彎管工藝在核電站的應用研究

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

彎管工藝在核電站的應用研究

趙仲江(武漢海王新能源工程技術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用現(xiàn)狀，經(jīng)過分析彎管與彎頭特點，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。通過對國際上公認的《壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則》（簡稱RCC-M）和《核設施部件建造規(guī)則》（簡稱ASME）管道設計工藝與驗收技術要求進行對比，推薦在核電站中使用RCC-M技術進行設計和驗收，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現(xiàn)，管道在維系核電站運轉(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)設計需求，往往需要改變管道流體走向，可通過彎管和彎頭來實現(xiàn)。彎管在管道阻力，振動，成本，經(jīng)濟效益和施工質(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質(zhì)上是感應加熱彎管，通過預先測量找出管子加熱點，利用高頻電源對管子圓周方向狹窄帶進行加熱，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，彎矩作用到管子加熱區(qū)域使管子沿著預先設定的軌道彎曲，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，不會改變材料的組織結(jié)構(gòu)，具有節(jié)約能源等優(yōu)點。

2 彎管工藝在核電站應用

2.1 彎管工藝的現(xiàn)狀

在核電站管道設計文件中明確規(guī)定：在相同環(huán)境下，管道設計上推薦彎管優(yōu)先于彎頭；對DN≤60.3mm的管道務必采用彎管形式，角度為45-90o可選擇彎管或是標準彎頭。與此同時，起初核電站設計文件中也有規(guī)定，即彎管彎曲半徑≥5.0D，彎頭的彎曲半徑可達到1.0D-1.5D。核電站空間有限，很多情況下管道設計與安裝受限于核島內(nèi)置空間，因此彎頭在CPR1000中的應用遠遠大于管道彎管的使用量。在三代核電技術中，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

（1）在管道設置中，每個彎頭的兩端均設置焊縫，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，一條彎管能減少一條焊縫，總體焊縫的減少效果非?？捎^，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)生管道振動現(xiàn)象。由于彎曲部分的應力系數(shù)與大彎曲半徑的應力成正比，而大彎曲半徑彎頭應力系數(shù)高于大彎曲半徑彎管，如果在實際應用中采用大半徑彎管，能使管道系統(tǒng)的應力分布更加均稱，管內(nèi)承受力更科學合理。

（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)濟效益。根據(jù)設計手冊可知，若不計內(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%，彎管阻力遠低于彎頭。

（4）根據(jù)有關規(guī)定，核電站每10年至少進行一次安全性檢查，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)量減少能降低運行期的在役檢查工作，減少成本支出，提高經(jīng)濟效益。

3 彎管的設計工藝及驗收標準

目前，我國管道設計主要采用法國核島設備設計的RCC-M和美國設計的ASME兩項標準，ASME對彎管的設計標準僅對最小壁厚、橢圓度進行規(guī)定，而RCC-M對彎管設計標準規(guī)定了最小壁厚（區(qū)分內(nèi)腹區(qū)、外腹區(qū)）、橢圓度、壁厚減薄量進行了規(guī)定；由此可見，RCC-M相比于ASME在細節(jié)上更具體全面，因此設計參考上應注意合理選擇。在彎管材料采購上對彎管彎曲率與最小壁厚也有嚴格的標準，如6倍管道r2對應1.06最小厚壁，5倍管道r2對應1.08最小厚壁，4倍管道r2對應1.16最小厚壁，3倍管道r2對應1.25最小厚壁，以滿足管道設計標準。

在管道驗收方面，除了滿足彎管基本供貨標準外，ASME與RCC-M均對彎管形成提出了進一步驗收要求。RCC-M與ASME相比在橢圓度和最小壁厚尺度檢查的基礎上進一步提出了無損檢測要求，在彎管檢測上更細化和具體，設計人員可根據(jù)情況斟酌選擇。

4 結(jié)語

隨著時間推進，彎管技術不斷改進，致使在火電行業(yè)中也取得了較好發(fā)展。核電站彎管技術的應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，提高了運行可靠性，對提高核電站經(jīng)濟效益發(fā)揮著關鍵性作用。彎管加工一般在車間進行，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)彎管彎頭設計對比分析.J.華電技術.

[2]RCC-M2007.壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則.S.

[3]DL5007-1992.電力建設施工及驗收技術規(guī)范.