AP1000中、美管道及管件标准比较分析

朱华东

（国核工程有限公司设计管理部（海阳），上海200233）

AP1000项目所有管道系统采用的是美国规范，但由于我国AP1000项目受各种条件制约，特别是在管道管件数量少、采购周期长、施工进度紧，而且在国产材料能达到或超过原管道材料的情况下，就必须考虑材料代换。材料代换之前必须做中、美管道及管件标准分析比较，只有达到或超过原标准的材料才能采用。

本课题针对AP1000管道系统的材料进行了分类汇总，并通过相关中、美标准的比较，列出标准规范的异同。本课题的研究不仅可以完善目前已代换管道材料的标准规范资料，而且为未来更多的管道材料代换提供技术支持。在“安全第一”的前提下，通过本专项课题研究，可为AP1000项目核岛管道材料的国产化应用水平提供理论依据［1］。

1 AP1000管道与管件分析划分

在AP1000项目中，所有管道和管件的等级分类由3个字母组成，第一个字母表示压力，第二个字母表示材质，第三个字母表示设计标准（见表1）。

2 中、美设计标准比较

工业管道涉及的是一个系统工程，相关标准法规种类繁多，相互间具有内在联系，但性质功能不同。本课题针对工业管道的法规标准体系以及法规和综合性建造标准，收集分析研究中国美国标准化组织的相关内容，以期找出差异和差距，提出完善我国工业管道标准法规建设的意见和建议。

本章由2部分组成：第一部分介绍我国以及美国工业管道法规标准体系、法规标准关系、管理模式和相关机构等，并针对我国与美国工业管道的法规标准体系管理模式进行了比较分析。第二部分介绍中美两国管道主要法规和建造标准。

2.1 中国工业管道法规标准体系

2.1.1 法规体系。1994年，锅炉压力容器安全监察局设立了压力管道处。1996年原劳动部颁布了“压力管道安全管理与监察管理规定”，对压力管道从设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造7个环节提出原则性的要求。

2.1.2 标准体系。中国的标准体系有国家标准、行业标准、地方标准、和企业标准4级构架组，但工业管道标准体系主要有国家标准和各个行业标准。中国国家标准分为强制性标准和推荐性标准，强制性国家标准的代号为GB,推荐性国家标准代号GB/T.国家标准由国务院标准化行政主管部门编制计划，组织修订，审批，编号，发布，实施后由国家标准的主管部门组织复审，周期一般不超过5年，复审结果分别为确认、修订、废止。

由于长期以来行业和管理条块分割，基本上不相往来，各行业各自为政。造成标准多，标准引用混乱，内容不统一，可以说尚未建成一个配套和完善系统，从而不能满足不断发展的体系。

2.2 美国工业管道法规标准体系

2.2.1 法规体系。美国是联邦制国家，联邦法规没有规定的地方事物管理权，均为各州保留。美国政府对管道安全非常重视，体现在依法行政的安全监察管理体制和完善配套的标准化体系。管道的安全监察规程分为美国政府管道安全监察规程和联邦管道安全监察规程，美国的法规体系由法律、法规、行政指导、指针等组成，相关的政令或文件包括免除令、澄清函、简讯、公告、规范修改提案。

2.2.2 标准体系。美国标准体系大致由联邦政府标准体系和非联邦政府标准体系，即各个专业标准化团体的专业标准体系。19世纪美国就成立了众多的行业性标准化组织，1969年正式成立美国国家标准体系协会ANSI，ANSI也是美国国家标准的代号。在管道技术标准规范中，美国的标准规范由于其技术的先进性和普及使用而成为人们所熟悉的使用标准，被包括中国在内的许多国家广泛的参考和使用。

3 美标与国标压力等级对比

压力管道的组成件一般都是标准件，因此压力管道组成件的设计主要是其标准件的选用，管道压力等级的确定也就是其标准件等级的确定。管道的压力等级包括2部分：以公称压力表示的标准管件的公称压力等级；以壁厚等级表示的标准管件的壁厚等级。管道的压力等级：通常把管道中由标准管件的公称压力等级和壁厚等级共同确定的能反映管道承压特性的参数叫作管道的压力等级。而习惯上为简化描述，常把管道中管件的公称压力等级叫作管道的压力等级。压力等级的确定是压力管道设计的基础，也是设计的核心。它是压力管道布置、压力管道应力校核的设计前提条件，也是影响压力管道基建投资和管道可靠性的重要因素［2］。

对于AP1000设计中西屋公司选用的美标压力等级，由于在建造过程中，出现了大量的国标材料代换美标材料的情况，本节就在此大量材料代换的基础上，总结分析美标与国标的压力等级对应关系，为后续的材料国产化提供借鉴。

