ASME規(guī)范案例在某核電項目中的應用

劉元林， 吳崇志， 付深慶， 李明凱

（1.國核工程有限公司，上海200233；2.上海核工程研究設計院有限公司，上海200233）

0 引 言

某核電項目的核島由某國外公司設計，其工藝系統(tǒng)部件的設計基礎為ASME規(guī)范。其中核級部件遵循ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范（ASME BPVC）第III卷[1]進行設計，非核級部件遵循ASME B31.1等規(guī)范進行設計。在核島部件的設計和建造過程中，除了應用ASME規(guī)范外，特定情況下還會應用ASME規(guī)范案例，本文將對ASME規(guī)范案例的形式、使用條件，以及在某核電項目建設過程中的具體應用等進行描述。

1 ASME規(guī)范案例的形式

ASME BPVC是目前世界上公認的應用范圍最為廣泛、內(nèi)容最為詳盡的一部關于鍋爐及壓力容器的規(guī)范。在核電領域中，ASME BPVC的第Ⅲ卷在世界上有較高的權(quán)威，法國的RCC-M規(guī)范和德國的KTA規(guī)范也直接收錄了其主要方面，再加上各自國家的實踐而制定。2013年之前，包括ASME BPVC在內(nèi)的ASME規(guī)范均分為4個層次，即規(guī)范（Code）、規(guī)范案例（Code Case）、條款解釋（Interpretation）及規(guī)范增補（Addenda），2013年之后不再發(fā)布規(guī)范增補。

ASME規(guī)范案例是作為ASME規(guī)范現(xiàn)有條款的替代或補充，或表述為對已存在規(guī)范規(guī)則的變通或增加。ASME的相關委員會定期召開會議研究對規(guī)范的補充和修改的建議，指定ASME規(guī)范案例，闡明現(xiàn)行規(guī)范要求的意圖，當有迫切需要時，則提供現(xiàn)行規(guī)范未覆蓋的材料或建造的規(guī)則。ASME規(guī)范案例的最主要的應用有以下三種情形：1）允許已批準的根據(jù)緊急需求作出的規(guī)范修訂的早期實施；2）允許新材料用于規(guī)范建造中；3）在新材料和替代條款直接收入規(guī)范以前積累使用經(jīng)驗。

ASME規(guī)范案例的條款采用問答的形式，包含“詢問”和“答復”2個部分。在2005年之前ASME規(guī)范案例是具有有效期限的，一般為3 a，到期后需再次確認以延長有效期限。自2005年3月以后，ASME規(guī)范案例取消了有效期限，如果某一份ASME規(guī)范案例沒有被納入到ASME規(guī)范的相關卷冊中，則該ASME規(guī)范案例將會一直被視為有效，直到被取代或取消，同時ASME的相關委員會也會定期就ASME規(guī)范案例是否應該納入到ASME規(guī)范中進行審查。

以新材料的ASME規(guī)范案例來舉例：對于部分新材料，在ASME規(guī)范案例發(fā)布3 a之后如果被納入到ASME規(guī)范中，則該ASME規(guī)范案例將會被撤銷；但如果僅僅是被納入到ASME BPVC第II卷A篇或B篇里的材料標準之中，而關于該新材料的最大許用應力值、有關P-No.號和熱處理等的使用規(guī)定尚未完整地列入第II卷D篇及規(guī)范的其他卷中，則該ASME規(guī)范案例仍需保留。此外，有一些ASME規(guī)范案例已經(jīng)發(fā)布了數(shù)年，但至今仍未納入到ASME規(guī)范之中。

每一個ASME規(guī)范案例都有一個案例號，案例的生效日期為案例所示的批準日期。有的案例會以“-”在案例號后面連接后綴數(shù)字，表示該案例被修訂的次數(shù)。以某管道技術(shù)要求引用的ASME規(guī)范案例2142-2為例，在ASME規(guī)范案例中，會注明其批準日期2003年8月7日，案例編號2142-2中“-”后面的后綴2表示該ASME規(guī)范案例經(jīng)過第2次修訂。

2 ASME規(guī)范案例的使用條件

ASME規(guī)范案例的使用是可選擇的、非強制性的，但是一旦選擇使用了某一ASME規(guī)范案例，則該ASME規(guī)范案例的所有部分是強制性的。這也就意味著使用ASME規(guī)范案例時，其強制性程度是與相應的ASME規(guī)范正文的要求是相同的，并且ASME規(guī)范案例的編號應列入到相關設備制造廠的數(shù)據(jù)報告表中。但同時也要注意，并不是所有的管轄部門和業(yè)主都能在主觀上接受ASME規(guī)范案例。

