核电厂工艺管道支吊架布置分析

张春梅

中国核工业二三建设有限公司 福建福清 350318

由于国家科学技术的进步，我国的核电相关技术应用更加成熟，针对当前的能源以及环境现状，我国提出节能减排的倡议，但是社会经济的发展必须有足够的能源动力支撑，核电作为一种清洁能源，其能源特点能够有效解决能源与环境在发展中的矛盾，核电厂未来可能会迎来更大规模的发展。

工艺管道系统作为核电厂的重要子系统之一，一直以来默默无闻，但是其对于核电厂的贡献却是不可替代的。工艺管道系统主要涉及管道的线路设计和布置，还有支撑固定管道的吊架的布置设计.核电厂工艺管道系统庞杂，其管道支吊架布置工况比较复杂，合理设计管道及支吊架的线路布局，不仅可以规避线路不合理的情况，提高管道的使用效率，还可以提升管道系统的生产安全性[1]。

1 工艺管道的相关分析

1.1 管道承受的载荷

管道工作中会承受的很强的压力载荷，其中主要有持久性载荷，即不加断地作用于管道系统，如管道所收到的压力和重力载荷；临时性载荷即就是临时对管道系统造成的载荷作用，如开关管道阀门时形成的反冲力和压力变化等；交变性载荷即就是受力的大小和方向不固定，随时间发生变化的载荷，如温差造成的热胀冷缩、端点位移等。

1.2 载荷施工分析

在管道的应力分析中，涉及到载荷施工分析，这是确定载荷工况的重要环节，不同载荷工况的载荷情况不同，对子要有针对性的施工分析，使不同的载荷工况都有合适的施工方案，以满足的设计相关标准，这些在具体的力学分析中可以看出来。

1.3 管道所产生的应力分析

管道由于受力、湿度、温度场变化等而变形，在物体内各部分之间产生相互作用的应力，根据应力的强度大小，大致可以分为一次应力和二次应力。一次应力主要包含外载荷引起的管道内部形成的正应力和剪应力，它必须保持受力的平衡性，其基本的特点就是不能自我恢复，它始终随着受力大小的变化而变形，超过管道结构的屈服极限或持久强度，就会使管道发生过度形变，破坏管道结构。二次应力是管道由于形变而产生的正向的正应力或剪应力，它本身不与外力不平衡。比如管道和其他的变动情况产生的力[2]。

1.4 工艺管道系统的布置

在整个工艺管道系统中，对于管道布置的要求有所差异，重要性一般的管道可以简单按照相关的工作规范，设计布置工艺管道及支吊架，设计及规范满足标准要求即可，比较重要的管道布置，前期则需要进行应力分析，精确计算管道各处应力，确定设计是否能满足生产要求，最大程度优化布局支吊架的位置，调节管道在复杂工作环境中受力情况在可承受范围之内，保证设备能够正常工作。

通常管道布置工作，需坚持以下这些原则：首先，支吊架的位置、数量要与管道的重量相协调，合理布局，能够承载管道重量和其他的连接的设备的重量；其次，管道线路设计尽量避免较长的直管道，在管道延伸方向上，多使用弯曲结构，采用弯管结构布置，则可以减小热胀应力，从而约束轴向管道，防止管道受损；再次，跨范围大面积的管道布置，需要设计好支吊架布置，使管道系统的康灾害能力和系统稳定性更高。最后，对管道上的阀门设备注意保护，避免周围的支吊架对其功能发生影响。

管道系统的受力分析，如果超过管道的承受范围，不符合要求，要积极寻找问题所在，通常情况下，可以通过降低热胀应力的限制，增加管道抗自然灾害的应力，如果是承重机构的问题，可以适当的增加或减少承重支架数量。

2 支吊架布置分析

2.1 支吊架的种类

管道的支吊架即就是承担管道重量、控制管道形状或位置，保持管道位置和形状不发生变化，缓解管道在使用过程中所收到的内外部应力，防止连接设备和外部所受载荷对管道造成破坏作用。根据其实现功能，大致可以分为三大类，一类是用于承载管道重量的支吊架，包括恒力支吊架、滑动支架、刚性支吊架等；一类控制固定管道位置的，包括固定支架、导向支架；还有一类是防止管道发生震荡的支吊架，包括阻尼装置等。

2.2 支吊架的布置原则

在对支吊架的布置过程中，保证支吊架规格质量相同，便于施工过程中的安装，和后期的管道维护。在制造设计过程中，讲究实用简单，兼顾设备的美观性，如减少锚固点。支吊架的结构大小要与施工环境相协调，尽量减少空间的限制，而且体积不宜过于庞大。同时也要注意支吊架的设计，有足够的安全可靠性，便于后期检查。

2.3 支吊架的受力与布置分析

支吊架的位置确定了其对管道的承载力大小，不同类型的支吊架也会影响其承载力，从这两个方面分析它们对管道受力的影响，可以总结为三个点：首先，支吊架与管道的接触位置决定了管道的最大应力点，其不同的类型也直接影响管道系统的应力分布和端点的应力值。其次，支吊架的设计方案以实用为准，没有固定模式，同样的管道系统可以有多种支吊架设置方案，但是不同的设计方案会改变管道系统的应力分布，可以在所有的可行支吊架布置方案中，找出位置设置和类型选择最佳的方案。最后，如果存在支架位置或支吊架不合理的情况，应该多次计算分析，调整现状[3]。

3 结语

支吊架布置和管道系统应力状态密切相关，彼此互相影响，在施工过程中，先进行支吊架的布置，在此环节中，要认真考虑其他因素对施工的影响，包括管道的重量、连接设备的重量和管道热膨胀效应大小等等。这其中，热胀冷缩效应会使管道系统的形状造成较大影响，在设置，支吊架时，就需要将支架设置在变形量小的位置，防止热膨胀效应过大释放损坏支架，或者可以设置一些柔性支架避免问题产生，除此之外，工作中还涉及很多计算的工作，必须做到细致认证，才能保证工作更加顺利连贯的完成。