管道弯管工艺在核电站的应用分析

 管道弯管工艺在核电站的应用分析

唐存孝

摘要：核电站各工艺系统主要由设备和管道组成，各种流体输送均需要通过管道实现，因此，管道在维持核电站安全中起着不可替代的作用。管道布置设计过程中，由于系统需要、空间布局以及热膨胀、柔性设计等原因，经常需要改变管道的走向，具体可通过采用弯头或弯管实现。弯道弯管是管道制作加工过程中的一种常见工艺，与弯头相比，具有减少管道总焊缝、降低振动、流阻小等优点，有利于保证施工质量，降低施工成本，提高核电站的安全性和经济性。本文对管道弯管工艺在核电站的应用做了简单的探讨，以供相关人员的参考。

关键词：核电站；管道；弯管

1、弯道弯管工艺原理

弯道弯管的制作工艺分为热弯与冷弯弯道弯管，国内普遍采用的热弯道弯管实质上是感应加热弯道弯管，通过预先测量找出管子加热点，利用高频电源对管子圆周方向狭窄带进行加热，使弯道弯管温度上升到t≥(tc-56)℃的条件下，将管子缓慢匀速向前推进，弯矩作用到管子加热区域使管子沿着预先设定的轨道弯曲，形成具有一定曲率半径和角度的弯道弯管，角度和半径可在管子加热前预先调节好胎具。冷弯道弯管的制作程序是在t<(tc-56)℃的条件下，将管子沿着胎具缓慢进行拖拽，形成一定的曲率半径和角度，制作过程中不需要加热，不会改变材料的组织结构，具有节约能源等优点。

与弯头结构相比，弯管工艺的应用优势体现在以下几点：第一，在管道设计中，弯头的两端需要进行焊缝施工，而应用弯管设计能够减少焊缝数量，有利于降低管道焊接成本，此外，管道焊缝区域也是管道缺陷的高发区域，容易出现裂痕，因此，利用弯管工艺减少焊缝也是提高管道安全性的重要手段；第二，弯管结构具有较大的曲率，能够使得管道内部流体的运转速度提升，并且能够有效减少流体在改变流动方向时对管道内壁造成的冲击，进而避免了冲击力过大引发管道振动的问题，同时，管道弯曲部分与弯曲半径在应力系数方面呈正比关系，弯头结构与弯管结构相比较，产生的应力系数较大，因此为了降低管道弯曲部分的应力系数通常采用弯管工艺结构，进一步优化管道系统的应力分布；第三，一般情况下，管道内部的流体匀速流动对管道阻力要求较小，利用弯管工艺能够进一步减小管道内部阻力，有利于核电站运营效益的提高，同时参考管道设计的相关规范，90 度弯头局部阻力系数为 0.25，而 90度弯管局部阻力为0.20，更加有利于管道弯曲结构阻力的降低。

2、弯道弯管工艺在核电站应用

2.1、弯道弯管工艺在核电站应用主要作用

2.1.1、保证安全性

进行核电站管道设计的时候，需要对施工现场进行全面设计，根据管道情况合理设计好弯道弯管和弯头的数量。施工中，如果使用弯头，则要对两端进行焊接，确保安全避免泄漏。如果使用弯道弯管设计则全面减少了焊缝的数量，不但减少了施工成本，节省了人力资源，更能够在安全性上增加等级，确保传输的稳定性。焊缝区域在长期使用中往往会受自然条件、人为因素的影响出现裂痕，所以说，利用弯道弯管工艺也是全面减少焊缝裂缝的重要方式；

2.1.2、减少流动阻力

弯道弯管结构曲率更大，通过使用弯道弯管，保证了管道内部流体快速的流动，全面提高流动速度，提高了传输效率，另外，根据液体性质不同，还能够减少流体方向对管道内壁的不断冲击，有效避免出现液体冲击力过大，对部分松动管道产生的振动，实现了稳定传输，快速传导，另外，根据管道弯曲部分与弯曲半径应力系数关系，我们看到它们的关系是正比的。管道弯管施工的最主要目的就是在阻力较少的情况下，对液体进行快速稳定传输，不同的液体有不同的自身重力与压强，为了全面减少阻力，则需要使用弯道弯管设计，这样，管道内部液体就会在匀速状态下流动，管道阻力会减少，所产生的阻力不用计算在内，弯道弯管工艺有利于核电站运营整体效益。

2.1.3、降低了施工成本

核电站是当前应用最广泛的电站形式，在施工中需要全面保证安全，同时，充分为后期使用创造优质运行条件。在进行施工运行安全检查时，需要重点加强对管道焊缝的检测，在后期使用与维护中，弯道弯管工艺大大减少了管道焊缝数量，使检测与维修成本下降，特别是在检验过程中的管道无损检测工作量全面减少了，在同样成本条件下，实现了更大的运营价值。

