趙仲江(武漢海王新能源工程技術(shù)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518120)

彎管工藝在核電站的應(yīng)用研究

趙仲江(武漢海王新能源工程技術(shù)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518120)

本文主要介紹了管道工藝在核電站的應(yīng)用現(xiàn)狀，經(jīng)過分析彎管與彎頭特點(diǎn)，對比管道壁厚及彎管曲度，阻力等依據(jù)，得出在同等環(huán)境下推薦使用彎管的結(jié)論。通過對國際上公認(rèn)的《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》（簡稱RCC-M）和《核設(shè)施部件建造規(guī)則》（簡稱ASME）管道設(shè)計(jì)工藝與驗(yàn)收技術(shù)要求進(jìn)行對比，推薦在核電站中使用RCC-M技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)收，更全面具體。

彎管與彎頭；核電站；管道分析；工藝要求

核電站工藝系統(tǒng)主要由系統(tǒng)、設(shè)備和管道組成，在發(fā)電過程中各種流體均通過管道輸送實(shí)現(xiàn)，管道在維系核電站運(yùn)轉(zhuǎn)、保障工作安全具有不可替代性。在管道布置上，由于核電站空間局限性以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，往往需要改變管道流體走向，可通過彎管和彎頭來實(shí)現(xiàn)。彎管在管道阻力，振動(dòng)，成本，經(jīng)濟(jì)效益和施工質(zhì)量方面具有相對優(yōu)勢，推薦優(yōu)先采用。

1 彎管工藝原理

彎管的制作工藝分為熱彎與冷彎彎管，國內(nèi)普遍采用的熱彎管實(shí)質(zhì)上是感應(yīng)加熱彎管，通過預(yù)先測量找出管子加熱點(diǎn)，利用高頻電源對管子圓周方向狹窄帶進(jìn)行加熱，使彎管溫度上升到t≥(tc-56)oc的條件下，將管子緩慢勻速向前推進(jìn)，彎矩作用到管子加熱區(qū)域使管子沿著預(yù)先設(shè)定的軌道彎曲，形成具有一定曲率半徑和角度的彎管，角度和半徑可在管子加熱前預(yù)先調(diào)節(jié)好胎具。冷彎管的制作程序是在t＜(tc-56)oc的條件下，將管子沿著胎具緩慢進(jìn)行拖拽，形成一定的曲率半徑和角度，制作過程中不需要加熱，不會(huì)改變材料的組織結(jié)構(gòu)，具有節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。

2 彎管工藝在核電站應(yīng)用

2.1 彎管工藝的現(xiàn)狀

在核電站管道設(shè)計(jì)文件中明確規(guī)定：在相同環(huán)境下，管道設(shè)計(jì)上推薦彎管優(yōu)先于彎頭；對DN≤60.3mm的管道務(wù)必采用彎管形式，角度為45-90o可選擇彎管或是標(biāo)準(zhǔn)彎頭。與此同時(shí)，起初核電站設(shè)計(jì)文件中也有規(guī)定，即彎管彎曲半徑≥5.0D，彎頭的彎曲半徑可達(dá)到1.0D-1.5D。核電站空間有限，很多情況下管道設(shè)計(jì)與安裝受限于核島內(nèi)置空間，因此彎頭在CPR1000中的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管道彎管的使用量。在三代核電技術(shù)中，空間相對寬松，彎管數(shù)量有所增加。

2.2 彎管取代彎頭的優(yōu)點(diǎn)

（1）在管道設(shè)置中，每個(gè)彎頭的兩端均設(shè)置焊縫，便于彎頭與管道的連接，彎頭相比于彎管焊縫總量要高出許多；使用彎管能有效的減少焊縫總數(shù)量，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，一條彎管能減少一條焊縫，總體焊縫的減少效果非常可觀，有利于降低焊接成本，減少無損檢測量。管道焊縫區(qū)域往往是缺陷多發(fā)地區(qū)，可能存在裂痕等情況，焊縫減少有利于提高管道安全性和內(nèi)壁質(zhì)量，提高核電站安全。

