AP1000中、美管道及管件標(biāo)準(zhǔn)比較分析

朱華東

（國核工程有限公司設(shè)計管理部（海陽），上海200233）

AP1000項目所有管道系統(tǒng)采用的是美國規(guī)范，但由于我國AP1000項目受各種條件制約，特別是在管道管件數(shù)量少、采購周期長、施工進度緊，而且在國產(chǎn)材料能達到或超過原管道材料的情況下，就必須考慮材料代換。材料代換之前必須做中、美管道及管件標(biāo)準(zhǔn)分析比較，只有達到或超過原標(biāo)準(zhǔn)的材料才能采用。

本課題針對AP1000管道系統(tǒng)的材料進行了分類匯總，并通過相關(guān)中、美標(biāo)準(zhǔn)的比較，列出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的異同。本課題的研究不僅可以完善目前已代換管道材料的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范資料，而且為未來更多的管道材料代換提供技術(shù)支持。在“安全第一”的前提下，通過本專項課題研究，可為AP1000項目核島管道材料的國產(chǎn)化應(yīng)用水平提供理論依據(jù)［1］。

1 AP1000管道與管件分析劃分

在AP1000項目中，所有管道和管件的等級分類由3個字母組成，第一個字母表示壓力，第二個字母表示材質(zhì)，第三個字母表示設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

2 中、美設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)比較

工業(yè)管道涉及的是一個系統(tǒng)工程，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)種類繁多，相互間具有內(nèi)在聯(lián)系，但性質(zhì)功能不同。本課題針對工業(yè)管道的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系以及法規(guī)和綜合性建造標(biāo)準(zhǔn)，收集分析研究中國美國標(biāo)準(zhǔn)化組織的相關(guān)內(nèi)容，以期找出差異和差距，提出完善我國工業(yè)管道標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)建設(shè)的意見和建議。

本章由2部分組成：第一部分介紹我國以及美國工業(yè)管道法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系、管理模式和相關(guān)機構(gòu)等，并針對我國與美國工業(yè)管道的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系管理模式進行了比較分析。第二部分介紹中美兩國管道主要法規(guī)和建造標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 中國工業(yè)管道法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系

2.1.1 法規(guī)體系。1994年，鍋爐壓力容器安全監(jiān)察局設(shè)立了壓力管道處。1996年原勞動部頒布了“壓力管道安全管理與監(jiān)察管理規(guī)定”，對壓力管道從設(shè)計、制造、安裝、使用、檢驗、修理、改造7個環(huán)節(jié)提出原則性的要求。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)體系。中國的標(biāo)準(zhǔn)體系有國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4級構(gòu)架組，但工業(yè)管道標(biāo)準(zhǔn)體系主要有國家標(biāo)準(zhǔn)和各個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。中國國家標(biāo)準(zhǔn)分為強制性標(biāo)準(zhǔn)和推薦性標(biāo)準(zhǔn)，強制性國家標(biāo)準(zhǔn)的代號為GB,推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)代號GB/T.國家標(biāo)準(zhǔn)由國務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化行政主管部門編制計劃，組織修訂，審批，編號，發(fā)布，實施后由國家標(biāo)準(zhǔn)的主管部門組織復(fù)審，周期一般不超過5年，復(fù)審結(jié)果分別為確認、修訂、廢止。

由于長期以來行業(yè)和管理條塊分割，基本上不相往來，各行業(yè)各自為政。造成標(biāo)準(zhǔn)多，標(biāo)準(zhǔn)引用混亂，內(nèi)容不統(tǒng)一，可以說尚未建成一個配套和完善系統(tǒng)，從而不能滿足不斷發(fā)展的體系。