對按照ASME規(guī)范設計的某核電項目核島系統(tǒng)、部件來講[2]，如果某一個ASME BPVC第III卷的規(guī)范案例需要在工程實體上應用，需要滿足2個條件：首先，需要得到NRC的認可，即該ASME規(guī)范案例應被列入NRC發(fā)布的RG1.084“ASME第III卷設計、制造和材料規(guī)范案例可接受性”當中；其次，需要由設計方選用該ASME規(guī)范案例，并將其列入設計文件當中。此外，作為在國內(nèi)實施的某核電項目首堆工程來講，ASME規(guī)范案例的應用，還需預先列入PSAR和FSAR當中并得到NNSA的認可。

3 ASME規(guī)范案例的應用

ASME規(guī)范案例在某核電項目的建造過程中有多處應用，包括設計環(huán)節(jié)的材料選型、安裝過程的焊接工藝等，以下舉例說明。

3.1 ASME規(guī)范案例N655的應用

ASME規(guī)范案例N655涉及到SA-738 Grade B材料被允許用于核電項目鋼制安全殼的制作。

按照ASME BPVC第Ⅲ卷NE分卷1998版和2001版，SA-738 Grade A和SA-738 Grade C屬于可用于安全殼容器碳鋼板，但不包括SA-738 Grade B。根據(jù)2002年2月25日發(fā)布的ASME規(guī)范案例N655，“Use of SA-738，Grade B，for Metal Containment Vessels，Class MC，Section Ⅲ，Division 1”，允許將SA-738 Grade B作為鋼制安全殼容器的材料。同年發(fā)布的ASME BPVC第Ⅲ卷2001版-2002增補中，也增加了SA-738 Grade B作為鋼制安全殼容器的材料[2-3]。某核電項目鋼制安全殼的設計，即是依據(jù)N655和ASME BPVC 第Ⅲ卷2001版-2002增補，使用SA-738 Grade B進行鋼制安全殼容器的制作。

3.2 ASME規(guī)范案例2418的應用

ASME規(guī)范案例2418涉及到雙相不銹鋼S32101的使用，該材料用于某核電項目核島包括安全殼冷卻水箱、燃料運輸通道、乏燃料運輸容器裝料池、乏燃料池、安全殼內(nèi)換料水池等[4-5]與含硼水接觸的濕面區(qū)域。S32101是2002年由芬蘭Outokumpu公司開發(fā)的一種經(jīng)濟型雙相不銹鋼，具有低鎳和氮強化的特點，其奧氏體相和鐵素體相各為50%左右。相比于廣泛應用的304L、316L等奧氏體不銹鋼，S32101在提供等效耐腐蝕性能的同時提高了機械強度，且具有良好的焊接性能。2003年ASME發(fā)布了規(guī)范案例2418，允許在ASME BPVC第VIII卷第1冊壓力容器建造中使用S32101材料；2004年，ASTM將S32101納入ASTM A240；2007年ASME又將S32101收錄到ASME BPVC第II卷中；2013年升版的ASME BPVC第IX卷也對S32101進行分組為P No.H10-1。

3.3 ASME規(guī)范案例N-71-18的應用

某核電項目核島中，穩(wěn)壓器等多個主設備的支撐結(jié)構(gòu)采用了ASTM A588 Grade B材料。該材料是一種抗大氣腐蝕的高強度低合金鋼，俗稱為耐候鋼，在ASME BPVC第IX卷中其分組為P No.3-1。在施工過程中，建安承包商對A588 Grade B的焊接采用了SMAW工藝，選用了E7018焊條，焊前預熱溫度為10 ℃，焊后熱處理溫度為620～635 ℃。

然而在建造過程中，由于設計變更，需要對已經(jīng)完成施工的穩(wěn)壓器支撐增加補強板進行焊接加固。因為此時支撐結(jié)構(gòu)已承重，所以原有的焊后熱處理工藝無法在現(xiàn)場條件下實施。在此情況下，調(diào)用ASME規(guī)范案例N-71-18可以解決這一施工難題。根據(jù)ASME規(guī)范案例N-71-18，當A588 Grade B材料的厚度不大于102 mm時，采用滿足H4級別的低氫焊條，厚度為38 mm以下、預熱溫度為93℃或厚度為38 mm以上、預熱溫度為121 ℃，且在最低服役溫度下的沖擊試驗橫向膨脹量滿足一定要求，即可免除焊后熱處理。建安承包商按照該ASME規(guī)范案例的要求完成了A588 Grade B的焊接工藝評定，在現(xiàn)場的施工過程中實施了免除焊后熱處理的焊接工藝。

4 結(jié) 論

在某核電項目首堆工程技術(shù)引進、消化、吸收和再創(chuàng)新的過程中，對于ASME規(guī)范及ASME規(guī)范案例，相關技術(shù)人員經(jīng)歷了一個從了解、熟悉到熟練應用的過程。從實踐過程中來看，對于ASME規(guī)范案例的應用，往往面對的是創(chuàng)新過程中的新材料和新工藝的使用。應用好ASME規(guī)范案例，能夠起到簡化工藝、降低成本的作用，對提升核電項目建造階段的經(jīng)濟性有積極意義，能夠為后續(xù)核電項目的設計、建造提供有益的借鑒。