AP1000大口徑循環(huán)水系統(tǒng)厚壁管道制作安裝的質量控制

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（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250010）

0 引言

核電站廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)用于輸送經循泵提升的循環(huán)冷卻水至凝汽器，然后由凝汽器排至虹吸井，某AP1000型核電站每臺機組設計兩根內徑為DN4100mm的循環(huán)水管道作為供水和排水母管。循環(huán)水管道采用Q235A鋼板卷制焊接，最大厚度38mm，Q345A剛性環(huán)加固，最大厚度50mm，管道內外壁均采用防腐涂料、外壁外加電流陰極保護。

循環(huán)水管段標準節(jié)每節(jié)長6m，由兩張3m寬度的鋼板卷制拼接而成，單件含剛性環(huán)重量為34.8t，因外形尺寸大，焊縫多，返修返工困難，制作、焊接及熱處理控制等均需要采取一定的措施方能保證質量可控，本文針對循環(huán)水管道的制作和安裝過程中的質量控制重點和要點進行闡述，見圖1。

2 制作安裝流程

見圖2。

圖1 循環(huán)水管結構及焊縫布置示意圖Fig. 1 Diagram of structure and weld arrangement of circulating water pipe

圖2 循環(huán)水鋼管制作安裝流程圖Fig.2 flow chart of production and installation of circulating water steel pipe

3 制作安裝難點分析

3.1 管道需現(xiàn)場進行卷制焊接，圓度及精度要求高。

3.2 制作安裝工序多，返修或返工難度大，過程控制尤為重要。

3.3 單節(jié)6m鋼管有2道縱縫，1道環(huán)縫，18道剛性環(huán)對接焊縫，6道剛性環(huán)與鋼管角接焊縫，焊接工作量大，焊接變形控制較難[1]。

3.4 管道尺寸大，焊縫數(shù)量多，分布密，熱處理較為困難。

3.5 內外壁均采用油漆防腐，安裝時管內有腳手架搭設、焊接、打磨等作業(yè)，油漆成品保護難度較高。

4 質量控制要點

4.1 下料尺寸控制

按圖紙和WPS要求對鋼板進行下料，并按要求制備坡口，下料及坡口制備采用數(shù)控自動切割機一次成型，切割面的熔渣、毛刺等用砂輪磨光，切割時造成的坡口溝槽深度不應大于0.5mm。下料完成后，對鋼板坡口、尺寸等進行檢驗，下料尺寸控制要求如表1。

表1 鋼板下料尺寸偏差要求Table 1 requirements for size deviation of steel plate

4.2 卷制過程控制

卷制過程中，需要對管道不圓度進行嚴格控制，在卷制前需制作找圓樣板，然后對下料好的鋼板采用900噸油壓機進行模壓預彎，利用臥式卷板機進行卷制，按鋼管的外徑要求將鋼板緩慢的卷制成圓形，一邊卷制一邊測量及樣板比對，為了避免卷制時曲率半徑過小，不允許一次卷制到位，當卷制到鋼板兩端對攏時，按照WPS要求進行外側點焊[2]。

鋼板卷板應滿足下列要求[3]：

卷板方向應和鋼板的壓延方向一致。

卷板前，應將鋼板表面已剝離的氧化皮和其他雜物清除干凈。

卷板后，用樣板檢查弧度，其間隙應符合表2的規(guī)定。

表2 樣板與鋼管之間的極限間隙Table 2 the limiting gap between the template and the steel tube

4.3 焊接變形控制

4.3.1 坡口設計優(yōu)化

對接接頭形式的差別主要體現(xiàn)在板厚、坡口形式及尺寸、根部間隙和鈍邊等參數(shù)，這些參數(shù)直接影響焊縫的橫截面積，從而影響焊條（焊絲）的熔敷金屬量和輸入的線能量，最終導致焊接變形不同[4]。因此，需對坡口進行優(yōu)化，并經焊接工藝評定驗證選擇合適的坡口形式。

對于本文所述管道，根據(jù)母材、設備及現(xiàn)場環(huán)境及綜合焊接效率、質量考慮，經焊接工藝評定驗證及變形量測量，選用非對稱X形坡口能較好的控制焊接變形量的同時兼顧焊接效率及質量[5]。具體坡口形式及參數(shù)如圖3。

