管道驗證試驗的難點與優化

文 學，侯曉宇

（福建福清核電有限公司，福建福清 350318）

0 引言

TUY55 管道驗證試驗（以下簡稱本試驗）是在核電廠熱試階段（II.3），依據《管道調試大綱》等上游文件，檢查主要管道從冷態到熱態的響應（位移）是否在設計范圍內，確保管道的機械性能滿足設計要求的試驗[1]。以某百萬千瓦級核電廠2#機組的TP2TUY55 管道驗證試驗為例，介紹試驗涉及到的難點及其優化方法等。

依據一回路的升溫過程，分別對每個測點設置了4 個測量平臺：常溫→180 ℃→291.4 ℃（可在275 ℃時開始測量）→回到常溫。

《NISG51 試驗導則》為本試驗提出了3 種方法：管夾測量法、位置指示器法和阻尼器讀數法[2]。依據現場可操作性和數據準確性等分析，本試驗采用導則中的管夾測量法。

如圖1 所示，管夾裝置由支撐臂、支撐桿、卡箍等組成，劃線針穿過支撐臂在記錄紙（最小刻度1 mm）上打出各測量溫度時的記錄點，這些記錄點即可表示為待測管道在對應溫度平臺時的位移值和方向。實測與理論位移值之差小于±5 mm 或±30%理論值（取較大者為判據）；實測位移方向須與理論位移方向一致。

1 試驗準備

1.1 文件準備

（1）上 游 文件。結合設計院給出的《管道和管道支吊架待檢點清單》等上游文件，將全部測量點現場核查后發現：部分測點現場不存在，部分測點缺少理論位移值，部分測點參考坐標系未明確等不符合項。將不符合項以TCR 等形式與設計溝通，要求澄清或升版文件。

圖1 管夾測量法

（2）調試規程。依據最新版上游文件，結合同行經驗反饋，編寫生效試驗規程。

（3）測量工具圖紙。依據現場查勘結果和上游文件，制定科學合理的測量方案，并繪制管夾裝置等圖紙，以便交付廠商進行加工制作。

（4）其他文件。試驗開始前，還需辦理TSD、調試文件包等文件編寫并生效，收集全部測點的管道三維制作圖等。

1.2 物資準備

根據各測點的安裝布置等特點，預制對應的管夾測量裝置。另外，還需提前準備勞保防護用品等。需準備的工器具、耗材主要有：①工器具，包括管夾裝置、點溫儀、鋼板尺、直角尺、線墜等；②勞保防護品，如防燙手套、防毒面罩等；③耗材，如泡沫膠、雙面膠、坐標紙（用于數據記錄）等。

1.3 人員需求

本試驗周期長、工作量大，因此需提前周密計劃、優化人力配置，確保試驗順利進行（表1）。

表1 試驗的人力配置

2 試驗難點和優化方法

2.1 坐標系的建立

2.1.1 傳統方法

由于試驗數據（位移）是矢量，故參考坐標系建立的準確性將直接影響試驗結果的置信度。參考坐標系主要分為：局部坐標系和總體坐標系。

局部坐標系可通過管道、閥門及支吊架等的相對位置確定對應坐標方向，這類坐標系的建立較為簡便。

而在總體坐標系下，X（U）正方向為1#機組堆芯指向2#機組堆芯的方向，Y（V）正方向為2#機組堆芯指向2#機組常規島中心線的方向，Z（W）為豎直方向，故總體坐標系的建立較為困難。

建立總體坐標系的傳統方法有：

（1）指南針法。首先在廠房外用指南針分別定位X/Y 的方向并記錄，然后在測點位置根據記錄確定測點的X/Y 方向。此法看似嚴謹可靠，但由于厚實的廠房對地球磁場產生了一定的屏蔽，因此實際過程中用該法所得的坐標方向誤差較大。

（2）土建標記法。此法利用建安階段在廠房內放線所得的標識確定坐標，但到熱試階段時，大量標識已經被廠房面漆覆蓋。因此，該法實際操作較為困難。

2.1.2 優化方法

經細致分析現場布置，本試驗將坐標系建立的方法進行了優化：結合管道三維制作圖的間接計算法。即利用對應測點的管道三維制作圖，先將測點視作局部坐標系而安裝管夾，待測出對應數據后，依據管道三維制作圖中局部坐標系與總體坐標系的相對位置關系，計算出對應測點的實際位移。該法雖然增加了計算步驟，但試驗最終的準確性和可操作性均較強。

2.2 管夾安裝與調整

2.2.1 難點和誤區

由于管夾緊固到管道上后，管夾與管道（近似剛體）的熱位移基本保持一致，因此常誤認為管夾的初始指向并不重要，只需在記錄紙上標明參考坐標系即可，故容易忽略管夾初始指向的重要性。但由于尺寸較小的記錄紙（170 mm×250 mm）沒有合適而準確的參照物，故很快便迷失在偌大的廠房中，難以準確定位圖紙標識的參考坐標（比如站在R760 的環廊上準確定位堆芯方向）。