2.2、弯道弯管工艺的现状

核电站施工中需要大量的管道设计，通过管道对物质进行传输，满足生产生活基本需要。通常，在管道设计中，相同条件下要优先选择弯道弯管来代替弯头，同时，对于直径小于60.3mm的管道必须要应用弯道弯管工艺进行设计，当然对于45度或90度的标准弯曲角度可以采用标准弯头或弯道弯管。在较早的核电站布置文件中也对弯道弯管工艺进行了相关的规定，例如弯道弯管弯曲半径可达到5.0D（D为管道外径）以上，弯头的弯曲半径则为1.0D到1.5D。由于核电站的空间是有限的，在管道设计和安装的过程中也要考虑核岛内置空间，因此应用的弯头比弯道弯管设计要多。但是，随着弯道弯管技术的不断发展，大口径弯道弯管的弯曲半径在3D以上，在火电厂中得到引用。在三代核电技术中，核电站的空间也有所扩大，对于弯道弯管的应用逐渐增多。

2.3、弯道弯管的设计工艺及验收标准

目前，我国管道设计主要采用法国核岛设备设计的RCC-M和美国设计的ASME两项标准，ASME对弯道弯管的设计标准仅对最小壁厚、椭圆度进行规定，而RCC-M对弯道弯管设计标准规定了最小壁厚（区分内腹区、外腹区）、椭圆度、壁厚减薄量进行了规定；由此可见，RCC-M相比于ASME在细节上更具体全面，因此设计参考上应注意合理选择。在弯道弯管材料采购上对弯道弯管弯曲率与最小壁厚也有严格的标准，如6倍管道r2对应1.06最小厚壁，5倍管道r2对应1.08最小厚壁，4倍管道r2对应1.16最小厚壁，3倍管道r2对应1.25最小厚壁，以满足管道设计标准。在管道验收方面，除了满足弯道弯管基本供货标准外，ASME与RCC-M均对弯道弯管形成提出了进一步验收要求。RCC-M与ASME相比在椭圆度和最小壁厚尺度检查的基础上进一步提出了无损检测要求，在弯道弯管检测上更细化和具体，设计人员可根据情况斟酌选择。

3 效果优点

在所述手动弯管器中，主轮和附轮都为圆形结构，主轮和附轮上弯管槽也与待弯管道一致。弯管时主要是通过附轮沿着主轮滚动以将待弯管道压入主轮的弯管槽内。以实现管道弯曲，避免了管道受挤压变形和刮花管道外表面。保证了管道弯曲后的质量。

在所述手动弯管器中，通过焊接在主轮上的定位卡块卡住并固定待弯管道，能有效避免管道在弯曲过程中的移动，确保弯管过程中起弯点不会滑动。能有效控制弯曲后管道弯曲半径和弯曲角度的误差。

在所述手动弯管器中连接装置包括方螺纹轴，轴销，两个连接板、一个连接块和紧固件组成。通过连接装置将主轮和附轮相对位置固定。使附轮在绕主轮转动过程中，主轮和附轮弯管U形槽组成的空腔始终等于待弯管道外径，能有效避免管道在弯曲过程中产生变形。

在所述手动弯管器中，通过方螺纹轴将主轮和定位板连接固定，当使用台虎钳夹紧定位板时，主轮在弯管过程中不会随着附轮的滚动而产生位移。能有效控制弯曲后管道弯曲半径的准确性。

在所述手动弯管器中附轮以主轮中心点为旋转中心在主轮边缘滚动，而在弯管操作过程中主轮中心点和附轮中心点以及手柄始终处于一条直线上。依据力矩计算公式M=FL，力臂L最小时，所需的力矩最小。因此，此设计能有效节省操作时操作人员的劳动强度。

所述手动弯管器结构简单，各零部件制作简单，也易于组装。能满足不同管道尺寸和不同弯曲半径的弯管需求。只需在使用时根据不同管径大小和不同弯曲半径需求，选择相应尺寸的主轮、附轮和连接板即可。

结束语

总而言之，随着弯道弯管技术的发展，大口径弯道弯管的最小弯曲半径可以达到3D，并已在火电行业中广泛应用。核电站中使用弯道弯管，可以有效减少管道焊缝总数量，减少现场施焊工作量，缩短建造周期，降低建造成本，焊缝数量的减少有利于提高核电站运行的安全性和经济性，减少核电站在役检查的工作量，因此，在满足布置空间要求的前提下，设计者应优先采用弯道弯管。

参考文献：

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