AP1000型核電站大型循環水管施工技術探討

李一真

（浙江省火電建設公司，浙江 杭州 310016） 摘要：文章以某AP1000型核電站循環水管的施工為例，介紹了目前世界上口徑最大電廠循環水管道的制作、安裝和防護技術及工藝，經工程實踐其各項施工技術指標符合國家有關技術要求，保證了施工的質量和安全，并縮短了施工工期，可為同類型項目施工提供借鑒。 關鍵詞：AP1000型核電站；循環水管；管道安裝；施工技術；熱處理 中圖分類號：TL374文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0139-03某AP1000型核電站機組循環水管道全長1800多m，每臺機組由兩根內徑為DN4100及最大壁厚為38mm的鋼管供水和排水，鋼管材質Q235B，加固環材質Q345B，標準管段為每節長6m，單件最大重量為31.2噸。工程范圍包括循環水泵房至汽機房進水管、主廠房到虹吸井出水管的全部管道制作（包括熱處理）、安裝、管道陰極保護等內容。

1施工特點

按照設計標準DL/T869-2004《火力發電廠焊接技術規程》中的規定要求，管子和剛性環的對接焊縫都需要做焊后熱處理，同時設計又要求剛性環和管子焊接的角焊縫也要做焊后熱處理。由于管子直徑大，單節管子上要進行熱處理的焊縫數量多（縱焊縫2條、環焊縫1條、剛性環對接焊縫8條、角焊縫8條），如果采用常規履帶式遠紅外加熱器的熱處理方式，需要投入相當大的人力和物力，而且角焊縫部位采用上述方式進行熱處理時很難達到良好的熱處理效果。另外，根據項目的進度計劃要求，每天必須要完成兩段標準管段的制作，而此項工作的主要瓶頸在于熱處理環節。如果采用常規熱處理方式，將會處于既耗時又達不到質量要求的兩難境地。

2主要技術方案

針對循環水管道焊接角焊縫熱處理難操作的實際情況，采用多條焊縫同時進行熱處理的工藝，且不需要對焊縫進行包扎、保溫棉和固定加熱片，減少人力、物力的投入；循環水管節壓口施工采用千斤頂和7字形角鋼支座；循環水管道焊接采用氣體保護焊；優化循環水管焊接工藝流程，采用先內后外的流水線施工；循環水管陰極保護系統采用犧牲陽極法與外加電流相互配合，達到防止管道電化學腐蝕的目的。

3關鍵技術措施

3.1管道制作中的整體熱處理

熱處理爐主要由爐殼、弧形爐蓋、保溫材料（保溫棉、保溫壓板、保溫鉤釘）、鋼絲網、加熱器、K型熱電偶、溫控儀、輸出線等材料組成。爐殼（7.3m×6.5m×3.2m）和弧形爐蓋（8m×7.7m×2.5m）由3mm鋼板和加固筋拼焊而成，鋼板間的焊接全部為連續密封焊，以保證爐內密封性。爐殼其中一面開有一個方形人孔門（0.95m×1.2m），以便人員進入爐內進行維修等工作，人孔門在熱處理的升溫、恒溫階段關閉，在冷卻過程中打開，以便在熱處理緩冷過程中進行適當通氣。保溫材料通過鋼絲網、保溫壓板和保溫鉤釘固定在加熱爐的內壁，并在爐殼內壁布置兩層96片15kW的加熱器和24根K型熱電偶。在加熱爐底部設置兩個支墩用于進行熱處理時擱置鋼管，支墩間距為3m。只要把鋼管通過爐頂平穩放置到支墩上，檢查爐內安全后，蓋上爐蓋并檢查密封，合格后設置警示標志，通電加熱即可進行循環水鋼管的熱處理作業。

熱處理過程的主要設備由熱處理爐和溫控儀兩部分組成，熱處理爐在熱處理過程中屬于工作室，而溫控儀則控制爐內的溫度和升、降溫速度。通過溫控儀按工藝要求設置好升、降溫速度，經通電加熱即可進行鋼管的熱處理作業。爐內在加熱器的作用下溫度逐漸升高，然后按工藝進行正常的熱處理過程。爐內溫度測量通過布置在爐殼上的6個熱電偶測溫儀器，反饋到溫控儀上，溫控儀同時也自動記錄了熱處理過程工藝曲線。根據設計文件要求，熱處理工藝參照DL/T819-2002《火力發電廠焊接熱處理技術規程》進行編制，工藝數據如下：

