AP1000型核電站大型循環(huán)水管施工技術(shù)探討

李一真

（浙江省火電建設(shè)公司，浙江 杭州 310016） 摘要：文章以某AP1000型核電站循環(huán)水管的施工為例，介紹了目前世界上口徑最大電廠循環(huán)水管道的制作、安裝和防護(hù)技術(shù)及工藝，經(jīng)工程實(shí)踐其各項(xiàng)施工技術(shù)指標(biāo)符合國家有關(guān)技術(shù)要求，保證了施工的質(zhì)量和安全，并縮短了施工工期，可為同類型項(xiàng)目施工提供借鑒。 關(guān)鍵詞：AP1000型核電站；循環(huán)水管；管道安裝；施工技術(shù)；熱處理 中圖分類號：TL374文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0139-03某AP1000型核電站機(jī)組循環(huán)水管道全長1800多m，每臺機(jī)組由兩根內(nèi)徑為DN4100及最大壁厚為38mm的鋼管供水和排水，鋼管材質(zhì)Q235B，加固環(huán)材質(zhì)Q345B，標(biāo)準(zhǔn)管段為每節(jié)長6m，單件最大重量為31.2噸。工程范圍包括循環(huán)水泵房至汽機(jī)房進(jìn)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(hù)等內(nèi)容。

1施工特點(diǎn)

按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)DL/T869-2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定要求，管子和剛性環(huán)的對接焊縫都需要做焊后熱處理，同時(shí)設(shè)計(jì)又要求剛性環(huán)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(jié)管子上要進(jìn)行熱處理的焊縫數(shù)量多（縱焊縫2條、環(huán)焊縫1條、剛性環(huán)對接焊縫8條、角焊縫8條），如果采用常規(guī)履帶式遠(yuǎn)紅外加熱器的熱處理方式，需要投入相當(dāng)大的人力和物力，而且角焊縫部位采用上述方式進(jìn)行熱處理時(shí)很難達(dá)到良好的熱處理效果。另外，根據(jù)項(xiàng)目的進(jìn)度計(jì)劃要求，每天必須要完成兩段標(biāo)準(zhǔn)管段的制作，而此項(xiàng)工作的主要瓶頸在于熱處理環(huán)節(jié)。如果采用常規(guī)熱處理方式，將會處于既耗時(shí)又達(dá)不到質(zhì)量要求的兩難境地。

2主要技術(shù)方案

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

3關(guān)鍵技術(shù)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(wǎng)、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(xù)密封焊，以保證爐內(nèi)密封性。爐殼其中一面開有一個(gè)方形人孔門（0.95m×1.2m），以便人員進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行維修等工作，人孔門在熱處理的升溫、恒溫階段關(guān)閉，在冷卻過程中打開，以便在熱處理緩冷過程中進(jìn)行適當(dāng)通氣。保溫材料通過鋼絲網(wǎng)、保溫壓板和保溫鉤釘固定在加熱爐的內(nèi)壁，并在爐殼內(nèi)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(shè)置兩個(gè)支墩用于進(jìn)行熱處理時(shí)擱置鋼管，支墩間距為3m。只要把鋼管通過爐頂平穩(wěn)放置到支墩上，檢查爐內(nèi)安全后，蓋上爐蓋并檢查密封，合格后設(shè)置警示標(biāo)志，通電加熱即可進(jìn)行循環(huán)水鋼管的熱處理作業(yè)。

熱處理過程的主要設(shè)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(nèi)的溫度和升、降溫速度。通過溫控儀按工藝要求設(shè)置好升、降溫速度，經(jīng)通電加熱即可進(jìn)行鋼管的熱處理作業(yè)。爐內(nèi)在加熱器的作用下溫度逐漸升高，然后按工藝進(jìn)行正常的熱處理過程。爐內(nèi)溫度測量通過布置在爐殼上的6個(gè)熱電偶測溫儀器，反饋到溫控儀上，溫控儀同時(shí)也自動記錄了熱處理過程工藝曲線。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，熱處理工藝參照DL/T819-2002《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行編制，工藝數(shù)據(jù)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(nèi)，應(yīng)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(nèi)熱處理，冷卻速度應(yīng)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(shí)間規(guī)定。熱處理恒溫時(shí)間為2小時(shí)。

3.1.5優(yōu)化熱處理工藝。根據(jù)以上熱處理工藝流程，以38mm厚鋼板為例，鋼管熱處理時(shí)間大約需要11小時(shí)左右，但實(shí)際操作時(shí)熱處理時(shí)間則需要12～13個(gè)小時(shí)，與理論數(shù)據(jù)并不相符。根據(jù)對熱處理爐的構(gòu)造特點(diǎn)和熱處理的過程分析，發(fā)現(xiàn)由于熱處理爐密封性好，升溫溫度高，使得恒溫結(jié)束后緩冷的過程較長。為解決此問題，對熱處理爐進(jìn)行改造，在爐蓋頂部開一個(gè)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(shí)間，使熱處理時(shí)間基本控制在11小時(shí)左右，同時(shí)對完成熱處理的鋼管進(jìn)行硬度試驗(yàn)，結(jié)果質(zhì)量符合要求。

