淺談核島輔助管道安裝

段靈利

摘 要：核島是核電站安全殼內的核反應堆及與反應堆有關的各個系統的統稱。核島的主要功能是利用核裂變能產生蒸汽。值得一提的是，與其它工程相比，核電工程中管道支架的安裝對整個管道安裝具有舉足輕重的影響。文章主要結合現階段我國核島輔助管道安裝的現狀進行簡要的分析與總結。

關鍵詞：核島；輔助管道；安裝要點

1 概述

在ACPR核電工程中，根據安裝工程作業的特點、性質、質量要求和技術難度將核島安裝工作劃分為十個機電工作包。核島輔助管道安裝工程是其EM4包，負責輔助系統及供水/蒸汽管線、廠用冷卻水管線的安裝。民用核設施的建設中的相關的核安全法規及核安全導則，是我們在核電站建設中必須遵守的。ACPR核電工程，設計和建造方面的技術規范和標準原則上采用RCC系統標準，它描述了設備管道制造、采購、安裝等一系列技術要求。核島輔助管道由于其安裝工程量大、工序復雜、接口眾多、施工條件困難、質量要求高、系統回路多等特點，在核島安裝工程中具有舉足輕重的影響。抓核島安裝工程進度，首先要抓輔助管道的安裝進度，尤其要確保核島冷態功能試驗相關系統的安裝，并以此為核島輔助管道安裝的關鍵路徑。此外，安裝施工活動的重點是支架的安裝、管道的焊接連接、管道的法蘭連接（尤其是與設備的連接）和閥門的安裝。值得一提的是，與其它工程相比，核電工程中管道支架的安裝對整個管道安裝具有舉足輕重的影響。

2 管道安裝

2.1 管道的供貨狀況

由于核電站反應堆運行安全、可靠的要求，因此在設計、安裝過程中都有它獨特的要求，在進行反應堆廠房輔助管道安裝中，不僅要考慮先上后下，先里（靠墻）后外（離墻遠），先大后小，按系統安裝等一般的安裝順序，更重要的是根據其獨特的設計要求采取與之相適應的順序，以滿足和達到這些獨特的工藝要求。管道由預制廠按圖紙規定的要求預制焊接成管段（包括某些現場焊縫的調節余長），管道內部清潔狀況合格、不銹鋼管已經酸洗鈍化、管段有良好的臨時封蓋、管段和車間焊縫的標記齊全、碳鋼管段除每個管端面50-80mm長度外油漆完整、整個管段處于良好的合格狀態。

