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摘要：对所有电厂布局而言，考虑到功能、安装和成本等因素，一些系统需布置埋管在主厂房外部或内部，这些系统和电厂主模块通过相连的管道系统来实现两者之间的流体输送。在电厂的初步设计时，根据一系列因素，设计人员确定了这些管道铺设方式。本文主要介绍几种不同预埋管道的设计敷设形式。
关键词：预埋管；管道；直埋管
1.前言
根据电厂及系统的设计要求，合理的选取管道的敷设形式。本文通过对预埋管道与地面敷设管道设计优缺点进行介绍，以及两种管道的设计形式进行分析。给不同电厂所需预埋管道布置提供参考。
2.预埋管道与地面敷设管道的优缺点比较
2.1 预埋管道
1）避免管道阻碍维修通道。
2）避免含放射性介质对人体的伤害。
3）避免为穿过道路或者通道而设置支架。
4）避免冬天低温下管道伴热（针对不同厂址）。
5）避免在地面上设置支架来支撑管道重力及抵消地震等偶然载荷。
6）避免机械（叉车）等对管道的破坏。
7）避免其它外在因素对管道的破坏。
2.2 地面敷设管道
1）有利于对管道进行维修、检测和检验。
2）避免预埋管道存在的外部腐蚀问题。
3）避免建造管沟的费用。
4）避免因考虑土壤载荷、建筑载荷、表面直接载荷、挤压载荷或其它外部载荷而增加管道壁厚。
5）避免考虑土壤或混凝土位移对管道的剪应力。
6）更方便后续对管道进行改造。
从上面内容可以看出，两种方式各有利弊，在选择时还应考虑到管道系统特定的设计要求。没有哪一种铺设方式在任何条件下都是最好的。“最好”意味着在安全（都满足准则和规范）条件下管道的安装和运行成本最低、输送流体的寿命最长（最好长于电厂的设计寿命）。
3.预埋管道铺设方式
本文介绍的预埋管道铺设方式有三种：埋在地下管沟内、单管道直接预埋、双层管道直接预埋。以下对每种方式进行简单讨论。
3.1 埋在地下管沟内
将管道埋在地下管沟内，可以消除上述管道放在地上而产生的一些不利因素。如果管沟足够大，还能够允许人员进入通道内对管道进行检查和维护。预先建造的上面配有可移动的盖子的混凝土管沟成本相对较低，这些混凝土管沟一般用于包容地下管道。管沟的空间狭小，一般不允许人员进入，因此，在对管道检查前，操作员需要像直接预埋管一样挖掘，然后移开盖板，才能接触管道。这些管沟通常不是密封的（地面水可以渗透），这就会导致泄漏信息的错误判断。因此管道的泄露检测就非常困难。
3.2 单壁式直埋管
采取单壁管直埋的管道方式是地下管道铺设方式中成本最低的。然而，与敷设在地下管沟里的管道不同的是，直埋管道需要足够强度来抵抗土壤或混凝土负荷及其他叠加表面载荷（如建筑荷载）。柔性直埋壁管（如钢铁和塑料）需要在设计和铺设回填的施工过程中进行严密的监控，因为管道是依靠周围泥土的侧应力来承受土壤垂直和表面荷载的。直埋管也限制了其所经过流体的最高温度。ASME B31.1附录七包含了直埋管热膨胀的计算方法。在许多情况下，钢管的最高操作温度是140华氏度（60度），超过这个温度，管道由于轴向热膨胀而受到土壤较大的反力。
单壁直埋管道不便于检测和发现泄漏，这种缺陷使它们很少用在放射性液体系统上。因此，使用这种方法通常仅限于无毒，不易燃和无危险的水系统。
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图1 双壁式直埋管
3.3 双壁式直埋管
有套管或保护管的输送管布置方式比单壁管的设计成本更高，但其优点是能够在输送管和套管或保护管之间的环形区域放置传感器用于检测泄露或在排放的管道末端设置检漏槽，当出现泄露时能够及时修复泄露，同时外管能够遏制泄露液体流动方向，防止液体释放到房间及环境中。双层套管式管道布置方案是行业规范和标准认可的防止有害液体泄露到环境的有效方法。在汽油和其他石油化工行业，预埋管道强制性要求使用双层套管式管道。
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图2 双壁式直埋管
根据内管和外管不同要求的耐腐蚀特性（内管与传输流体接触，外管与土壤或混凝土接触），内外管可以选择不同的材料。
双壁式管道也有一些独特的设计问题需要解决。
使用者可以接受内外管之间不同的热膨胀，但是要求外管在各个方向的热膨胀大于内管的。内外管之间的空气是较好的热绝缘体，能够保持内外管之间存在适当的温度差。
外管的设计必须考虑管道所承受的土壤或混凝土荷载及其他表面荷载。外管也可设置传感器用于检测管道内是否有水存在，并在发生泄漏时提醒操作员采取相应的措施修复泄露。
如果外管与内管之间是封闭或密闭的（通常情况是这样），那么外管在设计时需要按照内管的最大内部压力设计，这样即使泄露无法及时修复，系统也能持续运行到机组正常停堆检修。如果外管对空，同时在机组正常停堆检修前泄露液体能够流到安全位置并进行检测，则外管不需要按照内管压力进行设计。
双壁式管道安装的难点之一是在外管安装前进行内管和接头完整性的验证（水压试验或其他压力测试方法）。有时为了节约成本，这个测试步骤会被省略，但在经济上恰恰相反，未能正确执行泄露测试可能会导致系统过早失效，最终导致舍弃原预埋系统，重新设计安装新的预埋管线。在施工顺序和时间表中要在外管安装前安排每个接口点的泄露测试。
目前建议的合金材料双壁式预埋管道的试验方法可以按如下步骤操作，管道不进行水压试验，内管所有焊接头可采用射线检测替代，外套管可采用气压试验，外套管用0.02MPa的无油干燥空气做密封性实验；用0.4MPa的无油干燥空气做气压实验。
4.总结
由于预埋管道不仅与土壤、混凝土接触还与内部传输的液体接触，因此在考虑管道材料的时候更受关注，一般采用高耐腐蚀或不腐蚀的材料。当采用非金属材料时，可能一种材料能够同时为内外管提供抗腐蚀性。当在采用合金材料的双层套管中，一种材料使内管具有抗液体腐蚀特性，另一种材料使外管具有抗土壤腐蚀特性。当然，不论选择何种材料，预埋管道都需要采用防护涂层和防护系统。此外在设计防护系统时要考虑能够检测系统的适用条件和有效性。
不同的预埋管形式应用于不同的电厂及特定系统，设计初期根据系统功能要求，设计标准及成本因素合理的选取，对后续的建造、安装、检修至关重要。
参考文献：
[1] 《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》RCC-M 2007版；
[2] 《动力管道》ASME B31.1-2010；