AP1000 HDPE热熔焊施工技术

曾豪 刘昌年

摘要：由于HDPE材料在AP1000核电站中的使用属于国内核电建设中的首次应用，没有施工先例和经验，本文根据海阳AP1000核电站SWS系统HDPE管道的施工过程和经验，总结了HDPE热熔焊接的施工技术，包括管道之间热熔焊接、接管座热熔焊接、法兰热熔焊接，以及施工中应重点关注的问题。

关键词：AP1000;HDPE;热熔焊;施工技术

1.AP1000- SWS系统介绍

1.1 SWS简介

SWS是为CCS提供冷却的系统，然后CCS再为主泵等设备提供冷却。从循环水泵房前池取冷海水，经三台SWS立式泵打到过滤器，再到CCS换热器换热后排入虹吸井。整个系统管道材质分为HDPE和镍基合金两大部分，其中室内部分包括循环水泵房和常规岛第一跨内为镍基合金，厂区部分都是HDPE材质。该系统影响整个核电厂调试，是比较重要的一个制约系统。本文着重介绍HDPE部分的施工技术及施工中应注意的问题。

1.2国外HDPE管的应用和现状

PE3408的管道等级树脂已经为电力行业提供管道服务超过25年了，近年来HDPE树脂管在工程特性上有了发展，升级的PE4710树脂，能提供超级抗裂性、优良的耐磨、耐腐蚀性以及高压工况下的工作能力，在2007年开始应用于工业。

PE3408的树脂管道等级早已在美国AmerenUE Callaway核电站中应用40多年，如冷却塔排污管。在紧急厂用水（Essential Service Water）中第一次应用于核三级管道中，在这之前，从没有HDPE管道应用在核级系统的工程中，故必须得到ASME以及美国核管会（NRC）的批准，为了达成此事，AmerenUE Callaway 核电站以及工程顾问的质量工程师包括ISCO公司工程师组成一个团队研究制定了一个ASME核三级管道的新规范案例：ASME Code Case N-755，它包括系统设计、培训、预制、安装、检查检验等，在2007年被ASME批准，这是一个重大的突破，这也成为了AmerenUE Callaway 核电站向美国核管会申请最终批准的基础。便随着ASME对HDPE管材的准入，HDPE在工程应用中的领域又扩大了。

2. HDPE热熔焊施工技术重点

在确定设备及材料供应商后，要提前组织供应商及设计方共同勘察施工环境并测量内部数据，根据测量数据确定材料定尺长度及管件和焊机的选型。HDPE管道施工流程如下，本文着重介绍热熔焊及检验和试验的相关技术：

施工前准备→管道引入→定位放线→切割下料→熔接→焊缝检查→水压试验

2.1管道的定位放线及切割下料

管道定位放线必须依据设计院发布的最新版布置图及设计变更，所有坐标以核岛坐标为基准，根据测量基准点进行放线。

HDPE管的切割宜选用木工锯和电动锯，因综合管廊相对密闭，施工期间通风状况不理想避免采用汽油锯。

2.2 HDPE热熔焊接

因热熔焊接是国内核电中的首次应用，没有施工先例和施工经验，本文重点介绍热熔焊接的施工技术，包括管道热熔焊接、支管台热熔焊接、法兰热熔焊接三大部分。

2.2管道热熔焊

焊接准备工作是确保焊机的工作条件满足焊接要求。如：检查卡具是否紧固、电气连接是否正确、液压装置里的油够不够、加热板是否符合外观检查的要求并对铣刀和油泵进行试运行。

放置HDPE 管

（1）清洁即将连接管段的内外表面，清除需被焊机夹持的管道部件表面的杂物。

（2）管段固定时必须找正以使其表面在同一平面上。最大错边量应小于管道或配件壁厚的10%，且最大错边量不能超过2mm。

（3）固定管道时管端应伸出最后一个卡具约20～50mm，这样有约5～15mm可以铣削，剩余长度用于熔接。

（4）管子就位后固定顶端的卡具。将顶部卡具的螺栓均匀地上紧以保证管子不变形。然后进行冷对口检查需铣削的厚度。

铣削管子表面：分开两管段置入铣刀，打开铣刀电源并调节到适当的速度。合拢管段两端，并加以适当的压力，直到两端均有连续的切屑出现。

铣削后，检查管端的错边量与椭圆度。如需调整，通过扣紧高侧的夹具，将高侧的调低。不能松动低侧的夹具，否则熔接期间可能出现滑动。

表面加热：在加热板放入夹具前，所有的操作人员都应掌握操作中要求的参数。

清洁加热工具器面。对每个管段外端口封堵以阻止空气流动到加热板上。检查加热板的温度是否处于指定温度范围。

保持熔接压力，直到观察到管道端部出现少量熔化物，才可降低压力。每英寸管壁厚上保持4.5分钟的热浸时间。持续加热管端，直到加热表面上产生了符合要求尺寸的熔珠。

达到加热时间后，立即分开两根管段，取出加热板，快速合拢两管端，在规定压力下两管端保持接触一定时间直至冷却，对于每英寸壁厚至少保持11分钟冷却时间，对于焊后要进行拖运的管段，要额外增加30分钟冷却时间。

