AP1000主管道安裝工序及鏜孔改進分析

朱華東

（國核工程有限公司海陽設(shè)計管理部，上海200233）

AP1000主管道是指反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主管道，是壓水堆核電站最關(guān)鍵的核安全1級設(shè)備。冷卻劑系統(tǒng)主管道包括：連接蒸汽發(fā)生器（SG）、反應(yīng)堆壓力容器（RPV）、反應(yīng)堆冷卻劑泵（RCP）的管道。核反應(yīng)堆的冷卻劑由每臺反應(yīng)堆冷卻劑泵（RCP）驅(qū)動，通過主管道RCL冷段輸送至壓力容器（RPV）。流體經(jīng)反應(yīng)堆容器內(nèi)部冷卻堆芯，被加熱的水通過RPV排出接管經(jīng)RCL熱段管道輸送到SG，再由RCP驅(qū)動經(jīng)冷段重返壓力容器，從而完成一個循環(huán)。

主管道焊縫需要在役檢查，因此必須在焊縫兩側(cè)進行鏜孔，以滿足UT檢查要求。在ASMENB4000第4223.1節(jié)的要求“為了保證設(shè)計計算壁厚要求，應(yīng)測量實際壁厚，否則應(yīng)提供足夠的證據(jù)證明，在使用過程中壁厚能滿足要求”；第4250節(jié)（a）“過渡區(qū)的壁厚不小于相連管道的最小壁厚”；（c）“如果焊縫有役前檢查的要求時，管內(nèi)孔的鏜孔長度應(yīng)為2Tmin”。所以主管道內(nèi)鏜孔加工區(qū)域的最小壁厚也應(yīng)保證設(shè)計要求［1］。

1 主管道安裝工序

主管道在安裝過程中每一步工序都是經(jīng)過論證其邏輯工序的合理性的。首先是先決條件檢查，按照人、機、物、法、環(huán)來對照檢查整個主管道安裝準備工作；其次是對主管道、反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器永久支撐、蒸汽發(fā)生器進行激光測量及建模，通過數(shù)據(jù)采集、建模、把這4個設(shè)備放在同一個坐標系內(nèi)進行模擬裝配，得出主管道兩側(cè)實際切割線位置（FFL）。

這里簡單描述下這4個設(shè)備的安裝邏輯，首先考慮到反應(yīng)堆壓力容器位置固定后不可調(diào)整，所以將其率先就位，然后引入主管道，這個時候使用蒸汽發(fā)生器的臨時支撐已經(jīng)就位，在蒸汽發(fā)生器就位后，將永久支撐的中下部分安裝完畢后，拆除蒸汽發(fā)生器臨時支撐，最終可以通過永久支撐的上部分來調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器的實際安裝位置，這個是因為RPV率先就位后，通過主管道和（RPV）進行先行焊接的需要，在主管道沒有調(diào)節(jié)段的情況下，只能通過蒸發(fā)器垂直支撐和橫向支撐來做到偏差范圍的調(diào)整（當然這個調(diào)整空間極其小，所以引進激光建模率先進行模擬裝配來精確安裝）。所以只能選擇先進行RPV側(cè)的焊接。

在上述激光測量和建模結(jié)束后，放在一個坐標內(nèi)進行擬合的工作，工作的原理就是三維裝配過程，這個過程是要綜合考慮主管道壁厚、管道端面傾斜角度、組對間隙、焊接收縮量、主管道反應(yīng)堆壓力容器端余量（盡量保證最小壁厚）5個因素，最后得出兩側(cè)的切割量，然后按照坡口加工程序，在工廠預(yù)制車間內(nèi)把主管道RPV側(cè)和SG側(cè)按照擬合結(jié)果進行切割，同時把主管道RPV側(cè)優(yōu)先進行坡口加工，考慮到SG側(cè)是最后焊接，所以坡口放在RPV側(cè)焊接完后在CA01內(nèi)部進行現(xiàn)場坡口，可以達到調(diào)整安裝誤差的作用［2］。

主管道從倉庫運至廠房預(yù)先準備好的吊裝區(qū)域，然后用吊車吊裝就位。主管道冷、熱段的吊裝工作必須在壓力容器就位安裝完成以后，蒸汽發(fā)生器（含主泵）就位之前進行，主管道引入后就是組對和焊接工作，按照上段結(jié)論優(yōu)先對RV側(cè)進行焊接，同時對兩側(cè)進行焊接監(jiān)控，并記錄。

