AP1000廠用水系統管道焊接工藝

梅 健，王 曦，王 源（國核工程有限公司，上海 200233）

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AP1000廠用水系統管道焊接工藝

梅 健，王 曦，王 源
（國核工程有限公司，上海 200233）

摘要：AP1000廠用水系統（SWS）綜合管廊內管道選用高密度聚乙烯管材（HDPE），由于此類材料在國內核電廠SWS系統設計及建造過程中的使用尚屬首次，沒有相關經驗可供參考。文章結合海陽核電廠綜合管廊的設計特點，對HDPE管道熱熔焊接及電熔焊接工藝進行對比分析，希望為后續國內核電項目的設計及建造提供參考。

關鍵詞：AP1000；廠用水系統；HDPE；熱熔接；電熔接

CLC number： TM623 Article character： A Article ID： 1674-1617（2016）01-0037-04

AP1000廠用水系統（Service Water System，SWS）是向位于汽輪機廠房內非安全相關的設備冷卻水系統熱交換器，提供冷卻水以排除核島設備產生的熱量。SWS系統無論在電廠正常運行還是事故工況，都將設備冷卻水系統傳輸的熱量帶出。SWS系統雖然不涉及安全相關功能，但是它為電廠提供了重要的縱深防御和保護功能，并直接影響發電的經濟性。SWS系統總體布置如圖1所示，管道從廠用水泵房引出，經過綜合管廊到常規島汽輪機廠房，帶走設備冷卻水熱交換器的熱負荷后再經過綜合管廊排向大海［1］。SWS管道在汽輪機廠房和泵房內采用鎳基合金材質，在綜合管廊內采用HDPE材質，本文主要對HDPE管道熔接工藝的選擇進行分析探討。

圖1 SWS系統原理圖Fig.1 Schematic of SWS system

1 HDPE管道的特點

海水是一種高含鹽量和高含氯離子量的腐蝕介質，長時間的腐蝕會導致金屬管道壁厚減薄，降低管道的承壓能力。目前國內核電廠常用的輸送海水介質的管道主要有如下幾種：不銹鋼管道、碳鋼加內襯 （襯涂層、襯橡膠、襯塑料、襯水泥砂漿）管道、鋼筋混凝土管道及對強度要求不高的塑料管道［2］。

AP1000核電廠設計壽命為60年，布置在綜合管廊內的SWS系統管道材料選用的是高密度聚乙烯塑料管材（High Density Polyethylene Pipe，HDPE）。HDPE管道在國外應用較為成熟，但在國內核電廠中，HDPE管道的使用尚屬首次。

HDPE管材具有如下良好的特性［3］：

1）耐腐蝕，高密度聚乙烯管材內防腐效果好，表面不需要涂防腐材料；

2）不泄漏，熱熔或電熔接后的管道強度高于管材自身強度；

3）高韌性，HDPE管道對于不均勻沉降性好，滿足管道抗震性能要求；

4）撓性好；

5）抗刮痕能力強；

6）抗快速裂紋傳遞能力強；

7）使用壽命長，使用壽命可達50年以上。

采購的HDPE管道單根長為12 m，外徑為762 mm，壁厚為84.6 mm，每根管道重約2.2 t。

2 HDPE管道熔接工藝

目前，國內和國際上采用的HDPE管道熔接工藝主要有兩種：熱熔接和電熔接。

2.1 熱熔接

熱熔接（Butt-Fusion）原理：在兩個需連接的表面利用溫度和用力擠壓的方法將其黏接形成一個接縫，當接縫冷卻并低于材料的熔化溫度時就形成了熔接［4］。熱熔接示意圖如圖2所示。熱熔接使用的專用設備熱熔焊機所需的空間較大，DN750熱熔焊機在非工作狀態下尺寸為2.1 m×1.54 m×1.08 m，在工作狀態下尺寸為2.1 m×1.93 m×1.7 m。

圖2 熱熔接示意圖Fig.2 Illustration for butt-fusion

2.2 電熔接

電熔接（Electro-Fusion）原理：在特殊套管內壁預埋電阻絲，套管內插入管道后，通過電阻絲加熱而自熔從而完成熔接，套管成為管道一部分，電熔接示意如圖3所示。DN750管道電熔接所使用的電熔套筒長度僅為0.45 m左右，焊機設備所占空間小，現場施工操作靈活方便。

圖3 電熔接示意圖Fig.3 Illustration for electro-fusion

2.3 熱熔和電熔特點比較

對于DN750，壁厚為84.6 mm的管道，其壁厚較厚，熱熔接與電熔接方式的對比分析如表1所示。

表1 熱熔接與電熔接工藝的對比分析［5］Table 1 Comparison of butt-fusion and electro-fusion

3 綜合管廊特點

三門和海陽綜合管廊在核島負挖施工階段就已經完成管廊頂部及端部的結構封閉。管廊內部空間非常有限，后續相關安裝物項只能從吊裝孔引入。

三門在施工前未考慮到熱熔焊機尺寸相對龐大而綜合管廊空間相對狹窄，對施工邏輯沒有做出合理的安排［6］，在HDPE管道安裝以前，其他管道、支架和電纜橋架已經施工，剩余空間更加不足，以致很多位置熱熔焊機無法放入。