3.1.1加熱溫度。熱處理溫度為625±25℃。

3.1.2升溫速度控制。升降溫速度=6250/δ（℃/h），且不超過300℃/h（δ為壁厚、單位mm）。降溫至溫度300℃以下，可打開爐蓋，在空氣中自然冷卻。

3.1.3冷卻速度控制。在冷卻過程中，一般在400℃以上溫度范圍內，應控制冷卻速度。降溫至溫度400℃以下，可打開爐蓋，在空氣中自然冷卻。對于爐內熱處理，冷卻速度應滿足下列要求：R≤275×25/δ，（δ為壁厚、單位mm）。且最大不超過275℃/h。

3.1.4保溫時間規定。熱處理恒溫時間為2小時。

3.1.5優化熱處理工藝。根據以上熱處理工藝流程，以38mm厚鋼板為例，鋼管熱處理時間大約需要11小時左右，但實際操作時熱處理時間則需要12～13個小時，與理論數據并不相符。根據對熱處理爐的構造特點和熱處理的過程分析，發現由于熱處理爐密封性好，升溫溫度高，使得恒溫結束后緩冷的過程較長。為解決此問題，對熱處理爐進行改造，在爐蓋頂部開一個天窗（1m×1m），在緩冷過程中，先后將人孔門和天窗打開，這樣有利于空氣在小范圍流通，從而縮短緩冷時間，使熱處理時間基本控制在11小時左右，同時對完成熱處理的鋼管進行硬度試驗，結果質量符合要求。

根據完成熱處理鋼管的質量情況分析，驗證了熱處理爐良好的加熱保溫性能和熱處理效果。按照DL/T819-2002標準制定的熱處理工藝，每天可完成兩節鋼管的熱處理作業。為進一步提高鋼管熱處理工效，綜合考慮爐內加熱比爐外加熱的優越性及現行國家標準（JB/T6046-92）《碳鋼、低合金鋼焊接構件焊后熱處理方法》可以優先參照執行的因素，經設計院同意按照JB/T6046-92標準調整熱處理工藝，縮短鋼管熱處理時間，提高熱處理工效，降低綜合能耗，現執行的熱處理工藝數據如下：

（1）加熱溫度：熱處理溫度為≥550℃。

（2）升溫速度控制：在加熱過程中，一般在400℃以上溫度范圍內應控制加熱速度。對于爐內熱處理，加熱速度應（R）滿足下列要求：R≤220×25/δ，（δ為壁厚、單位mm）。且最大不超過220℃/h。如R1=220×25/38=144.7，R2=220×25/34=161.7。

（3）冷卻速度控制：在冷卻過程中，一般在400℃以上溫度范圍內應控制冷卻速度。對于爐內熱處理，冷卻速度應滿足下列要求：R≤275×25/δ，（δ為壁厚、單位mm），且最大不超過275℃/h。如R1=275×25/38=180.9，R2=275×25/34=202.2。

（4）保溫時間控制：熱處理恒溫時間為鋼板厚度（δ）除以25。如：38/25=1.52h，34/25=1.36h。按照機械工業部標準，鋼管熱處理時間為：如38mm厚的鋼管熱處理時間約為8小時，34mm厚的鋼管熱處理時間約為7.8小時。

（5）熱處理工藝曲線圖（如圖1所示）。

3.2管道現場安裝

3.2.1管道吊裝。由于循環水管道進汽機房段異形件及立體交叉較多，管道需架空安裝（循環水管底部

圖1管道熱處理工藝曲線

離地面5m左右），安裝完成后才能回填。因此在安裝過程中要考慮支撐的安全穩定性能，安裝完成后管道不允許有硬支撐，需在回填過程中將底部支撐拆除，而循環水管單節管道重35t。因此，需確保循環水管安裝安全，還需確保安裝質量及安裝過程中的成品保護工作。

