秦山二期核岛辅助系统管道安装的质量控制.doc

泥南轩 奉上秦山二期核岛辅助系统管道安装的质量控制ThePipeInstallationQualityControlforNuclearAuxiliarySystem Of QinshanPhase NPP刘新利（中国电力投资集团公司辽宁核电项目筹备处，辽宁大连116001）摘要：介绍了秦山核电二期核岛辅助系统管道安装的质量控制的要点，并对核岛辅助系统管道的安装顺序、安装技术要求给予了详细的阐述，同时对核岛辅助系统管道安装中出现的问题及其处理进行了总结。对核电厂核岛辅助系统管道安装的质量控制具有参考作用。关键词：秦山二期；核岛辅助管道；安装；质量控制Abstract:ThispaperintroducesthefocalpointsofpipeinstallationqualitycontrolfornuclearauxiliarysystemofQinshanPhaseNuclearPowerPlant.Italsoillustratesindetailtheinstallationprocessandinstallationtechnicalrequirementsandproblemsoccurredduringinstallationperiod,whichcanserveasareferenceforpipeinstallationqualitycontrolofnuclearauxiliarysysteminnuclearpowerplant.Keywords:Qinshanphase;nuclearauxiliarypipe;Installation;Qualitycontrol秦山核电二期工程是我国采用“以我为主，中外合作”方式自主设计、建造和运营的商用核电厂，每台机组额定功率为650MW。反应堆采用目前世界上技术成熟、安全可靠的压水堆型。整个工程由130多个子项、近400个系统组成。核岛管道总计约12万m，阀门1万多个，管道支架总重量约1000t。核辅助系统管道除具有一般管道工程的特点外，还要满足核安全的要求，管道的设计和施工遵循了RCCM标准，安装质量要求高，技术难度大。系统管道的安装质量能否符合设计文件中的技术要求将直接关系到核电厂的运行安全。1工艺管道预制的质量控制在秦山核电二期工程中各工艺管道系统安装前，只有少数工艺系统的管道预制和现场安装同步进行（如仪表用压缩空气分配系统（SAR）在反应堆厂房内的铜管、核取样系统（REN）的部分安装），原因是便于现场管线的布置。而大多数工艺系统管道是在预制车间进行，因为预制车间的施工环境及条件相对于现场较为优越。管道预制质量的好坏将直接影响现场安装的质量和进度。1.1预制前期准备工作管道预制过程中各工序的进行和质量控制主要是以管道预制的工作/质量计划的形式操作。在管道预制工作进行前，相关的工作/质量计划、施工方案、工作程序等软件资料应经过审批生效。工作/质量计划启动前首先应进行先决条件检查。主要检查以下内容：（1）施工图、技术规格书、工程/设计变更单及相关标准齐全；（2）施工方案及工作/质量计划已经批准生效；（3）焊接工艺评定或焊接工艺卡合格有效；（4）特殊工种人员资格合格有效；（5）设备、仪器经标定合格并在有效期限内；（6）管道、管件、油漆和焊材等材料经验收合格；(7)工作区或工作地带符合工艺施工要求；(8)临时存放区可利用且符合要求；(9)施工前已进行施工技术交底。