2.2 管道安裝順序

下面就一些特殊的、具體的安裝和設計要求加以分析，以利于對反應堆廠房輔助管道的安裝順序既有總體上的，又有更具體的了解。（1）與其它工程一樣，首先要安裝直徑大的管道，在管道不密集且有可能的情況下，不銹鋼管道應盡量晚些安裝，因為規程對不銹鋼管道防污染要求的非常高，對其所需的保護是很嚴格的。但在管道密集區，這一點不宜采用。在同等條件下，技術要求高的，即RCCM級別高的先安裝，當然我們仍要注意：先上后下，先里后外等基本安裝順序。（2）對于走向比較復雜或管線不是處在共用支架上，或管子直徑較大且管壁較厚的管道，應采取試裝一定管線長度的方法。這樣一方面可以發現設計、預制中可能存在的問題，以便選用最佳的糾正方案，節省費用；另一方面是為了調整或初步確定管線上單根且又是限位的或是固定型的支架位置 。不在共用支架上的小直徑管道的安裝及其管線上支架位置的確定也是采用了上述的方法。（3）管段的位置主要根據平面圖上所示的管線的支管、拐點的位置來確定，但在偏差不大（一般是10～20mm）的情況下要以管段的耐磨墊、固定支架的加強板或短管等支架附件為準，或者是兩者兼顧。（4）核電站對不銹鋼管道有很嚴格的內壁清潔度要求：直徑φ>3″的管道內壁要用≥50MPa的高壓水進行分段沖洗，沖洗段內的所有焊口必須是經檢驗合格的。沖洗的順序是：對整個管線是由上而下，對某一沖洗管段是由下而上，對于直徑≤6″的管道：允許有3個90°的彎頭，如果整個沖洗長度小于20m，也允許增加2個≤45°彎頭。對于直徑≥8"的管道：允許有5個90°彎頭，如果整個沖洗長度小于20m，不必考慮≤45°彎頭。由于這個原因，就要求我們在安裝大直徑不銹鋼管時，要十分注意合理地留好沖洗口，沖洗入口必定在管段的最低點（泄水支管例外），為了合理安排沖洗口的數量和位置，可以按系統繪制沖洗圖。另外要注意：高壓水沖洗不得通過閥門，所以大直徑不銹鋼管道上的閥門只能在閥門兩側的管段都已沖洗合格后安裝；本管段沖洗合格后才允許焊接與下一管段相連的焊縫，并且在這個焊縫檢驗合格后再沖洗下一管段，而下一管段沖洗時，被清洗的內表面要包括這個焊縫.所以大直徑不銹鋼管段安裝的最終完工，在正常情況下也是由上而下的。管徑≤3″的不銹鋼管道的內壁清潔是采用重力水沖洗，因此在安裝這類管道時必須注意，凡是與大管或設備相接的和系統中位置最低的焊口，必須在沖洗完成后進行焊接。否則必將切開這些焊口，以避免沖洗小管時將大管污染和排盡系統內的沖洗水。（5）由于管道焊縫在焊接時會收縮，并且收縮量隨管道直徑、管壁厚度的增加而增加。不銹鋼的收縮量比碳鋼要大的多，所以在安裝大直徑不銹鋼厚壁管時要特別重視這個問題。焊接收縮決定了要切除某管段上的預留余長，必須等管段兩側管段上的所有焊口都已焊接，至少要等每個焊口都至管壁厚度的70%——80%，并且經檢驗合格后才可進行。如管線上有幾個預留余長，就需要合理的分配好每個預留余長的調節范圍。由于上述焊縫收縮的原因和可能存在的設計、預制偏差，所以在現場實際切除的余長的長度不是設計余長。焊縫收縮給管道安裝帶來了困難，但另一方面又要利用焊縫收縮的規律來調整管道的坡度和法蘭的平行度。（6）大直徑不銹鋼厚壁管道的安裝，除了上述有關的特點外，對其焊縫的焊接也應采取特別的順序，先是點焊組對除有余長外的所有管口，檢查管道、支架各方面的情況。如沒問題就焊接除沖洗口以外的所有焊口，為了減小因焊縫缺陷的返修量，每個焊口在焊層厚度達約8mm時就作一次射線檢驗，對不合格的焊口返修。全部合格后繼續焊接直至離管外徑6～8mm為止。這時焊縫收縮已穩定，可做余長切除。管段的高壓水沖洗，按上述順序由上而下，組對焊接一個沖洗口就沖洗下一段管道，直至系統中所有的焊口都焊至離管外徑6～8mm時，可焊接固定支架。然后逐個焊完剩余的焊層，完成一個就做一個射線檢驗，合格后才焊第二個，直至全部焊口完成。法蘭兩側的焊口最后焊接。總之，大直徑厚壁管道，尤其是大直徑不銹鋼厚壁管道的整個安裝焊接過程都是十分謹慎的。管道焊接收縮變形是有規律的，關鍵是要在整個焊接過程中把握、利用這個規律來不斷地調整管道的垂直度、坡度、法蘭的平行度等，而不是在焊接完成后發現不符合才用焊接收縮變形來調整。這也是安裝大直徑厚壁管道的一個重要的特征。因為管道上的焊縫都是在設計時已定位，并不允許隨意更改，加之反應堆廠房設計緊湊，有些管道離墻、地面、墻角特別近，這需要合理地安排好這些管線上焊口焊接的先后順序，也就是管段安裝的先后順序，否則將會因為有的焊口不能操作而返工。（7）最后要指出的是，在反應堆廠房輔助管道安裝中，要特別注意貫穿件的安裝時機。

