玻璃鋼管道在核電廠(chǎng)循環(huán)水系統中的設計及應用

中國核電核CHINA NUCLEAR POWER第7卷第4期2014年12月發(fā)玻璃鋼管道在核電廠(chǎng)循環(huán)水系統中的設計及應用張旭'，戴云’(1.中國核電工程有限公司，北京100840;2.南京新核復合材料有限公司，江蘇南京211212)摘要:文章介紹了玻璃鋼管道在核電廠(chǎng)循環(huán)水系統中具有降低水損、節約電耗、方便施工等優(yōu)越性，并解決了大口徑循環(huán)水管道難以進(jìn)行水壓試驗的難題。從玻璃鋼管道的設計基準、使用壽命、管道的漲縮影響、泥砂磨損等方面，對玻璃鋼管道的設計、產(chǎn)品工藝、管道材料及試驗要求等進(jìn)行了分析。目前該核電廠(chǎng)循環(huán)水系統已通過(guò)工程驗收，運行正常，為今后玻璃鋼管道在核電廠(chǎng)循環(huán)水系統中的應用提供了經(jīng)驗和依據。關(guān)鍵詞:循環(huán)水系統;內襯玻璃鋼管道;核電廠(chǎng)中圖分類(lèi)號: TL37文獻標志碼: A文章編號: 1674- 1617(2014)04- -0297- 05The Design and Application of FRP Pipes in NuclearPower Plant Circulation Water SystemZHANG Xu'， DAI Yun2(1. China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100840, China;2. Nanjing New Nuclear Composite Materials Co.， Ltd.,Nanjing of Jiangsu Prov. 211212， China)Abstract: This article introduces the FRP pipes in the circulation water system whichcan reduce water loss and save power consumption， facilitate construction, and solvehe problem of large diameter circulation water pipes difficult for the water pressuretest. For harsh working conditions for the circulation water system, in terms of thedesign basis of the FRP pipe, service life， effect of pipe swelling and shrinking， andsand wear， the design， product process， pipe material and test requirements of FRPpipeline were analyzed. Now the nuclear power plant circulation water system haspassed the acceptance check， and operated normally， which will provide experienceand reference for the future application of FRP pipeline in the circulation watersystem.Key words: circulation water system; lined FRP pipeline; nuclear power plantCLC number: TL37 Article character: A Article ID: 1674- 1617(2014)04- -0297- -05中國煤化工收稿日期: 2014- -07-16作者簡(jiǎn)介:張旭(1972- -)，男，北京人，高級工程師，學(xué)士，從事循環(huán)水系統設.MHCNMH G297.Nuclear Power R&D核電研發(fā)樣徑向壓縮變形量為25%，臨界值為50%，試驗道的影響。數據經(jīng)統計分析，外推得出該種橡膠圈的平均使6)海水中泥砂沖刷對管道系統的影響用壽命為75年。根據評估結果，可以認為三元乙海水中含有泥砂顆粒時(shí)會(huì )對管路產(chǎn)生磨損，丙橡膠密封圈的使用壽命與玻璃鋼管道的壽命相海水本身還有腐蝕作用，兩種作用的疊加會(huì )使問(wèn)匹配。題更加嚴重。玻璃鋼管道及三元乙丙橡膠圈的耐(5)循環(huán)水系統瞬態(tài)負壓對玻璃鋼管道的海水腐 蝕性能突出，腐蝕作用基本排除，可以?xún)H影響考慮磨損作用。玻璃鋼管本質(zhì)上是耐磨性較好的工程內襯的玻璃鋼管道，是按耐內壓進(jìn)行設管材，采用管段旋轉試驗法對幾種管材的耐磨性計的，外壓由混凝土溝道承受。在循環(huán)水系統運進(jìn)行試驗， 試驗結果進(jìn)行對比見(jiàn)表1。行出現負壓情況下，空氣有可能穿透較薄的外?？梢?jiàn)，玻璃鋼管道具有較好的耐磨性。護層及結構層，到達結構層與內襯層的界面。由由于工程當地海水平均含砂量為:于內襯層具有防滲作用，空氣無(wú)法穿過(guò)，易造成0.021 kg/m',海水泥砂含量較少，泥砂對管道內襯層與結構層剝離。對這樣的問(wèn)題，工程的解的磨 蝕作用較輕微。在工程設計中，為減少管道決辦法是在玻璃鋼管道結構層與外保護層之間，磨損，管路敷設平緩，減少了彎頭等管件。