1.2管道的临时存放(1)管道、管件的规格、数量、材料应与设计图纸一致，且表面状态及保护符合要求；(2)管道存放时应有有效的防变形措施。1.3机加工(1)管子切断前应移植原有标记；(2)不锈钢、有色金属管应采用机械或等离子方法切割，不锈钢管用砂轮切割或修磨时，应使用专用砂轮（铝基砂轮片）；(3)锯割薄壁管时，应采取措施防止将管夹扁。管子切口质量应符合下列规定：(1)切口表面应平整，无裂纹、毛刺、凹凸、缩口、熔渣、氧化物及铁屑等；(2)切口平面倾斜度偏差不大于管子外径的1%且不超过下值：核1级，2.00mm；核2、3级，2.50mm；非核级，3.00mm。1.4弯曲成形弯曲不锈钢管时，接触不锈钢管的工具应衬以不锈钢或镀铬材料，以防止加工过程中不锈钢管被铁素体污染。弯管质量应符合下列规定：(1)弯管外表面不得有裂纹；(2)不宜有皱纹，在弯管的内弯曲半径范围有褶皱的情况下，测得的褶皱峰顶和谷底之间的距离不得超过管子名义直径的3%，并且应当小于或等于两相邻峰顶之间距离的1/2；(3)弯曲部分的椭圆度不得超过8%。1.5管道预制后的表面处理碳钢管道预制后应进行涂漆处理，环境条件应清洁且相对湿度小于75%。根据厂房要求的不同，涂层系统分别为PIC类和PID类，对PIC类或特别指出的涂层系统除锈等级为Sa3级（GB8923），其它类别为Sa2.5级。除锈合格后应在4h内完成底漆涂装，如在规定时间内未完成底漆涂装，则应重新除锈。底漆干燥后，表面打毛并涂规定颜色和类型的中间漆和面漆。漆膜外观应无流挂、起泡、夹层、裂纹等缺陷，漆膜应平整光滑且满足厚度要求。水压试验期间要检查的焊缝、焊接坡口、金属密封面处不能涂漆。涂漆工作应按时间、油漆类型、涂装面积等及时制作见证件并进行附着力试验。不锈钢管道预制后应进行酸洗钝化。不锈钢管道清洁、脱脂后浸于规定配比的酸洗液中酸洗以除去铁素体等表面污染物，清洗后浸于规定配比的钝化液中钝化以在不锈钢表面形成钝化保护膜。1.6预制管道的符合性检查(1)管道预制后应按照施工图纸检查管段尺寸及管段和部件连接的正确性；(2)检查管段的清洁度及保护情况。2管道现场安装的质量控制管道安装包括管道支吊架的安装和管道及管配件的安装。2.1管道支吊架的安装管道支吊架的安装是管道安装的第一步，是管道安装的前提。支吊架形式多种多样，按功能分有固定支架、滑动支架、限位支架等，按结构形式分有吊架、支架、弹簧支架、阻尼器和恒力吊架等。管道支架的安装可分为根部件安装和管部件安装两个步骤，原则上应在管道安装就位前完成根部件的安装，管部件与管道在完成根部件安装后同时安装，对于小口径管道，考虑到安装时为适应现场情况，可能需做较多修改，根部件、管部件与管道一般同时安装。(1)管道支架根部件安装管道支架根部件安装是将支架锚固件永久固定在结构物上，并使支架连接在锚固件上。锚固件的固定一般采用与预埋钢板焊接的方法，若无预埋钢板，则将支架底板用膨胀螺栓固定在结构物上。在膨胀螺栓安装前应根据支架位置图及结构图测量放线，探测混凝土结构内的钢筋布置情况（防止钻断钢筋影响结构的安全），再在结构物上打膨胀螺栓安装孔（孔径的误差应小于1mm，孔与墙面的垂直偏差应小于4并有足够的深度和光洁度），然后根据钻孔情况在支架底板上开孔，安装膨胀螺栓及支架底板，在完成支架底板与支架其它部分的焊接后拧紧膨胀螺栓并锁紧。(2)阻尼器安装阻尼器分为机械阻尼器和液压阻尼器两种。阻尼器是用来保护核电厂管道和设备在遭受突加载荷（地震和压力瞬变等）时免受破坏。