玻璃钢管道在核电厂循环水系统中的设计及应用

中国核电核CHINA NUCLEAR POWER第7卷第4期2014年12月发玻璃钢管道在核电厂循环水系统中的设计及应用张旭'，戴云’(1.中国核电工程有限公司，北京100840;2.南京新核复合材料有限公司，江苏南京211212)摘要:文章介绍了玻璃钢管道在核电厂循环水系统中具有降低水损、节约电耗、方便施工等优越性，并解决了大口径循环水管道难以进行水压试验的难题。从玻璃钢管道的设计基准、使用寿命、管道的涨缩影响、泥砂磨损等方面，对玻璃钢管道的设计、产品工艺、管道材料及试验要求等进行了分析。目前该核电厂循环水系统已通过工程验收，运行正常，为今后玻璃钢管道在核电厂循环水系统中的应用提供了经验和依据。关键词:循环水系统;内衬玻璃钢管道;核电厂中图分类号: TL37文献标志码: A文章编号: 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中国煤化工收稿日期: 2014- -07-16作者简介:张旭(1972- -)，男，北京人，高级工程师，学士，从事循环水系统设.MHCNMH G297.Nuclear Power R&D核电研发样径向压缩变形量为25%，临界值为50%，试验道的影响。数据经统计分析，外推得出该种橡胶圈的平均使6)海水中泥砂冲刷对管道系统的影响用寿命为75年。根据评估结果，可以认为三元乙海水中含有泥砂颗粒时会对管路产生磨损，丙橡胶密封圈的使用寿命与玻璃钢管道的寿命相海水本身还有腐蚀作用，两种作用的叠加会使问匹配。题更加严重。玻璃钢管道及三元乙丙橡胶圈的耐(5)循环水系统瞬态负压对玻璃钢管道的海水腐 蚀性能突出，腐蚀作用基本排除，可以仅影响考虑磨损作用。玻璃钢管本质上是耐磨性较好的工程内衬的玻璃钢管道，是按耐内压进行设管材，采用管段旋转试验法对几种管材的耐磨性计的，外压由混凝土沟道承受。在循环水系统运进行试验， 试验结果进行对比见表1。行出现负压情况下，空气有可能穿透较薄的外保可见，玻璃钢管道具有较好的耐磨性。护层及结构层，到达结构层与内衬层的界面。由由于工程当地海水平均含砂量为:于内衬层具有防渗作用，空气无法穿过，易造成0.021 kg/m',海水泥砂含量较少，泥砂对管道内衬层与结构层剥离。对这样的问题，工程的解的磨 蚀作用较轻微。在工程设计中，为减少管道决办法是在玻璃钢管道结构层与外保护层之间，磨损，管路敷设平缓，减少了弯头等管件。再增加-一个防渗层，有效地解决负压对玻璃钢管表1不同管材的耐磨性试验Table 1 Resistance test for different materials of pipeline管材种类玻璃钢管水泥砂浆内衬钢管环氧沥青涂层钢管沥青搪瓷钢管磨损量(相对值)0.400.910.984玻璃钢管道工艺设计及材料4.1 设计要求该核电厂内衬玻璃钢管道设计的基准条件4.1.1 采用的设计标准如下:玻璃钢管的管材、管件、接头的设计、原材输水管径/mmDN3000料体系、制造工艺及安装操作执行下述标准:输水水量/ (m'/s)20JC 552- 2011 纤维增强 热固性树脂压力管;管道流速/ (m/s)2.8AWWA C950 fiberglass pipe;设计压力/MPa0.AWWA M45 fiberglass pipe design;试验压力/MPa0.45ASTM D2992确定 玻璃钢(玻璃纤维增强设计真空压力/ MPa-0.1热固性树脂)管及管件静水压力或压力基准推荐海水温度/C最高32.8， 最低13.7实验方法;混凝土单位重量/ (kg/m') 2 500BS 7159 design and construction of glass混凝土浇筑速度/ (m3/h)≤1.067reinforced plastics (GRP) pipings systems for连接方式承插胶圈连接individual plant and sites;管道使用寿命/a50ISO 14692 petroleum and natural gas循环水进水沟道采用内衬玻璃钢管道外包钢industries- -glass reinforced plastics (GRP)筋混凝土的组合结构，DN3000管道四周钢筋混凝piping.