AP1000型核电站大型循环水管施工技术探讨

李一真

（浙江省火电建设公司，浙江 杭州 310016） 摘要：文章以某AP1000型核电站循环水管的施工为例，介绍了目前世界上口径最大电厂循环水管道的制作、安装和防护技术及工艺，经工程实践其各项施工技术指标符合国家有关技术要求，保证了施工的质量和安全，并缩短了施工工期，可为同类型项目施工提供借鉴。 关键词：AP1000型核电站；循环水管；管道安装；施工技术；热处理 中图分类号：TL374文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）22-0139-03某AP1000型核电站机组循环水管道全长1800多m，每台机组由两根内径为DN4100及最大壁厚为38mm的钢管供水和排水，钢管材质Q235B，加固环材质Q345B，标准管段为每节长6m，单件最大重量为31.2吨。工程范围包括循环水泵房至汽机房进水管、主厂房到虹吸井出水管的全部管道制作（包括热处理）、安装、管道阴极保护等内容。

1施工特点

按照设计标准DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》中的规定要求，管子和刚性环的对接焊缝都需要做焊后热处理，同时设计又要求刚性环和管子焊接的角焊缝也要做焊后热处理。由于管子直径大，单节管子上要进行热处理的焊缝数量多（纵焊缝2条、环焊缝1条、刚性环对接焊缝8条、角焊缝8条），如果采用常规履带式远红外加热器的热处理方式，需要投入相当大的人力和物力，而且角焊缝部位采用上述方式进行热处理时很难达到良好的热处理效果。另外，根据项目的进度计划要求，每天必须要完成两段标准管段的制作，而此项工作的主要瓶颈在于热处理环节。如果采用常规热处理方式，将会处于既耗时又达不到质量要求的两难境地。

2主要技术方案

针对循环水管道焊接角焊缝热处理难操作的实际情况，采用多条焊缝同时进行热处理的工艺，且不需要对焊缝进行包扎、保温棉和固定加热片，减少人力、物力的投入；循环水管节压口施工采用千斤顶和7字形角钢支座；循环水管道焊接采用气体保护焊；优化循环水管焊接工艺流程，采用先内后外的流水线施工；循环水管阴极保护系统采用牺牲阳极法与外加电流相互配合，达到防止管道电化学腐蚀的目的。

3关键技术措施

3.1管道制作中的整体热处理

热处理炉主要由炉壳、弧形炉盖、保温材料（保温棉、保温压板、保温钩钉）、钢丝网、加热器、K型热电偶、温控仪、输出线等材料组成。炉壳（7.3m×6.5m×3.2m）和弧形炉盖（8m×7.7m×2.5m）由3mm钢板和加固筋拼焊而成，钢板间的焊接全部为连续密封焊，以保证炉内密封性。炉壳其中一面开有一个方形人孔门（0.95m×1.2m），以便人员进入炉内进行维修等工作，人孔门在热处理的升温、恒温阶段关闭，在冷却过程中打开，以便在热处理缓冷过程中进行适当通气。保温材料通过钢丝网、保温压板和保温钩钉固定在加热炉的内壁，并在炉壳内壁布置两层96片15kW的加热器和24根K型热电偶。在加热炉底部设置两个支墩用于进行热处理时搁置钢管，支墩间距为3m。只要把钢管通过炉顶平稳放置到支墩上，检查炉内安全后，盖上炉盖并检查密封，合格后设置警示标志，通电加热即可进行循环水钢管的热处理作业。

热处理过程的主要设备由热处理炉和温控仪两部分组成，热处理炉在热处理过程中属于工作室，而温控仪则控制炉内的温度和升、降温速度。通过温控仪按工艺要求设置好升、降温速度，经通电加热即可进行钢管的热处理作业。炉内在加热器的作用下温度逐渐升高，然后按工艺进行正常的热处理过程。炉内温度测量通过布置在炉壳上的6个热电偶测温仪器，反馈到温控仪上，温控仪同时也自动记录了热处理过程工艺曲线。根据设计文件要求，热处理工艺参照DL/T819-2002《火力发电厂焊接热处理技术规程》进行编制，工艺数据如下：