阻尼器对正常热膨胀引起的缓慢运动不产生约束作用。当承受突加载荷时，阻尼器近似为刚性，可对管道提供刚性支承，约束位移。安装阻尼器时应通过行程和调节余量来调节支座销轴之间的长度，以免引起附加应力。液压阻尼器的每端都有25mm的调节余量。阻尼器安装前首先应检查阻尼器拉杆上有无划痕以及球铰能否自由转动而无卡滞，然后拆除固定杆，检查阻尼器的行程是否符合设计要求，需要时可通过推拉活塞杆（承载杆）调节阻尼器的行程位置直到符合设计要求(阻尼器供货时的行程位置在中间行程，而设计要求冷态位置很多不在中间行程，设计规定如冷态设计位置偏离中间位置少于总行程的1/6时可不做调整)，安装球铰、销钉并锁定销钉。最后检查阻尼器的指示位置，如不符合设计文件规定，则松开锁紧螺母，缓慢推动活塞杆，以使阻尼器的指示器处于设计文件指定位置上，并确保活塞杆的螺纹全部啮合，然后拧紧锁紧螺母。在热态试验前，应对阻尼器进行符合性检查，主要检查阻尼器的型号及行程、阻尼器的位置(划线、安装角度)、焊缝、锁紧螺母等。(3)恒力吊组件、弹簧吊组件安装恒力支吊架和弹簧支吊架安装在管道和结构物之间以承受管道因热膨胀引起的载荷。弹簧支吊架承受的荷载随弹簧的伸缩而变化，当热位移较大时，弹簧支吊架引起的管道应力可能会超过许用应力，故弹簧支吊架只适用于热位移较小的管道。由于恒力支吊架在任何时间内无论支承点的垂直位移如何，都以一恒定载荷支承管道，故不论管道的热位移如何变化，都不会引起管道应力的变化，所以对位移很大的支承点应使用恒力支吊架。恒力支吊架分为恒力弹簧支吊架和重锤式恒力支吊架。根据管道的位置，恒力支吊架和弹簧支吊架有3种安装型式：悬吊式、搁置式、支撑式。a.恒力支吊架和弹簧支吊架安装前的准备工作?物项的检查：检查支吊架的型式、编号、级别、载荷，检查锁紧装置，检查根部件的安装符合性，检查待安装支吊架的符合性，检查管道安装的符合性。?人员、设备的检查：安装操作人员必须具有相关工作经验，吊运和运输设备、焊接及检验设备、安装的有关工具等符合要求。?安装程序：按照管道布置图和支吊架组装图进行测量放线，并用临时支撑或导链装置托住管线避免支吊架过载。b.悬吊式、搁置式支吊架的安装：按照支吊架组装图安装管部件，将支吊架定位并固定到根部件上，安装中间连接件拉杆、吊环和花篮螺丝等，用中间连接件将支吊架和管部件连接起来并拧紧管部件的螺栓和螺母，用花篮螺丝调整拉杆的长度使拉杆承受管道的重量，检查螺纹连接件是否有足够的啮合长度并确保拉杆垂直安装。水压试验前应检查支吊架的预锁紧装置是否安装正确，完成水压试验、保温和最终涂漆后应按照支吊架的功能要求进行符合性检查和调整。用花篮螺丝调整吊架使指针指在“冷态”指示位置上，拆除预锁紧装置，并拧紧中间连接件的锁紧螺母（注意不能让锁紧螺母承受载荷）。检查支吊架的零部件有无变形和损坏。c.支撑式支吊架的安装：根据支吊架组装图的位置把支吊架固定在托架上，定位时应使位移指示牌置于易于观察侧，按照组装图安装管部件，将拉杆安装到支吊架上，转动高度调节螺母使其与管夹连接。拧紧管夹的螺栓螺母，水压试验前应检查支吊架的预锁紧装置是否安装正确，完成水压试验、保温和最终涂漆后应按照支吊架的功能要求进行符合性检查和调整。转动承载柱使指针指在“冷态”指示位置上，拆除预锁紧装置，并拧紧中间连接件的锁紧螺母（注意不能让锁紧螺母承受载荷）。检查支吊架的零部件有无变形和损坏。