最后在主管道反應(yīng)堆壓力容器(RPV)側(cè)焊接全部完成后，需要對主管道蒸汽發(fā)生器（SG）端組對和焊接工作。

2 海陽項目鏜孔

根據(jù)海陽、三門2個AP1000依托項目到貨的主管道實際情況，發(fā)現(xiàn)部分主管道內(nèi)徑存在不同程度的壁厚超差（厚度較?。?。為降低因壁厚造成的不良影響，需要對主管道的鏜孔進行研究分析，以最大程度保證主管道壁厚，滿足設(shè)計要求。

下面以海陽#1核島主管道冷段L002B反應(yīng)堆壓力容器（RV）側(cè)為例，進行各種方案的分析，以找出最佳的鏜孔優(yōu)化方案。

3.1 原始數(shù)據(jù)及條件簡化

在保證加工精度的前提下，為了更好的對主管道的鏜孔方案進行理論分析，需要對實際的數(shù)據(jù)進行簡化、理想化。

①鏜孔位置：#1核島主管道冷段L002B，RV側(cè)。

②數(shù)據(jù)來源為CNF與PCI提供（見表1）。

③全部斷面數(shù)據(jù)近似圖形為橢圓。

④鏜孔直徑為563.9mm。（取自APP-PL01-VW-001）

⑤方案不考慮加工偏差。

表1 鏜孔加工前冷段L002B（RV側(cè)）數(shù)據(jù)

3.2 鏜孔方案A-主管道一般鏜孔

按照ASMEIII的鏜孔要求，依據(jù)WEC規(guī)格書APPGW-P0-008“AP1000 Specification For Field Fabricated Piping And Installation,ASME III,Code Classes 1,2,And 3 And ASME B31.1”和鏜 孔圖紙APP-PL01-VW-001“AP1000 REACTOR COOLANT LOOP WELD PREP DETAILS”（見圖1），對L002B鏜孔進行分析(見表2)。

圖1 一般鏜孔示意圖

將端面處、1T處、2T處的分別繪出3個斷面尺寸，見圖2：

圖2 鏜孔前壁厚尺寸

圖3 鏜孔后壁厚尺寸

在3個斷面內(nèi)部鏜孔，直徑563.9mm（見圖3虛線）。發(fā)現(xiàn)壁厚最小處位于1T斷面900方向。

表2 一般鏜口加工后管段L002B厚度（RV側(cè)）

通過表2可以得出，方位90°管道最小壁厚53.23mm與設(shè)計最小壁厚61.70mm比較，存在較大超差，因此鏜孔加工后的壁厚，不符合設(shè)計要求。需要采取優(yōu)化鏜孔方案，來滿足設(shè)計要求。

3.3 鏜孔方案B－主管道錐形鏜孔

對于主管道冷段內(nèi)壁鏜孔加工區(qū)域最小壁厚超差問題，提出了修改主管道內(nèi)鏜孔角度的方案。

將鏜孔形式由設(shè)計圖紙APPPL01-VW-001（見圖1）修改為錐形鏜孔形式（見圖4），內(nèi)鏜孔加工時，加工軸線由垂直于最終加工端面，修改為平行于管軸線，且管道軸線與加工軸線有0-2°夾角，同時加工軸線沿90°-270°方向向內(nèi)弧側(cè)偏移2.54mm［3］。

圖4 錐形鏜孔示意圖

由表3可以得出，最小壁厚仍 位 于90°方 位， 數(shù) 值 為55.80mm，優(yōu)于一般鏜口加工后尺寸53.23mm。

3.4 鏜孔方案C－主管道偏心鏜孔

由于方案B沒考慮偏心鏜孔加工，因此即使方案中增加了0.70的傾角，但1T處900方向壁厚仍為55.8mm。

為減少薄壁側(cè)的車削尺寸，增大該處厚度，鏜孔中心位置沿900-2700方向，向2700方向移3.8mm（見圖5虛線）［4］。

表3 錐形鏜口加工后管段L002B厚度（RV側(cè)）

由圖5可以得出，最小壁厚仍位于90°方位，數(shù)值為58.60mm，優(yōu)于一般鏜口加工后尺寸53.23mm和錐形鏜孔加工后尺寸55.80mm。

圖5 鏜孔后壁厚（鏜孔中心偏移3.8mm）

4 結(jié)論

4.1當實際建造后的主管道存在壁厚不足并影響鏜孔的情況下，可以通過鏜孔方案優(yōu)化來彌補，最終可以滿足主管道鏜孔后的壁厚要求和在役檢查要求。

4.2主管道錐形鏜孔與偏心鏜孔可以聯(lián)合使用，以最大程度保證管道的壁厚要求。

［1］孫漢虹.第三代核電技術(shù)AP1000［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［2］林誠格.郁祖盛.歐陽予.非能動安全先進壓水堆核電技術(shù)［M］.北京:原子能出版社，2008.