2.3 管道安裝涉及的工作程序

2.3.1 管道安裝。（1）支架安裝：包括最新版文件；標有坐標的控制標記清單；支架圖紙清單；劃線器材；如果需要，安裝腳手架；鋼筋探測器；鉆孔設備；裝卸運輸設施；固定件與卡具；焊接工藝評定；焊工和焊接操作人員資格評定；焊接設備。（2）管道安裝：包括通道的可用性；廠房內使用吊裝設備的可用性；吊裝和運輸設施的可用性；最新適用版本文件的可用性；焊接工藝評定；焊工和焊接操作人員的資格評定；根據現場具體情況而裝配的第一階段支架；焊接設備；檢查設備；備妥第二階段支架。（3）支架的符合性：包括檢查圖紙中給出的公差；檢查支架膨脹螺栓的緊固力矩；檢查加工表面和涂層；任何不符合項均須按要求調整。（4）管道符合性：包括檢查坡度；檢查外表面狀況；檢查系統與最新版本水壓試驗流程圖和等軸圖的符合性；檢查所有標記；檢查栓接法蘭接頭；檢查焊縫完成并進行檢驗；檢查所有不符合項是否已經處理。（5）閥門符合性：包括系統功能號和廠家標牌；系統功能號牌；流動方向；鎖緊裝置；指示器；附件；通道和可達性；方位；螺栓上油脂。

2.3.2 用于碳鋼和不銹鋼的切割工藝。應注意的問題：在切割支架或管道余長時，充分考慮整體布置和管線調整的需要；選擇適當的劃線工具，刀具和切割砂輪片，防止對奧氏體不銹鋼的污染；作好材料標識的移植。

2.3.3 碳鋼和不銹鋼管道清潔度標準。不銹鋼管道： 進行表面外觀檢查（100W燈泡前30cm處），對于直徑小于等于6英寸的管道，內部檢查僅在管端進行，要求金屬表面必須清潔。焊接后，由焊接操作引起的非常薄的氧化膜是允許的。如果全部色斑面積小于總面積的1%，則氧化物分散色斑包括淺薄銹斑也是允許的。碳鋼管道：對于直徑小于等于6英寸的管道，內部檢查僅在管端進行，要求管道不得有任何外來雜質，由于在大氣中短期接觸引起的表面連續附著的氧化膜是可以接受的。斑點和大面積銹蝕如果是很薄或均勻的膜則可接受。用植物毛刷子刷不掉的碳鋼上的氧化層可以接受。對于不銹鋼管道的沖洗（需填寫內部清潔度報告），由沖洗人員進行，安裝班組根據沖洗要求預留好沖洗口，特別注意對高壓水沖洗口的預留要符合其要求。以便在安裝過程中完成對管道的內部清潔。

2.3.4 管道和支架的標記（管段、焊縫和管道、通風、電纜槽架的支架）。安裝過程中所使用的材料及其標識必須與圖紙中規定的相符，現場安裝時， 一定要按照要求的位置和方法在焊接組對前后做好焊口標記。對于奧氏體不銹鋼做臨時標記時應使用不含污染成分的粘膠帶（永久性標記由標記員完成，標記員必須經過培訓，熟悉標記規則）。

2.3.5 承插接頭的尺寸檢查。承插接頭外觀和尺寸的檢查方法及準則。

2.3.6 焊接坡口和焊縫的外觀與尺寸檢查。待焊表面的外觀和尺寸檢查。 即：鈍邊與坡口的光潔度；坡口角度和間隙及鈍邊。定位焊接頭的外觀和尺寸檢查（錯邊公差）；焊逢的外觀和尺寸檢查；法蘭垂直度；管道坡度公差；管道公差。