2.2管道及管配件安装(1)管道安装管道安装应具备下列条件：与管道有关的土建工程已检验合格，满足安装要求，并已办理交接手续；与管道连接的机械已就位并检查合格，固定完毕；管道支吊架第一阶段安装完成并检验合格；管道预制完成且管道组成件验收合格；管子、管件、阀门等内部清洁度符合要求。管道的安装应以合理的施工组织进行，管道安装前与管道相连的设备应已就位固定，大型物项运输通道上的管道应在大型物项就位后安装。一般情况下管道安装应先于电气电缆安装，后于主风管的安装，安装顺序应考虑焊接、法兰连接等操作的需要。就管道自身而言，应以先大后小、先碳钢后不锈钢、先上后下、先里后外的顺序进行。管道安装先要根据布置图在结构物上放出管道中心线（可与第一阶段支吊架放线合并），然后按照图纸安装。为防止支吊架过载荷并使管道牢靠，安装管道时在合适的地方应增设临时支吊点。首先考虑安装与设备相接的管道，再依次安装其余管道。在一些管段上应设置调节余量，此部位应在其余管道安装完后根据现场情况切割下料后安装。管道安装时应注意清洁并避免形成倒坡等现象。管道安装完成后系统冲洗试压前应进行符合性检查，检查管道的连接是否与管线布置图、系统流程图一致，管道部件是否齐全并满足设计文件要求，管线是否有倒坡、甩头、漏焊等缺陷，管道支吊架是否齐全且满足功能要求等。(2)法兰安装法兰安装前的检查：应检查法兰的材料、压力等级、规格型号是否符合设计要求，并与所连接的管道或设备阀门法兰相匹配。检查法兰密封面的外观质量：密封面必须平整光洁、无毛刺、无冲击痕迹和径向沟槽，凹凸面能自然嵌合且凸面高度不低于凹槽深度。检查密封垫片是否符合技术要求，配合面清洁且与法兰密封面互相符合。检查螺栓螺母的螺纹状况，螺母应能自由拧入螺栓。法兰的安装：为保证安装后的平行度和同轴度，必须在安装前考虑保证措施，如2片连接的法兰先用螺栓紧固后再与管道组对焊接等。每对法兰应使用相同规格、材料、型号的螺栓，安装方向一致，紧固均匀。首先安装相隔120的螺栓，先装上2个螺栓后，将密封垫片放入法兰的密封面间，然后安装第3个螺栓。密封垫片必须在法兰配合面之间对中，用手拧紧螺母直到密封垫片接触到法兰支撑面，然后用校准力矩的力矩扳手按顺序（交叉拧紧）分次（20%、40%、100%额定力矩值）将每个螺栓拧紧至规定力矩，并锁定螺母以防由于振动而造成松动。法兰安装的检查：安装时应分3次（自由状态、40%力矩值、最终）检查法兰的平行度，在法兰的外缘（或法兰配合面）相距90的4个点用塞尺（或游标卡尺等）检查法兰的平行度。法兰安装后应用校准的力矩扳手检查每个螺母的力矩。法兰紧固之前，在自由状态下用角尺或直尺测量法兰外缘相距90的两点是否平齐，且两法兰相对螺栓孔中心偏差不超过法兰孔径的5%，并保证螺栓能用手自由穿入（此为法兰同轴度的检查）。法兰是管道的重要部件，安装的要点是必须保证法兰平行度和螺栓的拧紧力矩。法兰平行度的检查应在管道处于施工图纸上规定的支架设置而形成的自然状态下进行，不允许添加任何临时的辅助支撑。在装入螺栓前，应检查法兰平行度是否在规定的公差范围内（泵出入口法兰为0.1mm，金属垫片法兰为0.2mm，石墨缠绕垫片法兰为0.2mm或0.3mm），若存在超差现象则必须采取措施纠正（多数为焊缝的调整）。平行度检查合格后按同一方向穿入螺栓，用校准的力矩扳手分3次（20%，40%，100%规定力矩值）交叉拧紧至规定的力矩值。核辅助系统管道法兰用垫片有金属垫片和石墨缠绕垫片2种，同规格的2种垫片的拧紧力矩规定值各不相同。(3)阀门安装阀门安装前应核对其型号、规格、材质、位号、六位编码是否符合设计文件，阀门应进行强度试验和密封性试验，其压盖螺栓应留有调节余量。