3.2.2循環水管節對口后的壓口。循環水管在施工過程中，因管道壁板厚，直徑大，采用傳統的壓口方法（楔形塊壓口）矯正管道難度大，施工速度慢，無法滿足施工現場安裝需要。另外，此方法容易造成管道表面油漆被楔形塊刮傷和鐵錘敲擊楔形角鋼時，鋼管受擊打變形等問題。為控制施工質量，提高施工效率，循環水管安裝時改為采用千斤頂和7字形角鋼支座的工藝進行管節壓口。千斤頂支座采用L100×100角鐵來制作，千斤頂支座與管道連接時采用焊接，焊接的高度及長度根據現場實際情況來定，即能保正千斤頂頂壓即可。

endprint

3.2.3循環水管焊接采用氣體保護焊。火電廠循環水管安裝均采用手工電弧焊，焊接速度慢、工效低、焊接外觀差。對于核電站大型循環水管來講，將影響施工進度。而氣體保護焊成形美觀、焊接速度快、提高

工效。

（1）焊前清理、預熱和焊縫清根。在焊接開始前，對焊口打磨清理，去除焊口表面油污、鐵銹等雜物，直至坡口兩側露出金屬光澤，然后對焊口始焊點區域進行火焰預熱，預熱溫度達到工藝評定要求后，開始焊接施工。在焊接過程中，嚴格進行焊縫層間清理和清根質量，及時發現和處理施焊過程中產生的質量問題，保證焊縫一次檢驗合格率。

（2）優化焊接工藝流程，先內后外流水線施工。因循環水管安裝工期緊，焊接工作采用流水線作業模式進行。施工時，單路管道安排8名焊工施焊。通過優化焊接的施工順序和流水作業，保證循環水管的焊接質量，提高現場施工速度。

（3）循環水管焊縫現場熱處理工藝.根據DL/T869-2004《火力發電廠焊接技術規程》規定，壁厚大于30mm的碳素鋼管道、管件焊接接頭應該進行焊后熱處理。因此，焊前需預熱，焊后需做熱處理。但此大口徑循環水管現場焊接后的熱處理工藝沒有前例。為了改善現場循環水管焊接接頭的金相組織和性能，消除焊縫殘余應力，采用18只履帶式柔性陶瓷電阻加熱器對循環水管焊縫進行熱處理。安裝加熱器前，將焊件表面的焊瘤、焊渣、飛濺清理干凈。安裝加熱器時，應從管道頂部向兩邊開始鋪設加熱器，并用鐵絲綁扎固定，使加熱器與焊件表面緊密接觸。熱電偶用鐵絲捆綁固定在監測點上，觸點應緊密牢固，并用隔熱材料與加熱器隔開，避免加熱器直接熱輻射。使用規格3000mm×600mm×25mm硅酸鋁保溫棉，保溫厚度40～60mm，保溫寬度從焊縫中心算起，每側不小于管道壁厚的5倍，且每側應比加熱器的安裝寬度增加不小于100mm。循環水管焊縫底部加熱器和保溫棉安裝時，為保證加熱器能貼近管壁，并使熱處理施工過程簡化，制作5mm厚扁鐵托架，并用葫蘆和鋼絲繩拉緊固定。

（4）管道陰極保護。循環水管外壁陰極保護系統投運前防腐采用犧牲陽極法，用4kg鎂合金犧牲陽極，成組埋設，每組3支。保護電流密度取0.3mA/m2。循環水管外壁陰極保護系統的外壁采用外加電流陰極保護，輔助陽極采用柔性陽極（Anodeflex-1500）。

該陰極保護系統犧牲陽極法與外加電流相互配合，能夠將整個管道區域進行保護，達到防止管道電化學腐蝕的目的，而且安裝柔性陽極AFLX-1500在管道近處，可取代費用昂貴的管道涂層的重新修復。這種作法，使單一及多重平行兩種管道的每一個部位都可以重新恢復安全有效的極化。此系統避免了在工地上重新涂層，減少了對外界環境的干擾。這種不斷輸出均勻電流，并安裝與極接近防護體的導線系統，使管道腐蝕得到更有效的防護。

4結語

AP1000型核電站是國內核電機組推廣的主力堆型，其循環水管施工質量是保證核電機組安全運行的前提。通過該循環水管施工實踐，解決了大型循環水管道在制作、防腐、吊裝、對口、壓口、氣體保護焊、管節整體熱處理、現場環焊縫熱處理、架空安裝、外加電流陰極保護等關鍵施工技術。目前，該循環水管項目已通過業主和監理的工程驗收，各項技術指標符合有關質量要求。

endprint