土沟壁厚600 mm。玻璃钢管除承受内压、真空、4.1.2重要设计参数的分析和确定施工时的钢筋混凝土的重量外，外部荷载全由钢(1)设中国煤化工筋混凝土承受。确定玻璃MYHCNMHG因素是组成300.中国核电核CHINA NUCLEAR POWER证第7卷第4期2014年12月发材料的应变特性。因为玻璃纤维的断裂延伸率通土12.7mm。常比树脂基体大，因此在确定玻璃钢管设计应变(2)管件和接头要求值时，应确保树脂基体不发生开裂。在树脂基体弯头、三通、变径管和法兰及其他特殊部件断裂延伸率≤0.02时，要满足式(1) 要求:和接头采用手糊工艺成型。管件性能应等于或高εg≤0.lεr(1)于同压力等级管材;材料体系规格与管材相同。式中: εs一玻璃钢管设计应变值;弯头的曲率半径，除另有规定外，- -般为管径的-树脂基体断裂延伸率。1.5倍。假设ε ,= 2%，则设计应变值应≤0.002。(3)承插接口要求根据多年工程设计经验，工程选定的管道承插口与管段同时缠绕成型，是管材整ε。=0.001 7。体的一部分，其长度调节能力是接口的标准位移该值已经在海口马村电厂、秦山核电厂的循加每个管段的允许热应力位移。导向口保证最小环水系统沟道得到验证。25%的密封圈压缩量。法兰接口设计应考虑热应(2)许用应力和安全系数分析力和弯曲等组合荷载。玻璃钢管道设计包括材料设计和结构设计(4)密封圈的要求两部分，两者既有区别又互为前提。在确定设密封圈的邵氏A硬度为40~60，由三元乙丙计应力许用值时，可以用强度极限值和静水压橡胶制成。设计应力基准两种方法。两种方法的失效判据是相同的。5结束语根据材料极限强度确定许用应力时，先通核电厂循环水系统已经调试运行，循环水沟过水压爆破试验获得或校核爆破压力，计算环道的内衬玻璃钢管道运行良好。在国内目前已建向失效强度;其次是确定合理的安全系数，见成并运行的这类组合结构中，其玻璃钢管道直径式(2):是最大的。内衬玻璃钢管道的使用，降低了循环(2)水泵的扬程，减少了沟道的渗漏，解决了循环水沟道水压试验的难题，加快了工程进度。通过细式中: σ一许用设计应力， MPa;化玻璃钢管的设计、工艺要求，解决了玻璃钢管-水压试验的环向失效应力，MPa;道及密封圈的使用寿命、热膨胀、设计应变及负s一安全 系数。压等问题，为循环水系统内衬玻璃钢管的设计、设计寿命为50年时，安全系数应不低于6.3使用提供 了经验和依据。(JC 552- -2011)。4.2产品 工艺要求参考文献:工程的玻璃钢管结构设计符合JC 552- -2011 (] JC 552- 2011 纤维缠绕增强热固性树脂压力管[S].要求。(JC552- 2011 Two fiber winding strengthened(1)管道要求thermoset resin pressure pipe [S].)结构层采用玻璃纤维在成型芯模上连续缠绕[2] HG/T 3087- -2001 静密封橡胶零件贮存期快速测定方法[S]. (HG/T 3087- 2001 Rapid determination制成。玻璃纤维的重量含量65%左右，缠绕角为method for static sealing rubber parts storage55°可适当调整但不得超过55°。duration [S].)玻璃钢管的标准长一般为12 m，允许误差为中国煤化工MHCNMH G301.