核電站機械模塊制造設(shè)計要求探究

□吳振峰 張手琴 許克鳳

一、引言

模塊廣泛應用在核電站中，模塊化設(shè)計可以提高核電站施工質(zhì)量，因為模塊是在工廠制造，其制造環(huán)境是可控的，比電廠施工現(xiàn)場更能保證質(zhì)量。模塊制造與其它施工圖平行進行，可以減少施工時間。本文分析了機械模塊制造的要點，并提出了具體的設(shè)計要求，以保證機械模塊的制造成品符合規(guī)范和現(xiàn)場安裝的要求。

二、機械模塊定義

機械模塊包括安裝在一般結(jié)構(gòu)框架上的泵、熱交換器、風機、空調(diào)單元以及過濾器等設(shè)備，并且還包括使這些設(shè)備互相連接的管道、閥門、儀表、電纜及支撐等。機械模塊設(shè)計時，應使這些物項易于以一個單元的方式排列，且可預先組裝后再安裝到電站的相應位置。工藝系統(tǒng)的設(shè)計不包含在模塊設(shè)計內(nèi)，但是模塊設(shè)計是工藝系統(tǒng)設(shè)計必要的一部分。機械模塊的設(shè)計除了要滿足模塊本身的功能、受力等要求，還應滿足制造和現(xiàn)場組裝的一般要求，以及模塊的吊裝、維護和運輸?shù)囊蟆?/p>

三、機械模塊的公差和精度控制

由于機械模塊是在現(xiàn)場與其它模塊或結(jié)構(gòu)組裝、拼接，所以為保證現(xiàn)場的施工質(zhì)量，需要嚴格控制機械模塊的公差和精度，在滿足規(guī)范要求的同時，為了控制成本，可按照以下要求進行。

(一)模塊的制造公差按照下列規(guī)范文件和相關(guān)條款的要求。

1.對于平面圖內(nèi)標明的安全相關(guān)模塊。按照ANSI/AISC N690－1994《核設(shè)施安全相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制造、安裝規(guī)范》要求:

—Q1.23節(jié)(制造)

—Q1.25節(jié)(安裝)

2.對于平面圖內(nèi)標明的非安全相關(guān)模塊。按照AWS D1.1－2000《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》要求:

—5.22節(jié)(焊縫(連接)尺寸的公差)

—5.23節(jié)(焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸公差)

3.對于平面圖內(nèi)標明的非安全相關(guān)模塊。按照AWS D1.6－1999《不銹鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》要求:

—5.22節(jié)(焊縫(連接)尺寸的公差)

—5.23節(jié)(焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸公差)

(二)線性的尺寸連續(xù)標注時，公差僅用于總尺寸，不針對每個單獨的尺寸。

(三)為方便在裝配過程中控制各個模塊的尺寸精度，詳圖上的加強板及其它連接板、型鋼等應用激光標記、等離子體標記或打孔標記來標識其位置。

(四)為使最終裝配尺寸在公差范圍內(nèi)，制造時應對模塊框架構(gòu)件的設(shè)計和切割尺寸留有額外余量。

(五)所有模塊的寬度和長度尺寸都是實際尺寸(設(shè)計尺寸)，并作為詳圖中的參考尺寸(REF.)。這些尺寸不考慮與鄰近的框架構(gòu)件連接到整個結(jié)構(gòu)框架時的焊接連接準備和焊接允許收縮量。

(六)螺栓孔的公差可以參考ANSI/AISC N690－1994中結(jié)構(gòu)連接用ASTM A325或A490螺栓的RCSC規(guī)范?；鹧媲懈畋砻嫘枘テ?。

(七)結(jié)構(gòu)施工圖中需標明模塊的最終安裝位置。

四、機械模塊選用材料的要求

材料的選用是機械模塊制造要求的重要內(nèi)容之一，模塊內(nèi)涉及工藝、通風、電儀、結(jié)構(gòu)等專業(yè)的物項，機械模塊所用材料除了滿足結(jié)構(gòu)強度要求外，還應考慮其它專業(yè)對材料的要求。一是所有型材應為ASTM A36碳鋼(CS)。二是支撐用螺栓和其它螺栓主要選用ASTM A325或ASTM A490中的緊固件，對于直徑小于1/2in的螺栓也可以選擇ASTM A307中的緊固件。三是不允許使用鋁、鋅、錫、鉛、汞、鈷、400系列不銹鋼和其它低熔點材料。四是制造過程中用到的所有支撐條都由供貨商按照要求提供和安裝。五是在整個制造、裝配和安裝過程中，所有材料和消耗品都需做可追溯性記錄。六是格柵采用焊接型式并進行鍍鋅，19－W－4網(wǎng)格的支撐條為1 1/2”x 1/8”，交叉條為1/4”。金屬條遵守下列規(guī)范:ANSI/NAAMM MBG 531－00《美國國家建筑金屬制造協(xié)會，金屬條格柵手冊》和ANSI/NAAMM MBG 532－00《美國國家建筑金屬制造協(xié)會，重型金屬條格柵手冊》。七是所有管道的配套法蘭都應是雙開口(孔板)的。八是花紋鋼板采用ASTM A786“軋制鋼板”式樣3要求的ASTM A36材料。