（2）彎管曲率大，能加快流體在管內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，還能減少流體因流向變化對管線的沖擊，因沖擊力而發(fā)生管道振動(dòng)現(xiàn)象。由于彎曲部分的應(yīng)力系數(shù)與大彎曲半徑的應(yīng)力成正比，而大彎曲半徑彎頭應(yīng)力系數(shù)高于大彎曲半徑彎管，如果在實(shí)際應(yīng)用中采用大半徑彎管，能使管道系統(tǒng)的應(yīng)力分布更加均稱，管內(nèi)承受力更科學(xué)合理。

（3）在流體勻速情況下，彎管局部阻力小可降低管道阻力，提高經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊可知，若不計(jì)內(nèi)徑變化與沿程阻力損失，90o彎管的局部阻力系數(shù)為0.20，90o的彎頭局部手阻力系數(shù)0.25，僅對比系數(shù)引起的阻力就相差25%，彎管阻力遠(yuǎn)低于彎頭。

（4）根據(jù)有關(guān)規(guī)定，核電站每10年至少進(jìn)行一次安全性檢查，在開展檢查過程中主要針對管道焊縫進(jìn)行無損檢測，而彎管的投入提高管道安全，減少焊縫無損檢測量，降低運(yùn)行成本，相比于彎頭更具優(yōu)勢。

綜上所述，核電站采用彎管工藝，不僅能減少焊縫總數(shù)量，提高管道質(zhì)量安全，降低施工成本，縮短施工周期，而且焊縫數(shù)量減少能降低運(yùn)行期的在役檢查工作，減少成本支出，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 彎管的設(shè)計(jì)工藝及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

目前，我國管道設(shè)計(jì)主要采用法國核島設(shè)備設(shè)計(jì)的RCC-M和美國設(shè)計(jì)的ASME兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，ASME對彎管的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)僅對最小壁厚、橢圓度進(jìn)行規(guī)定，而RCC-M對彎管設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最小壁厚（區(qū)分內(nèi)腹區(qū)、外腹區(qū)）、橢圓度、壁厚減薄量進(jìn)行了規(guī)定；由此可見，RCC-M相比于ASME在細(xì)節(jié)上更具體全面，因此設(shè)計(jì)參考上應(yīng)注意合理選擇。在彎管材料采購上對彎管彎曲率與最小壁厚也有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，如6倍管道r2對應(yīng)1.06最小厚壁，5倍管道r2對應(yīng)1.08最小厚壁，4倍管道r2對應(yīng)1.16最小厚壁，3倍管道r2對應(yīng)1.25最小厚壁，以滿足管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

在管道驗(yàn)收方面，除了滿足彎管基本供貨標(biāo)準(zhǔn)外，ASME與RCC-M均對彎管形成提出了進(jìn)一步驗(yàn)收要求。RCC-M與ASME相比在橢圓度和最小壁厚尺度檢查的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了無損檢測要求，在彎管檢測上更細(xì)化和具體，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)情況斟酌選擇。

4 結(jié)語

隨著時(shí)間推進(jìn)，彎管技術(shù)不斷改進(jìn)，致使在火電行業(yè)中也取得了較好發(fā)展。核電站彎管技術(shù)的應(yīng)用不僅減少了焊縫數(shù)，提高了管道安全質(zhì)量，減少了檢測量，提高了運(yùn)行可靠性，對提高核電站經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。彎管加工一般在車間進(jìn)行，生產(chǎn)工藝和制度上有可靠保證，是工廠管道生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。隨著應(yīng)用的發(fā)展，加工工藝水平不斷提高，推薦優(yōu)先使用彎管工藝。

[1]張洪元.呂道華.閆平.等.火電廠四大管道系統(tǒng)彎管彎頭設(shè)計(jì)對比分析.J.華電技術(shù).

[2]RCC-M2007.壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則.S.

[3]DL5007-1992.電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范.