3.1.1加热温度。热处理温度为625±25℃。

3.1.2升温速度控制。升降温速度=6250/δ（℃/h），且不超过300℃/h（δ为壁厚、单位mm）。降温至温度300℃以下，可打开炉盖，在空气中自然冷却。

3.1.3冷却速度控制。在冷却过程中，一般在400℃以上温度范围内，应控制冷却速度。降温至温度400℃以下，可打开炉盖，在空气中自然冷却。对于炉内热处理，冷却速度应满足下列要求：R≤275×25/δ，（δ为壁厚、单位mm）。且最大不超过275℃/h。

3.1.4保温时间规定。热处理恒温时间为2小时。

3.1.5优化热处理工艺。根据以上热处理工艺流程，以38mm厚钢板为例，钢管热处理时间大约需要11小时左右，但实际操作时热处理时间则需要12～13个小时，与理论数据并不相符。根据对热处理炉的构造特点和热处理的过程分析，发现由于热处理炉密封性好，升温温度高，使得恒温结束后缓冷的过程较长。为解决此问题，对热处理炉进行改造，在炉盖顶部开一个天窗（1m×1m），在缓冷过程中，先后将人孔门和天窗打开，这样有利于空气在小范围流通，从而缩短缓冷时间，使热处理时间基本控制在11小时左右，同时对完成热处理的钢管进行硬度试验，结果质量符合要求。

根据完成热处理钢管的质量情况分析，验证了热处理炉良好的加热保温性能和热处理效果。按照DL/T819-2002标准制定的热处理工艺，每天可完成两节钢管的热处理作业。为进一步提高钢管热处理工效，综合考虑炉内加热比炉外加热的优越性及现行国家标准（JB/T6046-92）《碳钢、低合金钢焊接构件焊后热处理方法》可以优先参照执行的因素，经设计院同意按照JB/T6046-92标准调整热处理工艺，缩短钢管热处理时间，提高热处理工效，降低综合能耗，现执行的热处理工艺数据如下：

（1）加热温度：热处理温度为≥550℃。

（2）升温速度控制：在加热过程中，一般在400℃以上温度范围内应控制加热速度。对于炉内热处理，加热速度应（R）满足下列要求：R≤220×25/δ，（δ为壁厚、单位mm）。且最大不超过220℃/h。如R1=220×25/38=144.7，R2=220×25/34=161.7。

（3）冷却速度控制：在冷却过程中，一般在400℃以上温度范围内应控制冷却速度。对于炉内热处理，冷却速度应满足下列要求：R≤275×25/δ，（δ为壁厚、单位mm），且最大不超过275℃/h。如R1=275×25/38=180.9，R2=275×25/34=202.2。

（4）保温时间控制：热处理恒温时间为钢板厚度（δ）除以25。如：38/25=1.52h，34/25=1.36h。按照机械工业部标准，钢管热处理时间为：如38mm厚的钢管热处理时间约为8小时，34mm厚的钢管热处理时间约为7.8小时。

（5）热处理工艺曲线图（如图1所示）。

3.2管道现场安装

3.2.1管道吊装。由于循环水管道进汽机房段异形件及立体交叉较多，管道需架空安装（循环水管底部

图1管道热处理工艺曲线

离地面5m左右），安装完成后才能回填。因此在安装过程中要考虑支撑的安全稳定性能，安装完成后管道不允许有硬支撑，需在回填过程中将底部支撑拆除，而循环水管单节管道重35t。因此，需确保循环水管安装安全，还需确保安装质量及安装过程中的成品保护工作。