对于管道阀门及法兰压力等级体系基准，国标采用的是常温下（100°F）的许用工作压力为基准的“公称压力”体系，而美标采用的是以某个温度下的许用工作压力为基准的“温度压力体系”，其中150磅级以260°F为基准温度，其余各磅级以454°F为基准温度。

对于标准系列的中美管道材料标准磅级对应关系如表2所示：

表1 AP1000管道与管件等级表

表2 压力等级对比

对于美标标准压力磅级的材料代换，对应的国标材料的公称压力选用必须高于或等于美标材料压力等级，这样的代换才合理有效。

对于AP1000中涉及一些不符合ASME的工作压力-温度等级的时候，西屋选用了冷水工作压力（CWP）表示,另外西屋还选用了一部分特殊的压力等级表示方法即水自重产生的压力（WG）,对于上述压力等级与国标的对比，目前尚未找到相关资料，这还有待于进一步研究和补充。

4 中美球墨铸铁管道及管件的对比（举例）

根据材料代换程序要求，材料代换申请的提出至少满足下面3个条件中的2个：

①在中国市场上没有合格的供货商。

②运输时间太长，无法满足施工进度要求。

③供货数量太少，供货商不愿提供。

针对消防系统管道及管件的设计情况，承包商对所有达到美标各项要求的国内铸铁生产厂家进行了调研，反馈情况为国内无厂家按美标AWWA C151/A21.51-09生产，且国外厂商因数量太少而不愿提供，即满足a、c条件，因此可以开展管道及管件材料的代换可行性研究。

代换原则：代换材料的性能应与设计材料等同或高于设计材料。

代换注意的方面：机械性能、化学成分、几何形状、试验与测试等。

根据以上代换原则，主要从以下5个方面进行比对分析：

表3

4.1机械性能比较（见表3）。通过以上对机械性能的比较，GB/T 13295-2008在抗拉强度上略逊于AWWA C151/A21.51-09和AWWA C153/A21.53-06，偏差为1.5%；GB/T 13295-2008在屈服强度上略好于AWWA C151/A21.51-09和AWWA C153/A21.53-06偏差为7%；延伸率两者一致。因此，从机械性能上认为可以代换。

4.2化学成分比较。球墨铸铁主要特征是其金相结构中碳被球墨化成为团状，其牌号标明的是机械强度，由于各个企业铸造球墨铁的工艺和配方不同，化学组分也会有很大的差异，对于使用者来说，重要的是机械特性。因此，国标中球墨铸铁件没有规定严格的化学成分，只规定了力学性能。美标也如此，没有固定化学成分。所以，省略化学成分比较。

4.3冲击试验对比

美标AWWA C151/A21.51-09要求按照ASTM E23进行Charpy冲击试验，对于在21℃±6℃下进行冲击试验，缺口冲击试件折算合格值最小为9.49J。

国标GB/T 13295-2008中不要求进行冲击试验。为达到美标要求，厂家特别按照ASTM E23进行Charpy冲击试验，测试结果如表4：

表4 国产管道管件冲击试验数据表

通过冲击试验数据，认为国产球墨铸铁管道及管件已达到AWWA C151试验标准要求。

4.4可行性结论。通过对中美两国标准的分析，认为按国内GB/T 13295-2008标准生产的铸铁管道及管件能满足AWWA C151/A21.51-09Ductile-Iron Pipe，Centrifugally Cast球墨铸铁管道和AWWA C153/A21.53-06Ductile-iron Compact Fittings forWater Service球墨铸铁管件的性能要求，对消防系统的地下预埋管道及管件进行国产化代换是可行的。

综上所述，在AP1000中、美管道与管件的对比分析及代换过程中，必须注意中美标准不一致的情况，特别是管件形式、试验标准，对于在中国规范中不作要求的内容要完全依照相关美国标准的要求执行。在管道及管件代换过程中，取得设计方的支持与配合是必要的，这样可以保证代换的正确性，从而减少不必要的工作。管材代换施工必须有相应的设计变更或升版图纸或技术规范作为依据。管道及管件代换可以节约时间、减少费用，并提高国产化率，但务必把安全放在第一位，一切以安全为中心，在安全的前提下进行材料代换才能保障项目的顺利进行。

［1］姜焕中，等.电弧焊及电渣焊.电焊技术［J］，1995.（12）：8-12.

［2］F.KLANICA.APP-PL01-V2-001.PRIMARY COOLAN T LOOP OUTLINE PLAN.美国：WEC公司，2008.