2.2.1支管台热熔焊接

使用硬度为50至60的砂布，将待连接配件的主管表面刮擦约0.007英寸深，以清除所有氧化物或污染物。

清洁加热器面。将加热工具放置在主管上配件底部所在的中心处。立即将配件移向加热面，施加初始加热压力，直到在主管顶部观察到熔体后将该压力减小至热浸压力。保持热浸压力直到加热结束。注意：不管现场环境温度如何，都要按规定的加热温度加热。

在支座热熔合格后，用HDPE专用开孔工具对主管进行开孔，并清理内部碎屑，保持管道内部清洁。

2.2.2法兰热熔焊接

法兰熔接基本程序跟管道相同。注意：在法兰跟管道或者弯头连接之前，先要把跟法兰配套的Back-Up-Ring套在管道或者法兰上，否则焊好后将无法套入。

法兰面紧固需要用力矩扳手按照十字交叉顺序且分四次，每次25%力矩，紧固到要求力矩。力矩扳手校验不能超过4个月，且要求紧固力矩不能超过力矩扳手所能紧固的最大力矩的60%。紧固法兰螺栓时，沿圆周选取至少3 到4 处测量法兰间的间隙，以证实法兰均匀贴合。每拧紧一圈，记录间隙位置和间隙闭合距离。[2]

2.3焊缝检查

焊缝检查主要依靠外观检查，看两侧熔珠是否均匀、大小是否合乎标准。注意：焊珠之间的V形槽深度不得大于管表面上方的焊珠高度的一半。[3]

对于支管台焊缝，将接头与目测检查指南进行对比。应有三个熔珠，配件底部周围有一个熔珠，加热工具边缘处的主管上有一个熔珠，以及一个主管熔珠。配件和管的熔珠应为圆形，且大约1?8英寸宽，全部围绕配件底部。

对于法兰焊缝检测方法同管道。

除目视检测外，还可以依据ASTM2620中的side back方法用Side-Bender对焊缝进行抽样检测，原理是在焊缝处截取一段，把截取部分铣成不低于1”厚度的薄板，然后用Side-Bender进行侧弯试验，要求试样弯曲后，靠弯内侧的弯曲半径比最小壁厚小，检查焊缝的抗弯破坏能力。[4]

2.4水压试验

在所有管线施工完成后，进行水压试验，试验方法同金属管道。注意：因HDPE材质特殊，在水压过程中管道膨胀率较大且管线长，导致升压时间长，建议采用大功率升压泵;水压试验前要保证支架完整，防止试验过程中管道摆动伤人。

3.HDPE热熔焊接优点

HDPE热熔焊在国外是成熟的工艺，在美国已经应用在核电站核级系统中，在开阔的环境下相对于传统电焊，有以下优点：

（1）熔接快速，对于30”大口径管道来说，HDPE材质热熔一个焊口时间约为3小时，包括管道倒运、组对、切削、热熔等阶段时间，而传统金属材质焊接时间约需2天的时间，节约工期明显

（2）无需焊接填充材料，只需一次投入购买热熔焊机的资金

（3）热熔焊机对操作和储运的环境要求相对宽松，环境温度0～50℃之间，相对湿度低于95%且无可见结露的情况下，都可以运行。相对于传统电焊对相对湿度的要求较宽松。

（4）热熔焊机操作工需要在厂家培训后并考试合格即可取得操作证，培训加取证时间为7～10天，相对于传统焊工ASME取证（约20天）快捷很多。

参考文件：

[1] ISCO Documents：PT800 Operating Manual

[2] PPI Documents： TN-38/July 2011 Bolt Torque For Polyethylene Flanged Joints

[3] PPI Documents： TR-33 Generic Butt Fusion Joining Procedure for Field Joining of Polyethylene3

[4] ASTM-F2620-12 Standard Practice for Heat Fusion Joining of Polyethylene Pipe and Fittings

作者简介：

曾豪，男，1980年11月出生，山东平度人，工程师，毕业于青岛大学热能与动力工程专业，工程硕士，现从事核岛管道施工技术及管理工作。