4.3.2 合理的焊接工藝及順序

厚壁管道焊接的焊接順序一般有兩種，先焊一側后焊另一側和兩側交替焊接，先焊的部分能夠對后焊部分的收縮變形起到約束作用，進而影響最終變形。本文所述循環(huán)水管道制作焊接位置為1G，為避免管道多次翻轉，制作焊接順序選擇先焊大坡口側（內側），后焊小坡口側（外側）的焊接順序[6]。安裝焊接位置為5G，采用兩名焊工對稱焊接，先焊管道內側焊縫，后焊管道外側焊縫。

圖3 坡口形式及參數(shù)Fig. 3 groove form and parameters

管道制作對接焊縫焊接工藝采用單絲埋弧自動焊，H08A焊絲，HJ431焊劑，440～610A電流，30～33V電壓，焊接速度370～380mm/min。剛性環(huán)對接焊縫采用單絲埋弧自動焊，H10Mn2焊絲,SJ101焊劑，500～635A電流，29-34V電壓，焊接速度350～420mm/min。管道安裝對接焊縫采用C02氣體保護焊，ER50-6焊絲,162～231A電流，20～23V電壓，焊接速度105～125mm/min[7]。

通過坡口優(yōu)化及選擇合理的焊接工藝和順序，經對成品測量，管道圓度偏差、端口垂直度、直徑偏差、剛性環(huán)垂直度等關鍵指標均滿足設計及標準要求。

4.4 整體熱處理

4.4.1 熱處理工藝選擇

鋼管對接焊縫長約20m，剛性環(huán)對接焊縫長約12m，剛性環(huán)與鋼管角焊縫長約79m，累計單節(jié)鋼管111m長焊縫。焊縫數(shù)量多，拘束度大，殘余應力大，因此需要采取措施消除殘余應力[8]。

一般來說，對于小型焊縫，采用局部履帶式遠紅外加熱的熱處理方式，但針對該鋼管特殊的形式，傳統(tǒng)履帶式加熱法存在較多不足：

人工綁扎需要大量的時間，效率低下。

容易產生新的溫度梯度造成新的熱處理應力。

角焊縫部位受加熱片的形狀影響，難以達到良好的熱處理效果。

綜合考慮工效及熱處理效果，結合經驗及建議，現(xiàn)場設計建造了整體熱處理爐，采用上下分體式結構，上面爐蓋設計成與鋼管形狀相似的弧形結構，下部設計成箱式結構，內部包裹100mm厚的保溫棉，采用保溫釘、保溫壓板以及不銹鋼絲進行固定[9]。

4.4.2 熱處理工藝參數(shù)選擇

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，熱處理時著重對升溫速度、加熱速度、保溫時間、冷卻方式以及降溫速度進行控制，結合標準DL/T 819《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術規(guī)程》，經焊接工藝評定驗證，對本文所述鋼管，熱處理工藝參數(shù)選擇如下，見圖4。經焊后熱處理質量評價及硬度測試，質量符合標準要求[10]。

圖4 熱處理工藝參數(shù)曲線Fig. 4 process parameter curve of heat treatment

4.5 油漆成品保護

根據(jù)同類型循環(huán)水管道經驗反饋，某在建核電站的循環(huán)水管道在通水前檢查發(fā)現(xiàn)內壁油漆大面積起層、脫落、部分區(qū)域管道鋼材表面出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，經調查分析，油漆起層及脫落的主要原因為安裝過程中成品保護措施不到位以及現(xiàn)場安裝焊口手工除銹不徹底造成。因管道吊裝就位后，管道內部焊接、打磨等作業(yè)不可避免，部分區(qū)域還需要進行內部腳手架搭設及拆除等，對可能對油漆產生破壞的質量風險進行分析并制定措施如下：

表3 質量風險及應對措施Table 3 quality risk and Countermeasures

在安裝完成后，對管道內壁油漆采用涂層測厚儀和電火花檢測儀對漆膜質量進行檢查，整體效果良好，漆膜表面平整，劃痕磕碰等漆膜損傷質量問題大為減少，成品保護措施成效顯著。

5 結論

本文介紹了大型循環(huán)水系統(tǒng)管道制作安裝的流程，分析了存在的質量控制難點，通過總結實施質量控制重點措施，經現(xiàn)場實踐證明，可為后續(xù)項目及類似管道或鋼結構制作安裝提供借鑒，提高施工效率，保證施工質量。

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