海陽施工進度較三門晚半年，HDPE管道施工前管廊內其他物項暫未施工，三門的經驗反饋及時傳達到海陽，因此海陽業主及時調整管廊內施工邏輯，暫停其他物項安裝。此時，綜合管廊內用于HDPE管道的混凝土支墩施工已完成，支墩尺寸為1.3 m×0.8 m×0.495 m；管廊截面尺寸小，管廊內最大截面處為4.2 m×3.4 m，而最小截面尺寸僅為3.2 m×2.2 m；管廊內爬坡、轉彎區域較多。

4 HDPE管道熔接工藝選擇

根據國外HDPE管道應用的工程經驗，對于大厚度的HDPE管道，熱熔連接是最佳的熔接方式。

三門在當時現場條件下，無法全部使用熱熔接。在業主一再要求下，現場發起變更，設計方最終同意將熔接方式改成電熔套管方式。雖然與HDPE管道工業常規熔接方式相違背，但現場實際情況已經沒有回旋的余地。因此，三門核電廠綜合管廊內HDPE管道最終采用熱熔加電熔施工工藝，在能進行熱熔施工的地方采用熱熔接，無法進行熱熔接的地方則采用電熔接工藝。

海陽業主、相關設計方、承包商及HDPE供應商結合海陽現場綜合管廊的實際完成情況，經過反復的論證及協商后決定全部采用熱熔接工藝。這主要基于以下幾方面因素考慮：

1）由于SWS系統關系到電廠正常運行及事故工況期間的熱負荷排出，直接影響電廠運行的安全性和經濟性［7］，因此HDPE管道施工質量要求必須得到充分的保證；

2）由于AP1000核電廠設計壽命為60年，而HDPE管道位于封閉結構的地下管廊，后續管廊的所有物項施工完成后，HDPE管道的維修作業空間非常狹小。因此HDPE管道在安裝階段的質量保證將為日后運行維護及檢修工作提供較大的便利；

3）綜合考慮質量、進度及成本因素，并參考借鑒以往大量的國際工程實踐反饋。

由于海陽綜合管廊內施工邏輯調整，內部沒有其他物項干擾，HDPE施工空間相對充足，大部分管線可以完成熱熔接，但在某些狹窄和拐彎區域，仍然無法施工。例如DN750彎頭的加厚區直徑為DN800，個別彎頭的熱熔連接必須采用DN800熱熔焊機夾持。綜合管廊吊裝孔尺寸為8.5 m×1 m，DN800熱熔焊機尺寸較大，無法引入管廊。因此管道只能在車間預制后，再引入管廊。

對于后續項目綜合管廊的HDPE管道設計和施工，應優先采用熱熔接。但首先應從設計角度考慮焊機引入和作業空間，優化管廊設計；其次，應充分做好施工計劃，先安裝HDPE管道，再安裝其他物項，并考慮需要DN800熱熔焊機施工的物項安裝。

5 結束語

核電廠SWS系統采用HDPE管道在國內尚屬首次，沒有相關經驗可供參考，因此三門和海陽項目的HDPE管道施工一波三折，碰到諸多問題。本文結合HDPE兩種熔接方式的優缺點以及三門和海陽綜合管廊的設計特點，對HDPE管道施工工藝進行對比和分析，得出對于大厚度HDPE管道應采用熱熔接的結論，提出設計和施工角度的優化，希望為后續項目提供相關參考及借鑒。

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Analysis for Selection of HDPE Pipe Construction Technique for AP1000

MEI Jian， WANG Xi， WANG Yuan
（State Nuclear Power Engineering Co.， Ltd.， Shanghai 200233， China）

Abstract：Service water system （SWS） of AP1000 nuclear power plant in pipe gallery adopts high density polyethylene （HDPE） as the pipe material， and it is for the first time to use this kind of material in the SWS system in domestic nuclear power plant. This paper analyzes the characteristic of HDPE material， takes into account the features of Haiyang pipe gallery， and then makes a comparison on butt-fusion and electro-fusion of HDPE pipe welding process. SWS， being the nuclear power plant final heat sink， requires high reliability， so butt-fusion is the preferable weld method. It is hoped to provide reference for follow-up project design and construction.

Key words：AP1000；SWS；HDPE；butt-fusion； electro-fusion

中圖分類號：TM623

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1617（2016）01-0037-04

收稿日期：2015-09-06

作者簡介：梅 健（1985—），男，江西南昌人，工程師，碩士，現主要從事AP1000核電廠設計管理工作。