再增加-一個(gè)防滲層，有效地解決負壓對玻璃鋼管表1不同管材的耐磨性試驗Table 1 Resistance test for different materials of pipeline管材種類(lèi)玻璃鋼管水泥砂漿內襯鋼管環(huán)氧瀝青涂層鋼管瀝青搪瓷鋼管磨損量(相對值)0.400.910.984玻璃鋼管道工藝設計及材料4.1 設計要求該核電廠(chǎng)內襯玻璃鋼管道設計的基準條件4.1.1 采用的設計標準如下:玻璃鋼管的管材、管件、接頭的設計、原材輸水管徑/mmDN3000料體系、制造工藝及安裝操作執行下述標準:輸水水量/ (m'/s)20JC 552- 2011 纖維增強 熱固性樹(shù)脂壓力管;管道流速/ (m/s)2.8AWWA C950 fiberglass pipe;設計壓力/MPa0.AWWA M45 fiberglass pipe design;試驗壓力/MPa0.45ASTM D2992確定 玻璃鋼(玻璃纖維增強設計真空壓力/ MPa-0.1熱固性樹(shù)脂)管及管件靜水壓力或壓力基準推薦海水溫度/C最高32.8， 最低13.7實(shí)驗方法;混凝土單位重量/ (kg/m') 2 500BS 7159 design and construction of glass混凝土澆筑速度/ (m3/h)≤1.067reinforced plastics (GRP) pipings systems for連接方式承插膠圈連接individual plant and sites;管道使用壽命/a50ISO 14692 petroleum and natural gas循環(huán)水進(jìn)水溝道采用內襯玻璃鋼管道外包鋼industries- -glass reinforced plastics (GRP)筋混凝土的組合結構，DN3000管道四周鋼筋混凝piping.土溝壁厚600 mm。玻璃鋼管除承受內壓、真空、4.1.2重要設計參數的分析和確定施工時(shí)的鋼筋混凝土的重量外，外部荷載全由鋼(1)設中國煤化工筋混凝土承受。確定玻璃MYHCNMHG因素是組成300.中國核電核CHINA NUCLEAR POWER證第7卷第4期2014年12月發(fā)材料的應變特性。因為玻璃纖維的斷裂延伸率通土12.7mm。常比樹(shù)脂基體大，因此在確定玻璃鋼管設計應變(2)管件和接頭要求值時(shí)，應確保樹(shù)脂基體不發(fā)生開(kāi)裂。在樹(shù)脂基體彎頭、三通、變徑管和法蘭及其他特殊部件斷裂延伸率≤0.02時(shí)，要滿(mǎn)足式(1) 要求:和接頭采用手糊工藝成型。管件性能應等于或高εg≤0.lεr(1)于同壓力等級管材;材料體系規格與管材相同。式中: εs一玻璃鋼管設計應變值;彎頭的曲率半徑，除另有規定外，- -般為管徑的-樹(shù)脂基體斷裂延伸率。1.5倍。假設ε ,= 2%，則設計應變值應≤0.002。(3)承插接口要求根據多年工程設計經(jīng)驗，工程選定的管道承插口與管段同時(shí)纏繞成型，是管材整ε。=0.001 7。體的一部分，其長(cháng)度調節能力是接口的標準位移該值已經(jīng)在?？隈R村電廠(chǎng)、秦山核電廠(chǎng)的循加每個(gè)管段的允許熱應力位移。導向口保證最小環(huán)水系統溝道得到驗證。25%的密封圈壓縮量。法蘭接口設計應考慮熱應(2)許用應力和安全系數分析力和彎曲等組合荷載。玻璃鋼管道設計包括材料設計和結構設計(4)密封圈的要求兩部分，兩者既有區別又互為前提。在確定設密封圈的邵氏A硬度為40~60，由三元乙丙計應力許用值時(shí)，可以用強度極限值和靜水壓橡膠制成。設計應力基準兩種方法。兩種方法的失效判據是相同的。5結束語(yǔ)根據材料極限強度確定許用應力時(shí)，先通核電廠(chǎng)循環(huán)水系統已經(jīng)調試運行，循環(huán)水溝過(guò)水壓爆破試驗獲得或校核爆破壓力，計算環(huán)道的內襯玻璃鋼管道運行良好。在國內目前已建向失效強度;其次是確定合理的安全系數，見(jiàn)成并運行的這類(lèi)組合結構中，其玻璃鋼管道直徑式(2):是最大的。內襯玻璃鋼管道的使用，降低了循環(huán)(2)水泵的揚程，減少了溝道的滲漏，解決了循環(huán)水溝道水壓試驗的難題，加快了工程進(jìn)度。通過(guò)細式中: σ一許用設計應力， MPa;化玻璃鋼管的設計、工藝要求，解決了玻璃鋼管-水壓試驗的環(huán)向失效應力，MPa;道及密封圈的使用壽命、熱膨脹、設計應變及負s一安全 系數。壓等問(wèn)題，為循環(huán)水系統內襯玻璃鋼管的設計、設計壽命為50年時(shí)，安全系數應不低于6.3使用提供 了經(jīng)驗和依據。(JC 552- -2011)。4.2產(chǎn)品 工藝要求參考文獻:工程的玻璃鋼管結構設計符合JC 552- -2011 (] JC 552- 2011 纖維纏繞增強熱固性樹(shù)脂壓力管[S].要求。(JC552- 2011 Two fiber winding strengthened(1)管道要求thermoset resin pressure pipe [S].)結構層采用玻璃纖維在成型芯模上連續纏繞[2] HG/T 3087- -2001 靜密封橡膠零件貯存期快速測定方法[S]. (HG/T 3087- 2001 Rapid determination制成。玻璃纖維的重量含量65%左右，纏繞角為method for static sealing rubber parts storage55°可適當調整但不得超過(guò)55°。duration [S].)玻璃鋼管的標準長(cháng)一般為12 m，允許誤差為中國煤化工MHCNMH G301.