2.3.7 焊接前部件的組對。應根據現場情況正確選擇坡口形式和點固方法，坡口及周圍區域（15mm）應沒有油脂、油漆、氧化皮、鐵銹、 水等，焊接前打磨坡口和用適合鋼種的溶劑去除油脂（例如，不銹鋼：酒精、丙酮）

2.3.8 碳鋼接頭的焊接。碳鋼接頭的焊接操作過程，焊工在焊接時：部件必須保持在至少+5℃的高溫。而焊接后冷卻必須足夠的慢，防止由內應力引起裂紋；工作區域必須防止氣流；必須遵守焊接工藝資料單（焊接數據包）中規定的焊接參數和其有效范圍；禁止在坡口以外起弧；檢查層間溫度，應符合標準。對于焊接直徑<14"的薄壁管，采用間隔焊接方法（對稱焊）以防止變形和偏移。在任何反面焊接之前，必須在鏟根或氣刨后打磨根部，以得到對表面的加工，避免焊縫缺陷，如夾渣，未熔合或未焊透。焊工在完全去除焊渣或TIG焊縫刷凈后對每一熔敷金屬焊道進行外觀檢查，對影響下一道焊接的所有發現的缺陷都要去除，對發現的氣孔或裂紋進行打磨，打磨時避免過熱，焊道表面必須是均勻的，不得有余高缺陷，應平滑過渡到鄰近表面。

2.3.9 焊縫打磨。根據焊縫外觀和無損檢驗的要求打磨焊縫，打磨區域包括焊縫、母材與焊縫熔合區、鄰近焊縫的區域。焊縫打磨后必須保持要求的最小厚度并避免局部過熱（金屬出現藍色）。打磨分以下三種：打磨修整：磨去局部不規則的溝紋；部打磨：在一側（或兩側）焊縫表面全部打磨，不改變總的形狀；磨平：在焊縫的一側（或兩側）磨去全部焊縫高出周圍表面的厚度。

2.3.10 焊接接頭的修補的范圍。分為焊接過程中的修補、無損檢驗以后的修補、法蘭就位后找正偏差的修補。修補前要確定去除缺陷的準確位置，在同一部位允許有二次修補，如果要求有更 多的修補，則在編制這些連續修補原因的分析報告前不得進行修補。（被揭示的缺陷可能表明工藝適用的條件或焊接工藝評定本身不合適）。一般來說，最終熱處理后的焊縫禁止修補（若需修補，應重新進行焊后熱處理）。

2.3.11 螺栓聯接法蘭接頭的安裝。（1）檢查先決條件。緊固件（螺栓、螺母）的螺紋狀況良好，尺寸、材料類型正確；潤滑適當（選擇規定的潤滑油）；密封墊片配合面是清潔的，不帶有沖擊痕跡或徑向劃痕，密封墊片的類型標識號正確；檢查管道內部的清潔。（2）檢查法蘭的平行度。圍繞法蘭在相距90°的四個不同點用塞尺檢查平行度公差應符合要求；對于達不到公差要求時按《安裝技術要求》中所述的方法進行矯正直到達到要求為止；對于盲板法蘭不要求平行度；對于未固定管道上的連續組對法蘭除了最后一對法蘭，其它法蘭不進行平行度檢查，只在法蘭報告上注明，見已檢查平行度的一組法蘭的法蘭號。（3）螺栓緊固。裝上兩個緊固件后將密封墊片放入法蘭的兩個裝配面之間，然后安裝第三個緊固件使三個螺桿大約按120°夾角分布，然后用手上緊螺母；裝配剩下的緊固件，以最終力矩的20%和40%分別用力矩扳手以星形次序擰緊螺母；檢查密封墊片是否均勻受壓（用塞尺在4個點檢查）；按最終力矩上緊螺栓；最終檢查平行度兩個接觸面之間不得插入0.05mm厚的塞尺；在最終連接的情況下安裝鎖緊裝置（鎖緊片）。

參考文獻

[1]壓水堆核島機械設備的設計與建造規則[S].2000.

[2]嶺澳核電站技術要求《EM4.2》 FRA RT/M-DC-A621 REW：B