3.2.2循环水管节对口后的压口。循环水管在施工过程中，因管道壁板厚，直径大，采用传统的压口方法（楔形块压口）矫正管道难度大，施工速度慢，无法满足施工现场安装需要。另外，此方法容易造成管道表面油漆被楔形块刮伤和铁锤敲击楔形角钢时，钢管受击打变形等问题。为控制施工质量，提高施工效率，循环水管安装时改为采用千斤顶和7字形角钢支座的工艺进行管节压口。千斤顶支座采用L100×100角铁来制作，千斤顶支座与管道连接时采用焊接，焊接的高度及长度根据现场实际情况来定，即能保正千斤顶顶压即可。

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3.2.3循环水管焊接采用气体保护焊。火电厂循环水管安装均采用手工电弧焊，焊接速度慢、工效低、焊接外观差。对于核电站大型循环水管来讲，将影响施工进度。而气体保护焊成形美观、焊接速度快、提高

工效。

（1）焊前清理、预热和焊缝清根。在焊接开始前，对焊口打磨清理，去除焊口表面油污、铁锈等杂物，直至坡口两侧露出金属光泽，然后对焊口始焊点区域进行火焰预热，预热温度达到工艺评定要求后，开始焊接施工。在焊接过程中，严格进行焊缝层间清理和清根质量，及时发现和处理施焊过程中产生的质量问题，保证焊缝一次检验合格率。

（2）优化焊接工艺流程，先内后外流水线施工。因循环水管安装工期紧，焊接工作采用流水线作业模式进行。施工时，单路管道安排8名焊工施焊。通过优化焊接的施工顺序和流水作业，保证循环水管的焊接质量，提高现场施工速度。

（3）循环水管焊缝现场热处理工艺.根据DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》规定，壁厚大于30mm的碳素钢管道、管件焊接接头应该进行焊后热处理。因此，焊前需预热，焊后需做热处理。但此大口径循环水管现场焊接后的热处理工艺没有前例。为了改善现场循环水管焊接接头的金相组织和性能，消除焊缝残余应力，采用18只履带式柔性陶瓷电阻加热器对循环水管焊缝进行热处理。安装加热器前，将焊件表面的焊瘤、焊渣、飞溅清理干净。安装加热器时，应从管道顶部向两边开始铺设加热器，并用铁丝绑扎固定，使加热器与焊件表面紧密接触。热电偶用铁丝捆绑固定在监测点上，触点应紧密牢固，并用隔热材料与加热器隔开，避免加热器直接热辐射。使用规格3000mm×600mm×25mm硅酸铝保温棉，保温厚度40～60mm，保温宽度从焊缝中心算起，每侧不小于管道壁厚的5倍，且每侧应比加热器的安装宽度增加不小于100mm。循环水管焊缝底部加热器和保温棉安装时，为保证加热器能贴近管壁，并使热处理施工过程简化，制作5mm厚扁铁托架，并用葫芦和钢丝绳拉紧固定。

（4）管道阴极保护。循环水管外壁阴极保护系统投运前防腐采用牺牲阳极法，用4kg镁合金牺牲阳极，成组埋设，每组3支。保护电流密度取0.3mA/m2。循环水管外壁阴极保护系统的外壁采用外加电流阴极保护，辅助阳极采用柔性阳极（Anodeflex-1500）。

该阴极保护系统牺牲阳极法与外加电流相互配合，能够将整个管道区域进行保护，达到防止管道电化学腐蚀的目的，而且安装柔性阳极AFLX-1500在管道近处，可取代费用昂贵的管道涂层的重新修复。这种作法，使单一及多重平行两种管道的每一个部位都可以重新恢复安全有效的极化。此系统避免了在工地上重新涂层，减少了对外界环境的干扰。这种不断输出均匀电流，并安装与极接近防护体的导线系统，使管道腐蚀得到更有效的防护。

4结语

AP1000型核电站是国内核电机组推广的主力堆型，其循环水管施工质量是保证核电机组安全运行的前提。通过该循环水管施工实践，解决了大型循环水管道在制作、防腐、吊装、对口、压口、气体保护焊、管节整体热处理、现场环焊缝热处理、架空安装、外加电流阴极保护等关键施工技术。目前，该循环水管项目已通过业主和监理的工程验收，各项技术指标符合有关质量要求。

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