根據(jù)完成熱處理鋼管的質(zhì)量情況分析，驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)制定的熱處理工藝，每天可完成兩節(jié)鋼管的熱處理作業(yè)。為進(jìn)一步提高鋼管熱處理工效，綜合考慮爐內(nèi)加熱比爐外加熱的優(yōu)越性及現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)（JB/T6046-92）《碳鋼、低合金鋼焊接構(gòu)件焊后熱處理方法》可以優(yōu)先參照執(zhí)行的因素，經(jīng)設(shè)計(jì)院同意按照J(rèn)B/T6046-92標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整熱處理工藝，縮短鋼管熱處理時(shí)間，提高熱處理工效，降低綜合能耗，現(xiàn)執(zhí)行的熱處理工藝數(shù)據(jù)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(nèi)應(yīng)控制加熱速度。對于爐內(nèi)熱處理，加熱速度應(yīng)（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(nèi)應(yīng)控制冷卻速度。對于爐內(nèi)熱處理，冷卻速度應(yīng)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(shí)間控制：熱處理恒溫時(shí)間為鋼板厚度（δ）除以25。如：38/25=1.52h，34/25=1.36h。按照機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)，鋼管熱處理時(shí)間為：如38mm厚的鋼管熱處理時(shí)間約為8小時(shí)，34mm厚的鋼管熱處理時(shí)間約為7.8小時(shí)。

（5）熱處理工藝曲線圖（如圖1所示）。

3.2管道現(xiàn)場安裝

3.2.1管道吊裝。由于循環(huán)水管道進(jìn)汽機(jī)房段異形件及立體交叉較多，管道需架空安裝（循環(huán)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(wěn)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(huán)水管單節(jié)管道重35t。因此，需確保循環(huán)水管安裝安全，還需確保安裝質(zhì)量及安裝過程中的成品保護(hù)工作。

3.2.2循環(huán)水管節(jié)對口后的壓口。循環(huán)水管在施工過程中，因管道壁板厚，直徑大，采用傳統(tǒng)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(xiàn)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(shí)，鋼管受擊打變形等問題。為控制施工質(zhì)量，提高施工效率，循環(huán)水管安裝時(shí)改為采用千斤頂和7字形角鋼支座的工藝進(jìn)行管節(jié)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(shí)采用焊接，焊接的高度及長度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況來定，即能保正千斤頂頂壓即可。

endprint

3.2.3循環(huán)水管焊接采用氣體保護(hù)焊?；痣姀S循環(huán)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(huán)水管來講，將影響施工進(jìn)度。而氣體保護(hù)焊成形美觀、焊接速度快、提高

工效。

（1）焊前清理、預(yù)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(cè)露出金屬光澤，然后對焊口始焊點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度達(dá)到工藝評定要求后，開始焊接施工。在焊接過程中，嚴(yán)格進(jìn)行焊縫層間清理和清根質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理施焊過程中產(chǎn)生的質(zhì)量問題，保證焊縫一次檢驗(yàn)合格率。

（2）優(yōu)化焊接工藝流程，先內(nèi)后外流水線施工。因循環(huán)水管安裝工期緊，焊接工作采用流水線作業(yè)模式進(jìn)行。施工時(shí)，單路管道安排8名焊工施焊。通過優(yōu)化焊接的施工順序和流水作業(yè)，保證循環(huán)水管的焊接質(zhì)量，提高現(xiàn)場施工速度。

（3）循環(huán)水管焊縫現(xiàn)場熱處理工藝.根據(jù)DL/T869-2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，壁厚大于30mm的碳素鋼管道、管件焊接接頭應(yīng)該進(jìn)行焊后熱處理。因此，焊前需預(yù)熱，焊后需做熱處理。但此大口徑循環(huán)水管現(xiàn)場焊接后的熱處理工藝沒有前例。為了改善現(xiàn)場循環(huán)水管焊接接頭的金相組織和性能，消除焊縫殘余應(yīng)力，采用18只履帶式柔性陶瓷電阻加熱器對循環(huán)水管焊縫進(jìn)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(shí)，應(yīng)從管道頂部向兩邊開始鋪設(shè)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(jiān)測點(diǎn)上，觸點(diǎn)應(yīng)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(guī)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(cè)不小于管道壁厚的5倍，且每側(cè)應(yīng)比加熱器的安裝寬度增加不小于100mm。循環(huán)水管焊縫底部加熱器和保溫棉安裝時(shí)，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(hù)。循環(huán)水管外壁陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)前防腐采用犧牲陽極法，用4kg鎂合金犧牲陽極，成組埋設(shè)，每組3支。保護(hù)電流密度取0.3mA/m2。循環(huán)水管外壁陰極保護(hù)系統(tǒng)的外壁采用外加電流陰極保護(hù)，輔助陽極采用柔性陽極（Anodeflex-1500）。

該陰極保護(hù)系統(tǒng)犧牲陽極法與外加電流相互配合，能夠?qū)⒄麄€(gè)管道區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，達(dá)到防止管道電化學(xué)腐蝕的目的，而且安裝柔性陽極AFLX-1500在管道近處，可取代費(fèi)用昂貴的管道涂層的重新修復(fù)。這種作法，使單一及多重平行兩種管道的每一個(gè)部位都可以重新恢復(fù)安全有效的極化。此系統(tǒng)避免了在工地上重新涂層，減少了對外界環(huán)境的干擾。這種不斷輸出均勻電流，并安裝與極接近防護(hù)體的導(dǎo)線系統(tǒng)，使管道腐蝕得到更有效的防護(hù)。

4結(jié)語

AP1000型核電站是國內(nèi)核電機(jī)組推廣的主力堆型，其循環(huán)水管施工質(zhì)量是保證核電機(jī)組安全運(yùn)行的前提。通過該循環(huán)水管施工實(shí)踐，解決了大型循環(huán)水管道在制作、防腐、吊裝、對口、壓口、氣體保護(hù)焊、管節(jié)整體熱處理、現(xiàn)場環(huán)焊縫熱處理、架空安裝、外加電流陰極保護(hù)等關(guān)鍵施工技術(shù)。目前，該循環(huán)水管項(xiàng)目已通過業(yè)主和監(jiān)理的工程驗(yàn)收，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合有關(guān)質(zhì)量要求。

endprint