2.2 美國工業(yè)管道法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系

2.2.1 法規(guī)體系。美國是聯(lián)邦制國家，聯(lián)邦法規(guī)沒有規(guī)定的地方事物管理權(quán)，均為各州保留。美國政府對管道安全非常重視，體現(xiàn)在依法行政的安全監(jiān)察管理體制和完善配套的標(biāo)準(zhǔn)化體系。管道的安全監(jiān)察規(guī)程分為美國政府管道安全監(jiān)察規(guī)程和聯(lián)邦管道安全監(jiān)察規(guī)程，美國的法規(guī)體系由法律、法規(guī)、行政指導(dǎo)、指針等組成，相關(guān)的政令或文件包括免除令、澄清函、簡訊、公告、規(guī)范修改提案。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)體系。美國標(biāo)準(zhǔn)體系大致由聯(lián)邦政府標(biāo)準(zhǔn)體系和非聯(lián)邦政府標(biāo)準(zhǔn)體系，即各個專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化團體的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。19世紀(jì)美國就成立了眾多的行業(yè)性標(biāo)準(zhǔn)化組織，1969年正式成立美國國家標(biāo)準(zhǔn)體系協(xié)會ANSI，ANSI也是美國國家標(biāo)準(zhǔn)的代號。在管道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，美國的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范由于其技術(shù)的先進性和普及使用而成為人們所熟悉的使用標(biāo)準(zhǔn)，被包括中國在內(nèi)的許多國家廣泛的參考和使用。

3 美標(biāo)與國標(biāo)壓力等級對比

壓力管道的組成件一般都是標(biāo)準(zhǔn)件，因此壓力管道組成件的設(shè)計主要是其標(biāo)準(zhǔn)件的選用，管道壓力等級的確定也就是其標(biāo)準(zhǔn)件等級的確定。管道的壓力等級包括2部分：以公稱壓力表示的標(biāo)準(zhǔn)管件的公稱壓力等級；以壁厚等級表示的標(biāo)準(zhǔn)管件的壁厚等級。管道的壓力等級：通常把管道中由標(biāo)準(zhǔn)管件的公稱壓力等級和壁厚等級共同確定的能反映管道承壓特性的參數(shù)叫作管道的壓力等級。而習(xí)慣上為簡化描述，常把管道中管件的公稱壓力等級叫作管道的壓力等級。壓力等級的確定是壓力管道設(shè)計的基礎(chǔ)，也是設(shè)計的核心。它是壓力管道布置、壓力管道應(yīng)力校核的設(shè)計前提條件，也是影響壓力管道基建投資和管道可靠性的重要因素［2］。

對于AP1000設(shè)計中西屋公司選用的美標(biāo)壓力等級，由于在建造過程中，出現(xiàn)了大量的國標(biāo)材料代換美標(biāo)材料的情況，本節(jié)就在此大量材料代換的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析美標(biāo)與國標(biāo)的壓力等級對應(yīng)關(guān)系，為后續(xù)的材料國產(chǎn)化提供借鑒。

對于管道閥門及法蘭壓力等級體系基準(zhǔn)，國標(biāo)采用的是常溫下（100°F）的許用工作壓力為基準(zhǔn)的“公稱壓力”體系，而美標(biāo)采用的是以某個溫度下的許用工作壓力為基準(zhǔn)的“溫度壓力體系”，其中150磅級以260°F為基準(zhǔn)溫度，其余各磅級以454°F為基準(zhǔn)溫度。

對于標(biāo)準(zhǔn)系列的中美管道材料標(biāo)準(zhǔn)磅級對應(yīng)關(guān)系如表2所示：

表1 AP1000管道與管件等級表

表2 壓力等級對比

對于美標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)壓力磅級的材料代換，對應(yīng)的國標(biāo)材料的公稱壓力選用必須高于或等于美標(biāo)材料壓力等級，這樣的代換才合理有效。

對于AP1000中涉及一些不符合ASME的工作壓力-溫度等級的時候，西屋選用了冷水工作壓力（CWP）表示,另外西屋還選用了一部分特殊的壓力等級表示方法即水自重產(chǎn)生的壓力（WG）,對于上述壓力等級與國標(biāo)的對比，目前尚未找到相關(guān)資料，這還有待于進一步研究和補充。

