牛克選

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250010）

0 引言

核電站廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)用于輸送經(jīng)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(jī)組設(shè)計兩根內(nèi)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(nèi)外壁均采用防腐涂料、外壁外加電流陰極保護(hù)。

循環(huán)水管段標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量可控，本文針對循環(huán)水管道的制作和安裝過程中的質(zhì)量控制重點(diǎn)和要點(diǎn)進(jìn)行闡述，見圖1。

2 制作安裝流程

見圖2。

圖1 循環(huán)水管結(jié)構(gòu)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(diǎn)分析

3.1 管道需現(xiàn)場進(jìn)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(nèi)外壁均采用油漆防腐，安裝時管內(nèi)有腳手架搭設(shè)、焊接、打磨等作業(yè)，油漆成品保護(hù)難度較高。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 下料尺寸控制

按圖紙和WPS要求對鋼板進(jìn)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(jī)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(yīng)大于0.5mm。下料完成后，對鋼板坡口、尺寸等進(jìn)行檢驗(yàn)，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(jìn)行嚴(yán)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(jī)進(jìn)行模壓預(yù)彎，利用臥式卷板機(jī)進(jìn)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(dāng)卷制到鋼板兩端對攏時，按照WPS要求進(jìn)行外側(cè)點(diǎn)焊[2]。

鋼板卷板應(yīng)滿足下列要求[3]：

卷板方向應(yīng)和鋼板的壓延方向一致。

卷板前，應(yīng)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(yīng)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(shè)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(dǎo)致焊接變形不同[4]。因此，需對坡口進(jìn)行優(yōu)化，并經(jīng)焊接工藝評定驗(yàn)證選擇合適的坡口形式。

對于本文所述管道，根據(jù)母材、設(shè)備及現(xiàn)場環(huán)境及綜合焊接效率、質(zhì)量考慮，經(jīng)焊接工藝評定驗(yàn)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(zhì)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(cè)后焊另一側(cè)和兩側(cè)交替焊接，先焊的部分能夠?qū)蠛覆糠值氖湛s變形起到約束作用，進(jìn)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(zhuǎn)，制作焊接順序選擇先焊大坡口側(cè)（內(nèi)側(cè)），后焊小坡口側(cè)（外側(cè)）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(nèi)側(cè)焊縫，后焊管道外側(cè)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(hù)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(jīng)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(guān)鍵指標(biāo)均滿足設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)力大，因此需要采取措施消除殘余應(yīng)力[8]。

一般來說，對于小型焊縫，采用局部履帶式遠(yuǎn)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(chǎn)生新的溫度梯度造成新的熱處理應(yīng)力。

角焊縫部位受加熱片的形狀影響，難以達(dá)到良好的熱處理效果。

綜合考慮工效及熱處理效果，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及建議，現(xiàn)場設(shè)計建造了整體熱處理爐，采用上下分體式結(jié)構(gòu)，上面爐蓋設(shè)計成與鋼管形狀相似的弧形結(jié)構(gòu)，下部設(shè)計成箱式結(jié)構(gòu)，內(nèi)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(jìn)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(jìn)行控制，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)DL/T 819《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》，經(jīng)焊接工藝評定驗(yàn)證，對本文所述鋼管，熱處理工藝參數(shù)選擇如下，見圖4。經(jīng)焊后熱處理質(zhì)量評價及硬度測試，質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)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(hù)

根據(jù)同類型循環(huán)水管道經(jīng)驗(yàn)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(nèi)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(jīng)調(diào)查分析，油漆起層及脫落的主要原因?yàn)榘惭b過程中成品保護(hù)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(nèi)部焊接、打磨等作業(yè)不可避免，部分區(qū)域還需要進(jìn)行內(nèi)部腳手架搭設(shè)及拆除等，對可能對油漆產(chǎn)生破壞的質(zhì)量風(fēng)險進(jìn)行分析并制定措施如下：

