陈 江 胡庆庆 汪 敏 张勇卫

0 引言

在二代或者二代加核电站中，仪表管的大部分路径设计均由施工单位在现场确定，这使得即使是相同的堆型，每个电站的仪表管布置仍会因施工单位的不同而存在较大的差异。而作为我国自主研发的三代核电站华龙一号，不仅承担优化国内能源结构的重任，还肩负我国核电技术出海参与国际竞争的历史使命。因此，设计标准化是华龙一号的必须要求，而仪表管设计的精细化，是华龙一号的设计标准化的主要特征之一。

在核电站中，核岛厂房内具有空间小、物项多、形状特异等特点，同时，仪表管施工进场晚，布置路径技术限制多，这些都会对仪表管的路径设计造成很大困难，本文将结合笔者工作中的相关经验，梳理影响核电站核岛内的仪表管设计的因素，并对这些因素提出应对方法，希望对后来的设计者有一定借鉴意义。

1 影响核岛仪表管道设计的因素和对策

1.1 热膨胀应力和抗震惯性应力的影响及对策

核岛内仪表管道一般连接在工艺管道和主设备上，这些管道和设备通常具有高温高压的特点，具有很大的热膨胀应力和抗震惯性应力。在电站运行时，这些管道和设备会产生较大的热膨胀位移和地震位移，与之相连接的仪表管道也会受到影响，如果路径设计不合理，很容易使仪表管破裂，对核电站的安全性能产生影响[1]。

针对这一情况，在核电站仪表管路径设计中，通常将工艺连接点后仪表管的第一个支架点作为固定点，且需要在固定点处消除因管道（或设备）热膨胀应力和抗震惯性应力对仪表管的影响。因此，在仪表管安装前，必须对工艺连接点到第一个支架之间的仪表管进行应力分析计算，以确定合适的路径、形状及尺寸。

在应力分析计算中，仪表管的形状起着决定作用，如果形状不合适，计算结果很难满足要求，即使经过多次计算满足了要求，其路径也不合理，无法在现场施工。

仪表管应力是由热膨胀应力和抗地震惯性应力共同作用的结果，其规律性不强。根据过往经验，在设计固定点前的仪表管时，应首先考虑采用圆形布置来消除热膨胀应力和抗地震惯性应力；若布置空间不允许，则路径中出现迂回弯时，比如“[、]或者U”等形状，效果会比较好；在无法通过改变仪表管形状消除仪表管应力的情况下，可以选择采用尺寸规格更大的仪表管[2]。

1.2 核岛内空间不足带来的影响及对策

在核岛内的仪表管，必须遵循如下隔离准则：

（1）坡度设置：仪表管路应由取压口向下（若介质为气体则向上）敷设至传感器，坡度必须在2%和10%之间。

（2）与墙的间距：仪表管靠近混凝土结构或钢结构同时由于他们不发生关系，结构和仪表管之间 的最小距离是50 mm；如果仪表管道沿墙敷设且与墙体不发生关系，且仪表管道需要保温，则仪表管道距墙至少130 mm。

（3）管道之间的间距：仪表管在有保温层的工艺管道附近敷设时，距离工艺管道的最小距离是300 mm；不同保护组仪表管之间间距最少应为500 mm。

（4）与设备的间距：仪表管靠近设备同时又与其无任何关系时，二者之间最小距离应不小于50 mm；仪表管道在有保温层的设备附近时，距离该设备的距离应不小于600 mm。

（5）与电缆托盘的间距：在具有防火保护的电缆托盘的附近敷设时，距离托盘的距离应不小于200 mm。

核岛厂房大设备、大管道多，空间狭小，仪表管布置还需遵循以上准则，这使得仪表管的敷设空间变得更加有限，针对这些情况，在工程实践中，采用以下方式可以减少空间不足对仪表管路径设计的影响。

（1）做好整体规划。

当前核电站设计一般采用PDMS进行全厂三维建模，这使得我们在设计初期就能对厂房内剩余空间有了全面了解，因而能对不同保护组仪表管提前对路径走向、穿过孔洞、支掉点设置进行整体规划，通过整体规划，来减少对核岛厂房空间的无效利用[3]。

（2）多专业协同设计。

在规划仪表管路径时，应多与其他专业沟通，协调，来实现厂房空间利用的最大、最优化。

（3）灵活应用机械保护装置。

仪表管道在不满足不同保护组仪表管隔离要求或者不满足与高能管道隔离要求时，可以采用合适的机械保护装置达到设计要求。

1.3 安装进场时间晚带来的影响及对策

在核电站的建设中，仪表管道安装进场时间较晚，通常在仪表管安装进场时，设备、工艺管道、电缆托盘及通风管道都已经完成安装。

仪表管安装进场时间晚会给仪表管敷设带来如下问题：

（1）安装误差累积叠加。

在实际工程中，任意专业的任何物项，都难免存在安装误差，在这些误差累计叠加之下，施工现场仪表管的安装环境与设计之时的布置空间可能存在相当大的差异。

（2）已施工物项变更反馈不及时。

由于核电站建设时间周期厂，参与人员和参与单位多，且各单位之间沟通流程复杂，因此各专业现场变更很难及时的反映在设计时的三维模型中，这会使设计的仪表管难以及时响应现场的修改。

（3）施工空间不足。

因核岛内有些仪表管取压点高度较高，其后的仪表管往往在天花板下敷设，因进场时间晚，可能没有足够空间搭建安装仪表管所需要的辅助设施。

为应对这些情况，一般需要设计单位派遣设计代表进驻施工现场，通过设计代表和安装人员协作，依据现场的实际勘察情况，来进行施工现场的二次设计，并将最终的安装情况反馈到三维模型中。这种方式不仅能够使仪表管的安装工作顺利进行，也有助于仪表管竣工图的出版，更有助加深设计人员对专业知识的理解从而提高设计能力。

2 结束语

本文主要对影响核岛仪表管设计的三个因素进行总结，并对如何消除仪表管连接的工艺管道（设备）的应力、减少核岛空间狭小的限制和减轻进场时间晚带来的影响进行了详细分析。本文提出的消除热膨胀应力和抗地震位移的方法，对常规岛内需做应力分析的仪表管道设计也具有参考意义。