核电站机械模块制造设计要求探究

2015-03-18吴振峰张手琴许克凤

产业与科技论坛 2015年8期

□吴振峰张手琴许克凤

一、引言

模块广泛应用在核电站中，模块化设计可以提高核电站施工质量，因为模块是在工厂制造，其制造环境是可控的，比电厂施工现场更能保证质量。模块制造与其它施工图平行进行，可以减少施工时间。本文分析了机械模块制造的要点，并提出了具体的设计要求，以保证机械模块的制造成品符合规范和现场安装的要求。

二、机械模块定义

机械模块包括安装在一般结构框架上的泵、热交换器、风机、空调单元以及过滤器等设备，并且还包括使这些设备互相连接的管道、阀门、仪表、电缆及支撑等。机械模块设计时，应使这些物项易于以一个单元的方式排列，且可预先组装后再安装到电站的相应位置。工艺系统的设计不包含在模块设计内，但是模块设计是工艺系统设计必要的一部分。机械模块的设计除了要满足模块本身的功能、受力等要求，还应满足制造和现场组装的一般要求，以及模块的吊装、维护和运输的要求。

三、机械模块的公差和精度控制

由于机械模块是在现场与其它模块或结构组装、拼接，所以为保证现场的施工质量，需要严格控制机械模块的公差和精度，在满足规范要求的同时，为了控制成本，可按照以下要求进行。

(一)模块的制造公差按照下列规范文件和相关条款的要求。

1.对于平面图内标明的安全相关模块。按照ANSI/AISC N690－1994《核设施安全相关钢结构的设计、制造、安装规范》要求:

—Q1.23节(制造)

—Q1.25节(安装)

2.对于平面图内标明的非安全相关模块。按照AWS D1.1－2000《钢结构焊接规范》要求:

—5.22节(焊缝(连接)尺寸的公差)

—5.23节(焊接结构构件的尺寸公差)

3.对于平面图内标明的非安全相关模块。按照AWS D1.6－1999《不锈钢结构焊接规范》要求:

—5.22节(焊缝(连接)尺寸的公差)

—5.23节(焊接结构构件的尺寸公差)

(二)线性的尺寸连续标注时，公差仅用于总尺寸，不针对每个单独的尺寸。

(三)为方便在装配过程中控制各个模块的尺寸精度，详图上的加强板及其它连接板、型钢等应用激光标记、等离子体标记或打孔标记来标识其位置。

(四)为使最终装配尺寸在公差范围内，制造时应对模块框架构件的设计和切割尺寸留有额外余量。

(五)所有模块的宽度和长度尺寸都是实际尺寸(设计尺寸)，并作为详图中的参考尺寸(REF.)。这些尺寸不考虑与邻近的框架构件连接到整个结构框架时的焊接连接准备和焊接允许收缩量。

(六)螺栓孔的公差可以参考ANSI/AISC N690－1994中结构连接用ASTM A325或A490螺栓的RCSC规范。火焰切割表面需磨平。

(七)结构施工图中需标明模块的最终安装位置。

四、机械模块选用材料的要求

材料的选用是机械模块制造要求的重要内容之一，模块内涉及工艺、通风、电仪、结构等专业的物项，机械模块所用材料除了满足结构强度要求外，还应考虑其它专业对材料的要求。一是所有型材应为ASTM A36碳钢(CS)。二是支撑用螺栓和其它螺栓主要选用ASTM A325或ASTM A490中的紧固件，对于直径小于1/2in的螺栓也可以选择ASTM A307中的紧固件。三是不允许使用铝、锌、锡、铅、汞、钴、400系列不锈钢和其它低熔点材料。四是制造过程中用到的所有支撑条都由供货商按照要求提供和安装。五是在整个制造、装配和安装过程中，所有材料和消耗品都需做可追溯性记录。六是格栅采用焊接型式并进行镀锌，19－W－4网格的支撑条为1 1/2”x 1/8”，交叉条为1/4”。金属条遵守下列规范:ANSI/NAAMM MBG 531－00《美国国家建筑金属制造协会，金属条格栅手册》和ANSI/NAAMM MBG 532－00《美国国家建筑金属制造协会，重型金属条格栅手册》。七是所有管道的配套法兰都应是双开口(孔板)的。八是花纹钢板采用ASTM A786“轧制钢板”式样3要求的ASTM A36材料。

五、机械模块机械加工和成形

机械模块制造时需保证切割过程不会产生硬化热影响区，尤其是对不能进行焊后热处理的碳钢和低合金钢。对需进行热切割的材料，热切割过程中的预热和层间温度应与该材料焊接程序中的规定一致。机械模块内不允许使用热弯。

六、机械模块焊接总体要求

焊接是机械模块组装的主要方法，焊接程序、焊接材料的选取等直接影响到机械模块的质量，必须保证机械模块焊接满足规范要求。一是对包含ASME第III卷管道的机械模块，其所有模块框架结构的焊接和无损检验应满足ANSI/AISC N690 1994《核设施安全相关钢结构的设计、制作和安装规范》。二是对不包含ASME第III卷管道的机械模块，其所有模块框架结构的焊接和无损检验应满足AWS D1.1－2000《钢结构焊接规范》或AWS D1.6－1999《不锈钢结构焊接规范》。三是管道的焊接和无损检验应根据管道的分级。四是对于管道支架的焊接和无损检验应满足ASME III 1，2和3级和ASME B31.1中关于管道支架/仪表管道支架的制造和安装技术要求。五是焊接工艺规程(WPS)和焊接工艺评定报告(PQR)应采用AWS D1.1－2000《钢结构焊接规范》或AWS D1.6－1999《不锈钢结构焊接规范》中推荐的格式编写。六是焊接文档记录程序需包括所有焊缝的标识、焊接工艺、焊材标识、施焊焊工或焊接操作工、焊接工艺评定报告、焊接记录单。七是为便于制造过程中的吊装、运输和装配，可以在结构构件上焊接临时性附件。焊接临时性附件应避免异种金属相焊。八是在切除任何临时性附件之前，应根据AWS D1.1－2000和AWS D1.6－1999标识附件周围区域，以便在切割后能准确定位和检查该区域。

七、机械模块试验

为检查机械模块部件的强度和密封性，需要进行试验，按下列要求进行。一是机械模块内的管件和组件应带有连接部件以便进行水压试验。二是在ASME第III卷中规定，模块内的安全1、2、3级管道和组件应进行强度和密封试验(S＆T)，试验压力为1.25倍的设计压力，持续时间为10分钟。三是在ASME B31.1中规定，模块内的管道等级的第三个字母为D、E或其它的管件和组件应进行强度和密封试验(S＆T)，试验压力为1.5倍设计压力，持续时间为10分钟。四是屏蔽泵和其它带有密封的机械设备，密封性能在超压的时候有可能失效，应小心操作。这类设备在试验过程中应隔离且排空。五是水压试验前，应对起吊装置、设备底座、阀门、机械接头、垫片、插塞、适配器、O形环和螺纹连接件进行目视检查。六是对于输送气态流体的系统，用氮气或其它非腐蚀性的惰性气体进行试验，用惰性的、无残渣的肥皂溶液进行泄漏检查。