4 中美球墨鑄鐵管道及管件的對比（舉例）

根據(jù)材料代換程序要求，材料代換申請的提出至少滿足下面3個條件中的2個：

①在中國市場上沒有合格的供貨商。

②運輸時間太長，無法滿足施工進度要求。

③供貨數(shù)量太少，供貨商不愿提供。

針對消防系統(tǒng)管道及管件的設(shè)計情況，承包商對所有達到美標(biāo)各項要求的國內(nèi)鑄鐵生產(chǎn)廠家進行了調(diào)研，反饋情況為國內(nèi)無廠家按美標(biāo)AWWA C151/A21.51-09生產(chǎn)，且國外廠商因數(shù)量太少而不愿提供，即滿足a、c條件，因此可以開展管道及管件材料的代換可行性研究。

代換原則：代換材料的性能應(yīng)與設(shè)計材料等同或高于設(shè)計材料。

代換注意的方面：機械性能、化學(xué)成分、幾何形狀、試驗與測試等。

根據(jù)以上代換原則，主要從以下5個方面進行比對分析：

表3

4.1機械性能比較（見表3）。通過以上對機械性能的比較，GB/T 13295-2008在抗拉強度上略遜于AWWA C151/A21.51-09和AWWA C153/A21.53-06，偏差為1.5%；GB/T 13295-2008在屈服強度上略好于AWWA C151/A21.51-09和AWWA C153/A21.53-06偏差為7%；延伸率兩者一致。因此，從機械性能上認為可以代換。

4.2化學(xué)成分比較。球墨鑄鐵主要特征是其金相結(jié)構(gòu)中碳被球墨化成為團狀，其牌號標(biāo)明的是機械強度，由于各個企業(yè)鑄造球墨鐵的工藝和配方不同，化學(xué)組分也會有很大的差異，對于使用者來說，重要的是機械特性。因此，國標(biāo)中球墨鑄鐵件沒有規(guī)定嚴(yán)格的化學(xué)成分，只規(guī)定了力學(xué)性能。美標(biāo)也如此，沒有固定化學(xué)成分。所以，省略化學(xué)成分比較。

4.3沖擊試驗對比

美標(biāo)AWWA C151/A21.51-09要求按照ASTM E23進行Charpy沖擊試驗，對于在21℃±6℃下進行沖擊試驗，缺口沖擊試件折算合格值最小為9.49J。

國標(biāo)GB/T 13295-2008中不要求進行沖擊試驗。為達到美標(biāo)要求，廠家特別按照ASTM E23進行Charpy沖擊試驗，測試結(jié)果如表4：

表4 國產(chǎn)管道管件沖擊試驗數(shù)據(jù)表

通過沖擊試驗數(shù)據(jù)，認為國產(chǎn)球墨鑄鐵管道及管件已達到AWWA C151試驗標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4可行性結(jié)論。通過對中美兩國標(biāo)準(zhǔn)的分析，認為按國內(nèi)GB/T 13295-2008標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的鑄鐵管道及管件能滿足AWWA C151/A21.51-09Ductile-Iron Pipe，Centrifugally Cast球墨鑄鐵管道和AWWA C153/A21.53-06Ductile-iron Compact Fittings forWater Service球墨鑄鐵管件的性能要求，對消防系統(tǒng)的地下預(yù)埋管道及管件進行國產(chǎn)化代換是可行的。

綜上所述，在AP1000中、美管道與管件的對比分析及代換過程中，必須注意中美標(biāo)準(zhǔn)不一致的情況，特別是管件形式、試驗標(biāo)準(zhǔn)，對于在中國規(guī)范中不作要求的內(nèi)容要完全依照相關(guān)美國標(biāo)準(zhǔn)的要求執(zhí)行。在管道及管件代換過程中，取得設(shè)計方的支持與配合是必要的，這樣可以保證代換的正確性，從而減少不必要的工作。管材代換施工必須有相應(yīng)的設(shè)計變更或升版圖紙或技術(shù)規(guī)范作為依據(jù)。管道及管件代換可以節(jié)約時間、減少費用，并提高國產(chǎn)化率，但務(wù)必把安全放在第一位，一切以安全為中心，在安全的前提下進行材料代換才能保障項目的順利進行。

［1］姜煥中，等.電弧焊及電渣焊.電焊技術(shù)［J］，1995.（12）：8-12.

［2］F.KLANICA.APP-PL01-V2-001.PRIMARY COOLAN T LOOP OUTLINE PLAN.美國：WEC公司，2008.