核電管道保溫工程的設(shè)計(jì)及施工

□韓志鋒 楊偉濤

一、引言

眾所周知，核電站在運(yùn)行時(shí)，很多工藝管道及設(shè)備處在高溫高壓狀態(tài)下，其溫度高于環(huán)境溫度，導(dǎo)致熱量通過(guò)表面大量散失，造成核電廠電功率下降和熱源損失，且使周圍環(huán)境溫度急劇升高，直接影響到核電廠的安全運(yùn)行。另一方面，核電廠和常規(guī)電廠類似，除對(duì)管道進(jìn)行保溫，還需要對(duì)低于環(huán)境溫度的管道進(jìn)行保冷設(shè)計(jì)，以確保核電站的正常運(yùn)行。

核電站絕熱設(shè)計(jì)的目的就是為了減少正常運(yùn)行時(shí)管道及設(shè)備的散熱(冷)損失，滿足生產(chǎn)工藝要求，改善生產(chǎn)環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效益。這種設(shè)計(jì)及安裝除了應(yīng)正確選擇符合現(xiàn)行國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的材料，又要兼顧核電站自身的特殊要求，進(jìn)行嚴(yán)格且適當(dāng)?shù)倪x擇。核電站核島中需進(jìn)行保溫安裝的系統(tǒng)分散于蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)(NSSS)和核島配套設(shè)施(BNI)輔助系統(tǒng)數(shù)量多達(dá)二十余個(gè)，絕熱工程工作量十分繁重。本文描述了核電站中核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)和核島配套設(shè)施輔助系統(tǒng)(不包括反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng))中絕熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造、安裝的相關(guān)內(nèi)容，并按照核電設(shè)計(jì)中形成的一般習(xí)慣，將保溫及保冷(又叫冷保溫)統(tǒng)一稱為“保溫”，下文中不再區(qū)分。

二、保溫設(shè)計(jì)總體要求

核電站保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了需符合一般工業(yè)管道的要求，還要兼顧核電工程本身的特點(diǎn)要求，主要包括如下幾方面［1，2］:一是設(shè)計(jì)保溫層在核電廠工況I(反應(yīng)堆正常運(yùn)行和正常運(yùn)行瞬態(tài)工況)，工況II(中等頻率事故工況)下，應(yīng)保證保溫結(jié)構(gòu)的完整性;二是保溫層采用的材料應(yīng)具有良好耐輻照性能，其耐熱溫度應(yīng)大于被保溫的物項(xiàng)的設(shè)計(jì)溫度;三是保溫層設(shè)計(jì)所確定的結(jié)構(gòu)應(yīng)不致引起放射性塵埃污染，選用的材料應(yīng)對(duì)人體無(wú)害;四是保溫層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮管道及設(shè)備所處的位置及安裝操作方面條件，以利于零部件的搬運(yùn)和安裝操作;五是保溫層設(shè)計(jì)應(yīng)滿足自身和被保溫物項(xiàng)的在役檢查可達(dá)性、可拆性;六是保溫層的安全等級(jí)、質(zhì)保要求和抗震類別應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。

三、保溫結(jié)構(gòu)及材料要求

核電工程中保溫結(jié)構(gòu)一般由保溫層、保溫外殼和保溫附件組成。保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)具有密封性和防滲透性。保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)保證在保溫材料壽命年限內(nèi)的完整性;保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不允許在自重或偶然外力作用下又被損壞的現(xiàn)象發(fā)生;保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)合理，拆卸和安裝方便。核電站中保溫結(jié)構(gòu)按形式可分為可拆性和非可拆性結(jié)構(gòu)兩大類:一是可拆性結(jié)構(gòu)為非固定式保溫結(jié)構(gòu)，適用于核電廠管道及設(shè)備在役檢查的焊縫、流量測(cè)量裝置、閥門、法蘭、堵板、補(bǔ)償器和巡視的設(shè)備及其部件等。這種結(jié)構(gòu)通常采用金屬盒的結(jié)構(gòu)形式，在奧氏體不銹鋼制造的管道及設(shè)備安裝上的保溫層的可拆段，與管道及設(shè)備接觸的所有部件都必須用不銹鋼制造［3］。保溫層拆除后，未拆部分端面距焊縫應(yīng)留出適當(dāng)距離，以便于在役檢查。二是非可拆性結(jié)構(gòu)為固定式保溫結(jié)構(gòu)，適用于不需要在役檢查或檢修的一般性要求的管道及設(shè)備保溫。核電站保溫材料包括玻璃棉纖維保溫材料，硅酸鋁保溫材料。保溫材料及其保溫附件采購(gòu)后應(yīng)在預(yù)制車間預(yù)制，不允許在安裝現(xiàn)場(chǎng)下料、預(yù)制、包裝。保溫材料的質(zhì)保等級(jí)為QA3，保溫附件預(yù)制、安裝、檢驗(yàn)的質(zhì)保等級(jí)為QNC。在保溫層的外表面應(yīng)設(shè)置保溫外殼，核電站通常采用金屬保溫外殼，反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)應(yīng)采用不銹鋼板制造，其他廠房一般采用鋁板。保溫外殼結(jié)構(gòu)應(yīng)嚴(yán)密和牢固，在環(huán)境變化與振動(dòng)情況下，應(yīng)不產(chǎn)生滲水、裂紋、散縫及墜落等現(xiàn)象。保溫外殼接縫形式可根據(jù)具體情況，選用搭接、插接或咬接形式。防潮層只在冷保溫情況下使用，其中反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)使用阻燃且耐輻照防水卷材，反應(yīng)堆廠房外使用各類阻燃型防潮材料。

