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核电厂管道与聚乙烯管道相关标准

时间:2020-07-28 08:48 来源:孟村法兰 作者:孟村法兰
1 核电厂管道设计标准
    最早的核电设备设计标准是ASME发布的《核设施部件建造规则》(ASME BPVC-III)最新版本为2019年版。法国核岛设备设计和建造规则协会借鉴了ASME BPVC-III的内容和格式,并增加了法国多年的研究成果和实践经验,发布了《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》(RCC-M),最新版为2018年版。中国核动力研究设计院和核工业第二研究设计院以RCC-M为蓝本编写了《压水堆核电厂核岛机械设备设计规范》(GB/T 16702),口前正在对现行的1996年版进行修订。ASME BPVC-III第1册ND分卷3600节(PIPING DESIGN) , RCC-M第一卷D分卷3600节(PIPING DESIGN)和GB/T 16702的D篇3600节(管道设计)为核3级管道设计规范部分。
2 聚乙烯管道相关标准
    核电厂聚乙烯管道的应用可分为核安全相关和非核安全相关。口前,美国核能管理委员会同意核电厂非核安全相关聚乙烯管道的应用不受限制。非核安全相关聚乙烯管道的设计可依据ASME标准《动力管道》(B31.1)的强制性附录N(非金属管道及非金属内衬管道设计规则),最新版本为2018年版。具体材料及设计要求参考美国市政给水用聚乙烯管产品标准《以受控外径为基准的聚乙烯( PE)塑料管(DR-PR)的标准规范》(ASTM D3035)和《依据外径的聚乙烯(PE)塑料管(SDR-PR)的标准范》(ASTM F714),最新版本分别为2015年版与2013年版。
    中国给水用聚乙烯管道产品标准为《给水用聚乙烯(PE)管道系统》(GB/T 13663),最新版本于2017-2018年陆续颁布,等效参考IS() 4427-2007版。燃气用聚乙烯管道产品标准为《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统》KGB 1bbb8},其第一部分GB15558.1 (管材)的最新版本为2015年版,等效参考ISO4437-2014版。埋地聚乙烯管在工程设计、施工和验收中应符合《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》(CJJ 101-2016)或《聚乙烯燃气管道工程技术标准》(CJJ 63-2018) 。
3 核3级聚乙烯管道标准
    与燃气、给水等市政用聚乙烯管道相比,核电厂用聚乙烯管道具有大管径、大壁厚的特点,管径可达800 mm以上,壁厚可达90 mm以上,某核电厂核3级聚乙烯管道局部结构如图1(a)所示。管道根据安装位置可分为埋地管道或管廊内的架空管道,核电厂管廊高度和宽度一般为2~3 m,空间较小,会对管道的连接安装过程产生限制,狭窄空间可能无法使用热熔对接,某核电厂管廊如图1(b)所示。因此核电厂用聚乙烯管在设计、制造和连接方面均有较大的难度,也需要专用的技术标准。
    2007年3月,ASME发布了核电厂聚乙烯塑料管道使用规范案例N-755-0,经过多次修订,最新版本为2017年发布的N-755-4“核3级聚乙烯管的应用”。2015年ASME BPVC-III增加强制性附录XXVI“核3级埋地聚乙烯压力管道建造规范”,最新版本为2019年版。
    N-755和附录XXVI适用于埋地聚乙烯管道,中国口前新铺设或改造的核3级聚乙烯厂用水或冷却水管道大多为管廊铺设,不在N-755或附录XXVI规定的适用范围之内,无法直接引用。中国现行的GB/T 16702也不涉及聚乙烯管道设计内容,而市政燃气、给水聚乙烯管道的产品及施工标准未能满足核电厂聚乙烯管道的使用工况和安全等级要求,巫需研制新的核3级聚乙烯管道技术标准。
4 管道材料
    通用核3级管道标准中材料为金属管。ASME标准规定核3级塑料管只能使用牌号为PE4710的高密度聚乙烯管。普通市政燃气/给水和非核安全相关的聚乙烯管可选用的管材牌号种类较多,如表1所示。我国现行的聚乙烯管道标准主要采用ISO标准体系下牌号为PE80 , PE100的聚乙烯管材,与美国的ASME标准体系中的材料牌号不同。
    聚乙烯分子量是决定聚乙烯耐久性能的主要因素,随着分子量的增加,材料长期强度、韧性、延展性和耐疲劳性能都有所提高。核电厂聚乙烯管道专用料通常为双峰聚乙烯(如图2所示),使材料具有良好的综合力学性能与加工性能。口前ASME核3级聚乙烯管道标准中仅允许使用经美国塑料管道协会认证的PE4710高密度聚乙烯管材专用料。
 
5 使用温度
    N-755规定聚乙烯管设计温度不超过60℃,最高温度产生的应力不能超过B,C,D级应力限制下的许用应力。附录XXVI规定,设计工况和A,B,C级应力限制的最高温度为60℃;D级应力限制的最高温度为80℃,并且温度产生的应力不得超过许用应力。各标准中材料的使用温度范围如表2所示。
 
6 许用压力
    部分标准直接给出了管道最大许用压力或设计压力的表达式,部分标准给出了压力与壁厚的关系或壁厚表达式,推导可得压力表达式,总结如表3所示。不同标准中聚乙烯管许用压力的表达值基本一致。