五、機械模塊機械加工和成形

機械模塊制造時需保證切割過程不會產(chǎn)生硬化熱影響區(qū)，尤其是對不能進行焊后熱處理的碳鋼和低合金鋼。對需進行熱切割的材料，熱切割過程中的預熱和層間溫度應與該材料焊接程序中的規(guī)定一致。機械模塊內(nèi)不允許使用熱彎。

六、機械模塊焊接總體要求

焊接是機械模塊組裝的主要方法，焊接程序、焊接材料的選取等直接影響到機械模塊的質(zhì)量，必須保證機械模塊焊接滿足規(guī)范要求。一是對包含ASME第III卷管道的機械模塊，其所有模塊框架結(jié)構(gòu)的焊接和無損檢驗應滿足ANSI/AISC N690 1994《核設(shè)施安全相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制作和安裝規(guī)范》。二是對不包含ASME第III卷管道的機械模塊，其所有模塊框架結(jié)構(gòu)的焊接和無損檢驗應滿足AWS D1.1－2000《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》或AWS D1.6－1999《不銹鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》。三是管道的焊接和無損檢驗應根據(jù)管道的分級。四是對于管道支架的焊接和無損檢驗應滿足ASME III 1，2和3級和ASME B31.1中關(guān)于管道支架/儀表管道支架的制造和安裝技術(shù)要求。五是焊接工藝規(guī)程(WPS)和焊接工藝評定報告(PQR)應采用AWS D1.1－2000《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》或AWS D1.6－1999《不銹鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》中推薦的格式編寫。六是焊接文檔記錄程序需包括所有焊縫的標識、焊接工藝、焊材標識、施焊焊工或焊接操作工、焊接工藝評定報告、焊接記錄單。七是為便于制造過程中的吊裝、運輸和裝配，可以在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上焊接臨時性附件。焊接臨時性附件應避免異種金屬相焊。八是在切除任何臨時性附件之前，應根據(jù)AWS D1.1－2000和AWS D1.6－1999標識附件周圍區(qū)域，以便在切割后能準確定位和檢查該區(qū)域。

七、機械模塊試驗

為檢查機械模塊部件的強度和密封性，需要進行試驗，按下列要求進行。一是機械模塊內(nèi)的管件和組件應帶有連接部件以便進行水壓試驗。二是在ASME第III卷中規(guī)定，模塊內(nèi)的安全1、2、3級管道和組件應進行強度和密封試驗(S＆T)，試驗壓力為1.25倍的設(shè)計壓力，持續(xù)時間為10分鐘。三是在ASME B31.1中規(guī)定，模塊內(nèi)的管道等級的第三個字母為D、E或其它的管件和組件應進行強度和密封試驗(S＆T)，試驗壓力為1.5倍設(shè)計壓力，持續(xù)時間為10分鐘。四是屏蔽泵和其它帶有密封的機械設(shè)備，密封性能在超壓的時候有可能失效，應小心操作。這類設(shè)備在試驗過程中應隔離且排空。五是水壓試驗前，應對起吊裝置、設(shè)備底座、閥門、機械接頭、墊片、插塞、適配器、O形環(huán)和螺紋連接件進行目視檢查。六是對于輸送氣態(tài)流體的系統(tǒng)，用氮氣或其它非腐蝕性的惰性氣體進行試驗，用惰性的、無殘渣的肥皂溶液進行泄漏檢查。

八、結(jié)語

機械模塊是核電站重要的模塊之一，因其包含的物項種類多，并且在工廠制造、現(xiàn)場組裝，所以對模塊制造的要求較高，本文結(jié)合規(guī)范和各工種的要求，分析了機械模塊加工制造的要點，并給出了機械模塊制造設(shè)計要求，可為模塊加工制造廠提供一定的指導。

［1］ASME鍋爐及壓力容器委員會壓力容器分委員會;中國《ASME規(guī)范產(chǎn)品》協(xié)作網(wǎng)(CACI)譯.ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第VIII卷［M］.北京:中國石化出版社，2010