張春梅
中國(guó)核工業(yè)二三建設(shè)有限公司 福建福清 350318
由于國(guó)家科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,我國(guó)的核電相關(guān)技術(shù)應(yīng)用更加成熟,針對(duì)當(dāng)前的能源以及環(huán)境現(xiàn)狀,我國(guó)提出節(jié)能減排的倡議,但是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須有足夠的能源動(dòng)力支撐,核電作為一種清潔能源,其能源特點(diǎn)能夠有效解決能源與環(huán)境在發(fā)展中的矛盾,核電廠未來(lái)可能會(huì)迎來(lái)更大規(guī)模的發(fā)展。
工藝管道系統(tǒng)作為核電廠的重要子系統(tǒng)之一,一直以來(lái)默默無(wú)聞,但是其對(duì)于核電廠的貢獻(xiàn)卻是不可替代的。工藝管道系統(tǒng)主要涉及管道的線路設(shè)計(jì)和布置,還有支撐固定管道的吊架的布置設(shè)計(jì).核電廠工藝管道系統(tǒng)龐雜,其管道支吊架布置工況比較復(fù)雜,合理設(shè)計(jì)管道及支吊架的線路布局,不僅可以規(guī)避線路不合理的情況,提高管道的使用效率,還可以提升管道系統(tǒng)的生產(chǎn)安全性[1]。
管道工作中會(huì)承受的很強(qiáng)的壓力載荷,其中主要有持久性載荷,即不加斷地作用于管道系統(tǒng),如管道所收到的壓力和重力載荷;臨時(shí)性載荷即就是臨時(shí)對(duì)管道系統(tǒng)造成的載荷作用,如開(kāi)關(guān)管道閥門時(shí)形成的反沖力和壓力變化等;交變性載荷即就是受力的大小和方向不固定,隨時(shí)間發(fā)生變化的載荷,如溫差造成的熱脹冷縮、端點(diǎn)位移等。
在管道的應(yīng)力分析中,涉及到載荷施工分析,這是確定載荷工況的重要環(huán)節(jié),不同載荷工況的載荷情況不同,對(duì)子要有針對(duì)性的施工分析,使不同的載荷工況都有合適的施工方案,以滿足的設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),這些在具體的力學(xué)分析中可以看出來(lái)。
管道由于受力、濕度、溫度場(chǎng)變化等而變形,在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的應(yīng)力,根據(jù)應(yīng)力的強(qiáng)度大小,大致可以分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力。一次應(yīng)力主要包含外載荷引起的管道內(nèi)部形成的正應(yīng)力和剪應(yīng)力,它必須保持受力的平衡性,其基本的特點(diǎn)就是不能自我恢復(fù),它始終隨著受力大小的變化而變形,超過(guò)管道結(jié)構(gòu)的屈服極限或持久強(qiáng)度,就會(huì)使管道發(fā)生過(guò)度形變,破壞管道結(jié)構(gòu)。二次應(yīng)力是管道由于形變而產(chǎn)生的正向的正應(yīng)力或剪應(yīng)力,它本身不與外力不平衡。比如管道和其他的變動(dòng)情況產(chǎn)生的力[2]。
在整個(gè)工藝管道系統(tǒng)中,對(duì)于管道布置的要求有所差異,重要性一般的管道可以簡(jiǎn)單按照相關(guān)的工作規(guī)范,設(shè)計(jì)布置工藝管道及支吊架,設(shè)計(jì)及規(guī)范滿足標(biāo)準(zhǔn)要求即可,比較重要的管道布置,前期則需要進(jìn)行應(yīng)力分析,精確計(jì)算管道各處應(yīng)力,確定設(shè)計(jì)是否能滿足生產(chǎn)要求,最大程度優(yōu)化布局支吊架的位置,調(diào)節(jié)管道在復(fù)雜工作環(huán)境中受力情況在可承受范圍之內(nèi),保證設(shè)備能夠正常工作。