阀门安装：带有电（气）动装置的阀门在吊装运输过程中应注意保护，其驱动机构上的吊点只能用来吊运驱动机构，阀门整体吊运时吊点应设置在阀门本体上；阀门就位前应按设计图纸核对其安装方向和位置；阀门与管道以法兰或螺纹方式连接时，阀门应在关闭状态下安装；阀门与管道以焊接方式连接时（为防止放射性介质泄漏，秦山核电二期工程中核岛阀门大部分采用焊接连接），阀门不得关闭，焊缝底层宜采用氩弧焊；焊接时焊接地线不应穿过阀体；软密封面阀门焊接时应用感温纸或测温计测量并控制阀体温度及层间温度，防止过热破坏密封面；隔膜阀焊接时应拆除阀芯；阀杆及传动装置应按设计规定安装，动作应灵活。安全阀应垂直安装，在管道投入试运行时，应及时调校安全阀，开启和回座压力应符合设计文件的规定，在工作压力下不得有泄漏。阀门安装后应核对其型号、规格、材质、位号、六位编码、流向是否符合设计文件，手动全行程开关阀门23次观察阀门动作的灵活性，检查完毕后应及时保护。(4)阀门远传机构安装为实现放射性介质的隔离，减少操作人员的剂量水平（或为便于集中操作控制），许多放射性剂量较高的房间内需现场操作的阀门设置了阀门远传机构。阀门远传机构安装前，阀门应安装完毕且处于关闭状态，阀门电（气）动驱动装置应切换到手动状态；安装人员应首先确认穿过楼板（或墙）套管组件的安装结构和定位尺寸；拆卸、装配和起吊远传机构时要注意保护传动轴和轴承，配合表面不能有划痕、碰伤、变形等损坏现象，特别要保护好空心轴的变形和精度；电（气）动驱动装置和手动装置同远传机构输入端的接口尺寸与公差、阀杆同远传机构输出端接口尺寸与公差在装配时应满足要求，避免卡、咬而影响传动效率；装配时轴承内、螺纹配合面应涂耐辐照润滑脂，以防锈蚀和咬死。阀门远传机构安装完成后应进行以下检查：阀门处于关闭状态；传动座上的位置指示器处于“关”位置且开关方向与阀门一致；阀门电（气）动驱动装置处于手动状态；盘动手轮使阀门满行程开关23次，观察传动座上的位置指示器上、下移动和转向机构、万向联轴节等整个传动系统的灵活性；当阀门开关位置信号被接到控制室时，应接通并与传动座上的位置指示器“开关”一致。在阀门远传机构安装完成后，发现个别远传机构无法操作，部分球阀的远传机构开关位置与阀门不一致，因远传机构和球阀的开关有限位装置，无法满足使用要求。(5)管道施工中的清洁和保护管道清洁，尤其是管道内壁的清洁对系统的正常运行非常重要。而管道安装后所达到的清洁程度，直接关系到后续管道冲洗的难度及最终达到的效果，因此在管道施工中始终应将管道清洁作为质量控制的一个重点。管道预制后，只有清洁度检查合格并进行了管口封堵后方可出厂用于现场安装。管道安装中非正在施工的管口都应进行封堵，以防止异物进入管道。管道坡口加工时管道内部应采取封堵措施，以防止打磨碎屑进入管道。质量控制人员应加强现场的巡视检查力度，对发现的问题应及时要求施工单位进行整改，才能较好地控制管内的清洁，为后续管道的冲洗创造条件。2.3管道焊接在核辅助系统管道安装工程中，焊接作业量占很大份额，焊接质量对整个工程质量有突出的影响。管道焊缝错边，特别是那些有安全等级的焊缝错边对管道的强度、从而对核安全有直接影响。技术规格书规定，管道外表面的最大错边量应小于0.25e（e12mm，e为管子的壁厚）或0.1e+2（e12mm），内表面的最大错边量应不超过0.05e+1。