2.2.2 優化方法

為此，本試驗充分利用管道三維制作圖中詳細的定位和標識，將管夾指向參考坐標系的某一個方向（視具體情況選擇）來安裝，以便充分利用準確性和操作性均極強的管道自身特性，準確定位管夾，保障測量數據準確可靠。下面以本試驗的第15#測點為例闡述優化方法。

如圖2 所示，15#測點在2 環蒸汽發生器（VVP 系統）二次側出口管R760.606 支架處。U 向為沿管線垂直地面向上，V 向為2#機組常規島中心線指向核島中心線方向；W 向為1#機組堆芯指向2#機組堆芯方向，3 個方向上的理論位移分別為40 mm、62 mm 和80 mm（管道計算報告編號為R6252 DC.900）。U 向為測點處垂直于地面向上，較為直觀。故難點在于確定待測管道（Φ812 mm）處的V 和W 方向。

只需在待測管道上找到V（W）向，然后將管夾旋轉至指向V（W）向即可。考慮現場障礙物，本測點選擇將管夾指向W，即：需要在管道上找到T 點。

圖2 15#測點示意

由圖示已知：OV⊥OW（100GR ⊥0GR），∠mOn=90°，27.777GR 與OW 夾角為25°。容易求出∠hOd=5°。由于Oh 為管道支架凸耳的中垂線，故可由此確定管道上的H 點。

R——管道半徑，mm

此時可在管道上確定T 點并標記。此時將管夾旋轉至指向OT 向的位置，即為W 方向。

2.3 記錄紙的坐標確定

由于打點的數據最終是顯示在記錄紙上，因此在記錄紙上準確標識出測點的參考坐標系，才能保障試驗結果可靠。

管道支撐桿指向特定方向后（X/Y/Z），可使用2 個線墜（鉛垂）在記錄紙上準確標出參考坐標系方向。如圖3 所示，假設已確定管道支撐桿指向Y 向，則在支撐管上放2 個線墜，并使線墜尖離紙上方約1 mm 處，待線墜靜止后用直尺將線墜尖部連線即為Y 向。然后可便捷地確定X 向（互相垂直）。

圖3 記錄紙的坐標確定

2.4 打點注意事項

打點時，需要將劃線針緩慢插入支撐臂中，并確認支撐臂無搖晃振動，待整個針頭都進入之后，自然釋放。另外，每次打點后需在記錄紙上進行標記，防止測點數據混淆或遺失。

2.5 記錄紙的保護

本試驗時間跨度長，測量工具尤其是記錄紙長時間在現場放置很容易被沾污甚至損壞，造成數據損壞，從而使得試驗最終結果可靠性不佳。為了更好地保護測量工具和數據，試驗期間主要進行了以下工作。

（1）布置警示圍欄。除了張貼試驗工作的告示牌、測點基本數據等標識外，用鐵制警示圍欄將測點合理圈住，防止誤碰等造成數據和工具損壞。

（2）記錄紙和支撐板的定位保護。支撐板在現場定位后，將記錄紙粘貼在支撐板上。為防止試驗過程中記錄紙損壞沾污等原因造成原始數據丟失，故在記錄紙粘貼后需將記錄紙與支撐板準確劃定位線標識，并拍照保存，以便該記錄紙損壞后，更換新的記錄紙也能和舊記錄紙在同樣的相對位置，不會造成坐標方向的誤差。另外，還為每個測點的記錄紙設置了防水保護套，保障試驗數據安全可靠。

（3）拍照留底。定期將記錄紙拍照留底，防止數據斷檔。

2.6 惡劣工作條件下的測量取值

熱試期間核島內的甲醛等有害氣體含量隨系統溫度上升而增加，為保障人員安全，質量安全部門會根據定期監測結果確定工作人員在安全殼內的停留時間，因此提前熟練掌握測量方法、優化測量工序、合理分工對保護人員和保障試驗順利開展均十分重要。另外，試驗期間，試驗負責人嚴密跟蹤甲醛等檢測結果，在進入核島前將工作組分成2 個小組，并指定一人負責打點和拍照，另一人負責標識和記錄，有效減少了人員島內停留時間，在滿足試驗要求的情況下，更好地保障了人員安全。

3 結論

TUY55 管道驗證試驗是在核電廠熱試階段，依據上游文件，檢查主要管道的熱態響應等機械性能是否滿足設計要求。其中，坐標系建立、管夾安裝與調整、記錄紙的打點與保護等是本試驗的難點和重點。

本試驗結合現場工況進行了一定的優化，既使試驗順利合格完成，也為同類試驗提供了一定的參考。