郭文

摘 要：某電廠海水系統(tǒng)首次啟動期間，由于管道布置以及支撐設計存在不足，水泵出口管道發(fā)生較大的彈性變形。通過加強支撐等措施，變形明顯消除。本文著重分析該系統(tǒng)管道彈性形變的原因及處理方式。

關鍵詞：管道;彈性變形;處理;分析

1.引言

某電廠海水系統(tǒng)的泵出口管道設置有連續(xù)的兩只90°彎頭，彎頭中間安裝有橡膠膨脹節(jié)。系統(tǒng)首次啟動時，彎頭上的支撐設計存在不足，不能有效吸收水泵啟動時管道內流體作用在彎頭上的力，導致管道存在明顯的彈性變形。通過在彎頭上增加錨固支撐的措施，系統(tǒng)啟動及運行時管道變形明顯消除。本文針對該系統(tǒng)管道變形的原因及處理方式進行詳細的討論和分析。

2.管道彈性變形問題分析

2.1初始管道布置與支撐設計

某電廠海水系統(tǒng)廠房內布置較為緊湊，為避免與系統(tǒng)管道干涉以及保證水流的走向，水泵出口連續(xù)設置了兩只90°的彎頭，并在兩只彎頭的中間安裝有橡膠膨脹節(jié)，目的是吸收水泵和管道的振動，避免泵和管道相互影響，相關布置如圖1 所示。在初始的設計中，兩個彎頭上設置了簡易的支撐，支撐由一段槽鋼及一只U型卡箍構成，并通過膨脹螺栓與地面連接。

2.2管道彈性變形原因分析

該系統(tǒng)的水泵為離心泵，設計為閉閥啟泵，而隔離閥安裝在第2個彎頭的下游。處于兩只彎頭之間的橡膠膨脹節(jié)不能承受軸向的較大拉力，系統(tǒng)運行或啟動時，膨脹節(jié)兩側的彎頭受到了巨大的系統(tǒng)流體力的作用。初始設計的支撐不能與管道及構筑物緊密錨固，彎頭受到的力不能有效被吸收，從而使相鄰管道產生較大的彈性變形。

水泵出口處彎頭主要受到水流靜壓力和動壓力的作用。靜壓力是由泵出口水流靜壓產生，動壓力則是由水流經過彎頭改變速度方向及大小產生?？梢岳霉?計算彎頭受到的動、靜壓力：

其中FJ為靜壓力，FD為動壓力。

經過分析可得彎頭受到的作用力如公式2所示。

FJX為受到x方向的靜壓力，FJY為受到y(tǒng)方向的靜壓力。

彎頭所在的管道內徑約為0.489米，水泵啟動時靜壓約為1MPa。可以求得，。

由于管徑無變化，可以認為通過彎頭的水流速不變，但方向改變90°，利用動量守恒公式可得：

計算可得整個彎頭在x、y方向上受到的動壓力為：

綜上，每個彎頭在水平和垂直方向上受到的力均為190.704KN。

由于x方向有水泵基礎或下游管系作為錨固，管道未出現在此方向上的明顯變形。但彎頭在y方向上沒有足夠的錨固，較大的作用力使管道產生彈性變形。

3.管道彈性變形問題處理

由于原有支撐與管道、構筑物不是錨固，不能對彎頭承受的力進行有效吸收，故對原有支撐進行了拆除。綜合改造代價、作業(yè)難度和作用效果，先在彎頭下方的地面種植了大量的膨脹螺栓，再將兩塊底板通過螺栓與地面錨固，底板上焊接大量的豎直鋼板，最后豎直鋼板與彎頭通過焊接的形式連接。由此，彎頭就與地面緊密地錨固在一起。通過起泵和運行驗證，錨固彎頭后，相鄰管道未出現明顯變形。

4.進一步優(yōu)化建議

在修改彎頭支撐的過程中，由于設備、管道等已安裝，同時出于經濟效益、作業(yè)難度的考慮，采用了將彎頭與支撐和底板焊接的方式。此種形式雖有利于吸收管道流體力，但大量的焊接可能對彎頭本身產生較大的熱應力影響，同時焊接的形式不利于彎頭相鄰設備的拆卸檢修。

在條件允許的情況下，建議在后續(xù)類似的問題處理中使用鋼筋混凝土支墩代替焊接鋼板。即在整個彎頭下方處澆筑鋼筋混凝土支墩，支墩通過植入的適量鋼筋與地面固定，同時使用U形卡箍固定管道以限制豎直方向上的松動。如使用圖3所示的支墩，由于該支墩按照彎頭的形狀澆筑，彎頭的外壁與支墩貼合較好，泵啟動及運行期間彎頭各處受到的力會被支墩吸收。同時，彎頭置于半圓形支墩中，需要移動時候可以松開U形卡箍，然后將彎頭吊起，這樣可以增加系統(tǒng)的可檢修性。

5.小結

某電廠海水系統(tǒng)在首次啟動期間出現的管道彈性變形問題反映出管道系統(tǒng)中存在如膨脹節(jié)等不能承受較大外力的設備時，應充分考慮系統(tǒng)內流體力的影響。電廠對該問題的處理方式以及優(yōu)化建議，為處理類似設計問題提供了良好的經驗借鑒。

參考文獻：

[1]顧軍，繆亞民，蔡竹平等.AP1000核電廠系統(tǒng)與設備.北京：原子能出版社，2010.155～161.