通常管道布置工作,需堅(jiān)持以下這些原則:首先,支吊架的位置、數(shù)量要與管道的重量相協(xié)調(diào),合理布局,能夠承載管道重量和其他的連接的設(shè)備的重量;其次,管道線路設(shè)計(jì)盡量避免較長(zhǎng)的直管道,在管道延伸方向上,多使用彎曲結(jié)構(gòu),采用彎管結(jié)構(gòu)布置,則可以減小熱脹應(yīng)力,從而約束軸向管道,防止管道受損;再次,跨范圍大面積的管道布置,需要設(shè)計(jì)好支吊架布置,使管道系統(tǒng)的康災(zāi)害能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性更高。最后,對(duì)管道上的閥門設(shè)備注意保護(hù),避免周圍的支吊架對(duì)其功能發(fā)生影響。
管道系統(tǒng)的受力分析,如果超過(guò)管道的承受范圍,不符合要求,要積極尋找問(wèn)題所在,通常情況下,可以通過(guò)降低熱脹應(yīng)力的限制,增加管道抗自然災(zāi)害的應(yīng)力,如果是承重機(jī)構(gòu)的問(wèn)題,可以適當(dāng)?shù)脑黾踊驕p少承重支架數(shù)量。
管道的支吊架即就是承擔(dān)管道重量、控制管道形狀或位置,保持管道位置和形狀不發(fā)生變化,緩解管道在使用過(guò)程中所收到的內(nèi)外部應(yīng)力,防止連接設(shè)備和外部所受載荷對(duì)管道造成破壞作用。根據(jù)其實(shí)現(xiàn)功能,大致可以分為三大類,一類是用于承載管道重量的支吊架,包括恒力支吊架、滑動(dòng)支架、剛性支吊架等;一類控制固定管道位置的,包括固定支架、導(dǎo)向支架;還有一類是防止管道發(fā)生震蕩的支吊架,包括阻尼裝置等。
在對(duì)支吊架的布置過(guò)程中,保證支吊架規(guī)格質(zhì)量相同,便于施工過(guò)程中的安裝,和后期的管道維護(hù)。在制造設(shè)計(jì)過(guò)程中,講究實(shí)用簡(jiǎn)單,兼顧設(shè)備的美觀性,如減少錨固點(diǎn)。支吊架的結(jié)構(gòu)大小要與施工環(huán)境相協(xié)調(diào),盡量減少空間的限制,而且體積不宜過(guò)于龐大。同時(shí)也要注意支吊架的設(shè)計(jì),有足夠的安全可靠性,便于后期檢查。
支吊架的位置確定了其對(duì)管道的承載力大小,不同類型的支吊架也會(huì)影響其承載力,從這兩個(gè)方面分析它們對(duì)管道受力的影響,可以總結(jié)為三個(gè)點(diǎn):首先,支吊架與管道的接觸位置決定了管道的最大應(yīng)力點(diǎn),其不同的類型也直接影響管道系統(tǒng)的應(yīng)力分布和端點(diǎn)的應(yīng)力值。其次,支吊架的設(shè)計(jì)方案以實(shí)用為準(zhǔn),沒(méi)有固定模式,同樣的管道系統(tǒng)可以有多種支吊架設(shè)置方案,但是不同的設(shè)計(jì)方案會(huì)改變管道系統(tǒng)的應(yīng)力分布,可以在所有的可行支吊架布置方案中,找出位置設(shè)置和類型選擇最佳的方案。最后,如果存在支架位置或支吊架不合理的情況,應(yīng)該多次計(jì)算分析,調(diào)整現(xiàn)狀[3]。
支吊架布置和管道系統(tǒng)應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān),彼此互相影響,在施工過(guò)程中,先進(jìn)行支吊架的布置,在此環(huán)節(jié)中,要認(rèn)真考慮其他因素對(duì)施工的影響,包括管道的重量、連接設(shè)備的重量和管道熱膨脹效應(yīng)大小等等。這其中,熱脹冷縮效應(yīng)會(huì)使管道系統(tǒng)的形狀造成較大影響,在設(shè)置,支吊架時(shí),就需要將支架設(shè)置在變形量小的位置,防止熱膨脹效應(yīng)過(guò)大釋放損壞支架,或者可以設(shè)置一些柔性支架避免問(wèn)題產(chǎn)生,除此之外,工作中還涉及很多計(jì)算的工作,必須做到細(xì)致認(rèn)證,才能保證工作更加順利連貫的完成。