在管道预制和安装初期，出现了较多的管道焊缝错边超差，经现场检查分析，原因为供货商供应的管子管径和椭圆度都允许有一定的偏差，这些偏差有时可以超过管道焊缝错边的限值，尤其是大口径的薄壁管。另一个原因是管材和管件的壁厚不一致，其差值超过管道焊缝错边的限值。根据实际情况，现场各方经充分技术论证，薄壁管组对时进行矫形，尽量消除椭圆度的影响，并在焊接过程中注意控制变形量。对于管材和管件壁厚不一致引起的内错边超差，采取了在管件上加工1:4的过渡段消除内错边。对于外错边，可采用打磨、堆焊等平滑过渡的措施。由于在管道预制初期制定了处理措施，在后续施工中管道错边的问题得到了较好的解决。管径小于2寸的管道焊接大多数是采用插套焊。根据以往工程监理的经验，系统运行时出现的焊接问题中插套焊占很大比例，因此质控人员自始就给予了高度重视。首先要求焊接组对时必须按技术要求保证插入的管端距离被插入件的台肩留有23mm的间隙，施工人员在组对时先将管子插入到管接头等部件的底部，在管子上做好标记，再将管子抽出23mm，检查确认间隙后方可焊接，在管道焊接后，质控人员认真进行了目视检查，以消除外观缺陷。同时检查焊缝无损检验的比例是否符合技术文件的要求。为减少放射性泄漏的几率，核辅助系统的阀门大部分采用焊接连接。为了保护密封面，有些阀门（如非金属密封面阀门）要求在安装焊接时不能超过一定的温度，对于隔膜阀等可拆除阀芯的阀门安装前应拆除阀芯，焊接完后再恢复。对于不能拆除阀芯的阀门，检查人员要求施工时必须配备点温计或感温纸，以监测和控制焊缝区的层间温度，同时加大巡视检查的力度。结果，在整个工程未出现因焊接温度过高而破坏阀门密封面的现象。施工环境和焊接设备状态对焊接质量有很大影响，安装初期现场的施工条件恶劣，尤其是梅雨季节，施工环境相对湿度经常超过90%。由于湿度超标时焊接易产生超标气孔，对焊接质量有不利影响，质控人员要求施工单位必须采取措施改善施工环境。对急需焊接的项目，必须使焊接区域的局部施工环境满足要求。焊机等焊接工机具须按时标定，在标定有效期内方可使用。3经验与体会管道安装贯穿核电厂设备安装的整个过程，周期长，点多面广，安装工作在2年多的时间内每天都在进行，有大量重复性的工作，因此管道安装的质控工作有其独特的特点，应从人、机、料、法、环5个方面加以控制，其中人员和材料的控制尤为重要。(1)提高施工及质检人员的技术水平，强化施工及质检人员遵守工艺要求和质保程序的职业素质。整个工程是通过施工人员每天一个个管件、一条条焊缝的施工而完成的，质检和监理人员的检查只能及时发现检查时存在的问题而减少质量缺陷的存在，并不能从根本上避免质量缺陷的产生，也不能保证检查合格的物项完全没有质量缺陷。要想保证物项质量，必须使每个施工人员具有相应的技术水平，知道工作该怎么干，保证施工人员从思想上、制度上自觉按工艺要求完成工作。质检人员应认真负责地对施工过程及最终质量进行检查，及时发现施工中存在的质量问题，尤其是工艺问题。秦山二期工程中就曾发生过因施工人员技术水平低而在焊缝区域开孔的情况，而质检人员也没有及时纠正，造成了材料的浪费和工期的延误。(2)严格材料验收管理，做好材料使用记录。材料的性能决定了管道物项的质量，不合格的材料无论怎样使用、用于何处，都会影响物项的质量，并有可能使物项最终不满足设计要求，甚至是功能要求。因此，应严格按照设计文件的要求对所有用于工程物项的材料进行验收，不合格的材料不能验收通过，检验不合格的材料限期运离现场，未经验收合格的材料不能用于工程。管道所用材料规格较多，同规格的材料有很多批次，需要对每批次材料的具