四、保溫工程的施工及注意事項(xiàng)

核電工程中的保溫清單由工藝系統(tǒng)專業(yè)統(tǒng)一給出，根據(jù)廠址及工程改進(jìn)情況，有一定的適應(yīng)性調(diào)整。由于核島廠房空間小，物項(xiàng)多，施工中也存在安裝偏差等原因，保溫施工問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮，以下就一些施工中需注意的事項(xiàng)、程序及共性問(wèn)題進(jìn)行分析。

保溫施工應(yīng)依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)施工文件要求，兼顧現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，并參考相關(guān)電站經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)某壓水堆核電站的現(xiàn)場(chǎng)情況，整理出的主要保溫施工經(jīng)驗(yàn)如下:一是保溫工程通常都是在管道及設(shè)備安裝完成后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。保溫施工之前，應(yīng)對(duì)所采用的保溫材料及其制品進(jìn)行檢查，確保符合設(shè)計(jì)和現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。施工也應(yīng)當(dāng)遵守我國(guó)有關(guān)部門頒發(fā)的規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)，施工中不得損壞施工現(xiàn)場(chǎng)的其他管道及設(shè)備。二是保溫結(jié)構(gòu)某些部件(如可拆卸保溫盒)應(yīng)在預(yù)制廠進(jìn)行加工成品或半成品，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，這樣不僅可以加快施工進(jìn)度，更能保證工程質(zhì)量。三是對(duì)已安裝好的管道及設(shè)備，保溫之前應(yīng)根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范做水壓試驗(yàn)，合格后再做保溫施工，避免返工。在某些特殊情況下如先進(jìn)行保溫施工，應(yīng)將管道上焊縫留出，待管道及設(shè)備安裝合格后，再將焊縫處補(bǔ)做保溫施工。四是施工原因引起的保溫干涉的問(wèn)題，如管道過(guò)近或標(biāo)高不符合原設(shè)計(jì)要求等造成保溫結(jié)構(gòu)無(wú)法施工，原則上需施工方返工修改管道，讓出保溫間隙;如果確認(rèn)屬于電站設(shè)計(jì)空間不足，可以在征得上游專業(yè)的同意下，對(duì)保溫厚度做適應(yīng)性調(diào)整。五是對(duì)產(chǎn)生保溫干涉的管道專業(yè)物項(xiàng)，管道走向可適當(dāng)改變調(diào)整，支架形式可調(diào)整(但不得影響支架功能前提下)，以便讓出施工空間。對(duì)產(chǎn)生保溫干涉的其他專業(yè)物項(xiàng)，征得相關(guān)專業(yè)的同意下，可考慮對(duì)其適應(yīng)性調(diào)整，以滿足保溫設(shè)計(jì)要求。例如，土建格柵板、護(hù)欄可適當(dāng)切割，孔洞可擴(kuò)大，爬梯或機(jī)械軌道梁可適當(dāng)移動(dòng)。六是保溫層與管道或設(shè)備，保溫層之間及與被保溫的物項(xiàng)應(yīng)緊密貼合，完工后保溫結(jié)構(gòu)表面應(yīng)當(dāng)平整，金屬外殼應(yīng)貼緊絕熱材料表面，不允許有褶皺、開(kāi)裂、脫殼和凹陷等缺陷。七是管線保溫工程完成后，保溫結(jié)構(gòu)不得對(duì)所在管道本身的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生附加影響，應(yīng)當(dāng)允許管線進(jìn)行熱位移，也不得影響或改變支架的功能。例如，保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)避免與鋼結(jié)構(gòu)或者其他固定物項(xiàng)綁定，多根管道也應(yīng)避免將保溫結(jié)構(gòu)做成一體。檢查孔，人孔、閥門、法蘭及其他可拆卸部件的兩側(cè)，在保溫層施工時(shí)，應(yīng)留出空隙并用松散材料填實(shí)。

五、質(zhì)量檢查及驗(yàn)收

保溫安裝完畢整體移交前，工程需進(jìn)行質(zhì)量檢查及驗(yàn)收，其要求應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。驗(yàn)收工作要做好記錄，并注明已完成的工作質(zhì)量和不符合項(xiàng)報(bào)告，不符合要求的地方應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)，以確保最終的實(shí)際安裝與文件和圖紙一致。

［1］ EJ/T 720 -2008 壓水堆核電廠反應(yīng)堆壓力容器及反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)管道和設(shè)備保溫層設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

［2］ 中廣核工程有限公司．壓水堆核電廠核島設(shè)計(jì) 第三卷核島工藝系統(tǒng)和布置設(shè)計(jì)［M］．北京:原子能出版社，2010，9:656

［3］ 法國(guó)核島設(shè)備設(shè)計(jì)、建造及在役檢查規(guī)則協(xié)會(huì)編，中科華核電技術(shù)研究院有限公司譯．壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則(RCC -M 2000版+2002補(bǔ)遺)第8冊(cè)-F篇制造［M］．上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2010，10，F(xiàn)/66