核電項目工藝管道類大宗材料設計管理優化分析

□李 鑫 高文迦

一、引言

隨著現代工業飛速發展，核電工程的設計建造周期非常緊張，往往項目進度要求的大宗材料采購技術規格書出版計劃遠早于管道施工圖設計完成時間，以致規格書中的材料清單無法從設計完成的施工圖中獲取，導致現場材料供需匹配率低。為最終滿足施工圖所用材料與規格書中材料的匹配，項目執行過程中需不斷對出版圖紙材料清單進行核實匯總，發布大量大宗材料設計變更清單。經統計，海南昌江核電項目核級大宗材料新增規格約占總規格數的25%，材料增補數量占設計總量的35%；目前在建的華龍一號項目核級大宗材料變更規格約占總規格數的28%，材料增補數量約占設計總量的40%。

造成大宗材料設計變更的原因有很多，如工藝系統設計修改；工藝設備選型變化；改進項設計；設計修改產生材料變化；小口徑管道根據現場實際情況布置設計；現場施工原因引起的材料修改等。因此核電項目工藝管道類大宗材料的設計變更是無法完全規避的，是一種常態化、持續化的流程機制。縮短大宗材料設計變更流程的用時，及時并準確地將施工圖使用材料更新到采購規格書中，可有效減少材料錯采漏采情況，保證現場安裝進度，控制工程項目成本。

二、大宗材料設計特點及存在問題

大宗材料物項種類多、規格繁、數量大，無獨立的工藝系統編號，使用標準多，單個物項特征參數多，因此對設計、采購、施工都帶來了不利影響。對設計，易混淆物項導致材料選用錯誤，技術標準要求多種多樣，增大設計難度；對采購，增加原材料采購和產品排產難度，且檢驗批次多；對施工，加大材料領用和圖紙核對的難度，要求技術工人施工資質涵蓋全面。

大宗材料涉及的專業多，系統多，廠房多，圖紙文件多，設計環節關聯性強，設計過程中包含許多設計文件流轉和部門接口之間的管理工作，無疑會影響大宗材料設計變更清單的準確性和出版效率。

三、大宗材料設計管理優化分析

(一)大宗材料物項種類縮減優化分析。

1.規格種類減少。系統的承壓性能和設備參數以及管道布置設計是影響大宗材料規格尺寸的三大主要因素，在保證系統功能實現、滿足承壓性能和力學計算要求的前提下，將數量少的物項合并到相近的規格物項中，適當減少管件的使用。尤其在安裝高峰期和項目后期，遇到管線設計修改或現場變更時，選用管道、管附件應以不增加規格為前提，減少材料增補周期。比如支架用支管在符合力學計算條件的基礎上，可選用已采購壁厚相近或稍厚的核級管道上截取；在布置空間允許的條件下，盡可能選用彎管設計替代彎頭的增加。設計低壓管線需要變徑時，當變徑超出標準設計范圍，可用直管插接并增加補強板的設計方式。應盡量選用標準尺寸管道及管附件，減少非標件的使用。

2.材質種類減少。同規格尺寸材料以高代低，以M310項目為例，核級碳鋼管道及管附件的設計選用了P265GH、P280GH、TU42C、A42AP、TUE250B、AE250B1多鐘碳鋼材料牌號,而其中2級材料TU42C/A42AP和3級材料TUE250B/AE250B1在市場上單價基本相同。對于數量較少的3級管道及管附件，可用以高代低的方式，減少材料規格的增加。在華龍項目上2、3級碳鋼材料統一選用20鋼一種，不銹鋼材料使用超低碳不銹鋼一種。減少特殊材料的選用，如在某項目的海水系統管道設計中，采取了以碳鋼襯膠管道加陰極保護的形式替代了原用雙相不銹鋼管道的設計方案，在不降低防腐要求的同時提高了經濟性。

3.設計標準使用優化分析。M310項目設計及建造規則采用的是RCCM標準規范，除了RCCM標準的使用，還直接引用了ASME、API、MSS等尺寸標準和ASTM非核級材料標準，涉列的標準體系很多。管道材料設計中應盡量避免混用不同系列的標準。管道和管附件的尺寸設計使用同一系列標準，如管件設計選用時，對接焊管件設計主要使用ASME B16.9，承插焊和螺紋連接的管件設計使用ASME B16.11；管道設計中，不銹鋼管道的設計使用ASME B36.19M，碳鋼管道和壁厚大于SCH80S的不銹鋼管道設計使用ASME B36.10M。從設計標準角度減少物項規格，有助于產品的批量化生產、檢驗和質量控制，并提高了同規格材料間的互換性，減少標準要求的比對分析時間。

(二)核級大宗材料匯總流程優化分析。

1.匯總清單核對方法優化分析。大宗材料清單匯總過程中每個環節都包含人工核對、材料統計工作，由于一個材料物項就包括名稱、直徑、壁厚、規范等級、連接/制造形式、標準等10余項參數信息(如表1所示)，任何一項描述錯誤，都會導致核對匯總工作的失誤，最終導致材料漏采、錯采或重復采購。材料編碼與物項描述是大宗材料設計的基礎和源頭，從源頭把控錯誤的產生，是減少物項錯誤分析和反復核查圖紙時間，提高核對匯總效率最有效的辦法。

表1 工藝管道類大宗材料物項參數列表舉例

M310項目物項編碼沿用的是參考電站的材料編碼，設計過程中主要由人為管控物項描述和材料編碼信息，錯誤率相對較高，如遇新增規格物項需重新編碼，耗時長。隨著數字化電站的發展，目前新建堆型項目的材料物項編碼是根據管道等級表對所涵蓋的所有物項在三維模型編碼庫中統一編碼，物項參數信息準確度高，編碼覆蓋更全面。在材料編碼和物項完全正確的情況下，材料清單比對匯總過程中只需核對物項編碼，匯總時間僅需3～5個工作日，預計效率可提高30%～50%。

2.設計流程優化分析。大宗材料設計變更單出版流程如圖1所示，從設計完成施工圖紙至出版改單一般需用時2～3個月，預留材料采購周期短，會引發增補材料無法按需求到貨，拖延現場管道預制安裝進度的可能。本文對設計流程進行了優化，如圖2所示，由匯總人直接匯總各分區材料清單并與原基準清單進行比對，并將差異反饋給各規格書負責人以便出版改單，減少了專業間接口和材料清單流轉時間，有效縮短施工圖中大宗材料匯總時間，預計可節省1～1.5個月用時，效率可提高50%。

圖1 大宗材料設計變更清單出版流程

圖2 大宗材料設計變更清單出版流程優化

四、結語

本文通過梳理了設計流程中存在的問題，結合大宗材料設計特點，進行了設計管理優化分析，盡可能地避免大宗材料設計對工程項目材料采購和現場管道預制安裝造成的不利影響，從設計源頭有效地控制材料采購成本和電站建造成本，保證項目按進度順利進行。