系统主要由系统、 设备和管道组成， 在发电过 程中各种流体均通过管道输送实现， 管道在维系核电站运转、 保障工作安全具有不可替代性。在管道布置上， 由于核电站空 间局限性以及系统设计需求， 往往需要改变管道流体走向， 可 通过弯管和弯头来实现。弯管在管道阻力， 振动， 成本， 经济效 益和施工质量方面具有相对优势， 推荐优先采用。 1 弯管工艺原理 弯管的制作工艺分为热弯与冷弯弯管， 国内普遍采用的热 弯管实质上是感应加热弯管， 通过预先测量找出管子加热点， 利用高频电源对管子圆周方向狭窄带进行加热， 使弯管温度上 升到t(tc-56)oc的条件下， 将管子缓慢匀速向前推进， 弯矩作用 到管子加热区域使管子沿着预先设定的轨道弯曲， 形成具有一 定曲率半径和角度的弯管， 角度和半径可在管子加热前预先调 节好胎具。冷弯管的制作程序是在t(tc-56)oc的条件下， 将管子 沿着胎具缓慢进行拖拽， 形成一定的曲率半径和角度， 制作过 程中不需要加热， 不会改变材料的组织结构， 具有节约能源等 优点。 2 弯管工艺在核电站应用 2.1 弯管工艺的现状 在核电站管道设计文件中明确规定： 在相同环境下， 管道 设计上推荐弯管优先于弯头； 对DN60.3mm的管道务必采用 弯管形式， 角度为45-90o可选择弯管或是标准弯头。与此同 时， 起初核电站设计文件中也有规定， 即弯管弯曲半径5.0D， 弯头的弯曲半径可达到1.0D-1.5D。核电站空间有限， 很多情 况下管道设计与安装受限于核岛内置空间， 因此弯头在 CPR1000中的应用远远大于管道弯管的使用量。在三代核电 技术中， 空间相对宽松， 弯管数量有所增加。 2.2 弯管取代弯头的优点 （1） 在管道设置中， 每个弯头的两端均设置焊缝， 便于弯头 与管道的连接， 弯头相比于弯管焊缝总量要高出许多； 使用弯 管能有效的减少焊缝总数量， 根据以往经验， 一条弯管能减少 一条焊缝， 总体焊缝的减少效果非常可观， 有利于降低焊接成 本， 减少无损检测量。管道焊缝区域往往是缺陷多发地区， 可 能存在裂痕等情况， 焊缝减少有利于提高管道安全性和内壁质 量， 提高核电站安全。 （2） 弯管曲率大， 能加快流体在管内的运转速度， 还能减少 流体因流向变化对管线的冲击， 因冲击力而发生管道振动现 象。由于弯曲部分的应力系数与大弯曲半径的应力成正比， 而 大弯曲半径弯头应力系数高于大弯曲半径弯管， 如果在实际应 用中采用大半径弯管， 能使管道系统的应力分布更加均称， 管 内承受力更科学合理。 （3） 在流体匀速情况下， 弯管局部阻力小可降低管道阻力， 提高经济效益。根据设计手册可知， 若不计内径变化与沿程阻 力损失， 90o弯管的局部阻力系数为0.20， 90o的弯头局部手阻力 系数0.25， 仅对比系数引起的阻力就相差25%， 弯管阻力远低于 弯头。 （4） 根据有关规定， 核电站每10年至少进行一次安全性检 查， 在开展检查过程中主要针对管道焊缝进行无损检测， 而弯 管的投入提高管道安全， 减少焊缝无损检测量， 降低运行成本， 相比于弯头更具优势。 综上所述， 核电站采用弯管工艺， 不仅能减少焊缝总数量， 提高管道质量安全， 降低施工成本， 缩短施工周期， 而且焊缝数 量减少能降低运行期的在役检查工作， 减少成本支出， 提高经 济效益。 3 弯管的设计工艺及验收标准 目前， 我国管道设计主要采用法国核岛设备设计的RCC-M 和美国设计的ASME两项标准， ASME对弯管的设计标准仅对 最小壁厚、 椭圆度进行规定， 而RCC-M对弯管设计标准规定了 最小壁厚 （区分内腹区、 外腹区） 、 椭圆度、 壁厚减薄量进行了规 定； 由此可见， RCC-M相比于ASME在细节上更具体全面， 因此 设计参考上应注意合理选择。在弯管材料采购上对弯管弯曲 率与最小壁厚也有严格的标准， 如6倍管道r2对应1.06最小厚 壁， 5倍管道r2对应1.08最小厚壁， 4倍管道r2对应1.16最小厚 壁， 3倍管道r2对应1.25最小厚壁， 以满足管道设计标准。 在管道验收方面， 除了满足弯管基本供货标准外， ASME与 RCC-M 均对弯管形成提出了进一步验收要求。RCC-M 与 ASME相比在椭圆度和最小壁厚尺度检查的基础上进一步提出 了无损检测要求， 在弯管检测上更细化和具体， 设计人员可根 据情况斟酌选择。 4 结语 随着时间推进， 弯管技术不断改进， 致使在火电行业中也 取得了较好发展。核电站弯管技术的应用不仅减少了焊缝数， 提高了管道安全质量， 减少了检测量， 提高了运行可靠性， 对提 高核电站经济效益发挥着关键性作用。弯管加工一般在车间 进行， 生产工艺和制度上有可靠保证， 是工厂管道生产的发展 趋势。随着应用的发展， 加工工艺水平不断提高， 推荐优先使 用