表3 質(zhì)量風(fēng)險及應(yīng)對措施Table 3 quality risk and Countermeasures

在安裝完成后，對管道內(nèi)壁油漆采用涂層測厚儀和電火花檢測儀對漆膜質(zhì)量進(jìn)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(zhì)量問題大為減少，成品保護(hù)措施成效顯著。

5 結(jié)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(zhì)量控制難點(diǎn)，通過總結(jié)實(shí)施質(zhì)量控制重點(diǎn)措施，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)踐證明，可為后續(xù)項(xiàng)目及類似管道或鋼結(jié)構(gòu)制作安裝提供借鑒，提高施工效率，保證施工質(zhì)量。

[1] 曾志斌.大型鋼結(jié)構(gòu)厚板對接焊接變形試驗(yàn)研究[M].中國鐵道科學(xué).2009.Zeng zhibin. research on welding deformation of large steel plate butt welding [ m ]. China railway science. 2009.

[2] 謝忠.整體熱處理工藝在AP1000核電站循環(huán)水管道中的應(yīng)用[C].電站焊接學(xué)術(shù)討論會.2010.Xie Zhong. the application of integral heat treatment process in circulating water piping of ap1000 nuclear power plant [ c ]. symposium on welding of power station. 2010.

[3] 邵樹峰.AP1000核電站1250MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行研究[J].熱力發(fā)電，2010，39（11）：65-68.Shao shufeng. optimization operation of circulating water system of 1250 MW unit of ap1000 nuclear power plant [ j ]. thermal power generation，2010，39（11）：65-68.

[4] 鄒基力，程建棠.AP1000核電站循環(huán)水管道加工設(shè)備選型布置探討[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2011，24（12）：131-134.Zoujili， Cheng jiantang. discussion on the selection and arrangement of processing equipment for circulating water pipeline of ap1000 nuclear power plant [J]. construction machinery technology and management， 2011， 24 （ 12 ）： 131 - 134.

[5] 趙宇強(qiáng)，王英杰.AP1000核電波動管安裝技術(shù)淺析[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2015，28（3）：50-52.Zhao Yu， Wang yingjie. analysis of installation technology of nuclear power wave tube [ j ]. electromechanical product development and innovation，2015，28（3）：50-52.

[6] 葉學(xué)民，聶小棋，王健行，等.某AP1000核電站循環(huán)水泵選型和配置分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2017，46（4）：146-148.Ye xuemin， Nie xiaoqi， wang jianxing， etc. Analysis of the selection and configuration of circulating water pump of a certain AP1000 nuclear power plant [J]. Mechanical and electrical engineering technology， 2014， 46（4）：146-148.

[7] 包桓銘，程學(xué)慶.AP1000核電廠循環(huán)水泵選型研究方案分析[J].中國科技投資，2017，（2）：283.Bao huanming， Cheng xueqing. analysis of the selection of circulating water pump in ap1000 nuclear power plant [ j ]. China science and technology investment，2017，（2）： 283.

[8] 于飛.濱海AP1000核電廠總圖運(yùn)輸特點(diǎn)分析[J].能源與節(jié)能，2013（7）：30-32.Yu Fei. Analysis of general layout and transportation characteristics of AP1000 nuclear power plant in Binhai [J]. energy and energy saving，2013 （7）： 30-32.

[9] 徐智淵，程亮.AP1000核電循環(huán)水泵選型及配置分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2012，41（2）：75-79.Xu Zhiyuan， Cheng Liang，.AP1000 nuclear power circulating water pump type selection and configuration analysis [J]. mechanical and electrical engineering technology，2012，41（2）：75-79.

[10] 李一真.AP1000型核電站大型循環(huán)水管施工技術(shù)探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（22）：139-141.Li Yizhen. Discussion on construction technology of large circulating water pipe in AP1000 nuclear power station [J]， China high-tech enterprises，2014（22）：139-141.