赵宇强，王英杰

（1. 山东核电有限公司，山东 海阳 265116；2.国核工程有限公司，上海 200233）

0 引言

AP1000 核电波动管是核安全Ⅰ级、抗震Ⅰ类设备，其设计压力为17.13MPa，设计温度为360℃。波动管的整体结构呈空间螺旋上升形状，是由5 段长度不等的超低碳不锈钢锻造而成的无缝弯管组成，其材质为SA312 TP316LN（P8），五段分别标记为S001、S002、S003、S004、S005，安装在反应堆厂房蒸发器A 腔室(11301 房间）和稳压器腔室（11303 房间），将稳压器下封头与主管道热段L001A 连接起来。

波动管作为核岛关键设备之一，有别于传统波动管制造技术，AP1000 核电波动管采用了超低碳控氮不锈钢整体锻造技术，其冶炼技术要求高、加工周期长、弯管工艺复杂。在制造出厂前均没有进行坡口加工，每段的两端都留有至少50.8mm 以上的安装调整余量，到达现场后根据稳压器和主管道L001A 的位置及波动管实际外形尺寸进行3D建模确定每个端口的实际加工量并进行坡口加工、组对、焊接等工序完成波动管安装工作。

图1 波动管安装三维图Fig.1 Surge line pipe installation 3-D graph

1 波动管安装技术

波动管安装三维图如图1 所示。波动管预组装示意图如图2 所示。波动管到场后需要在稳压器就位前引入至稳压器腔室并根据其最终就位位置合理摆放，待稳压器最终就位后通过3D 建模、实体模拟组对等确定管道切割量、坡口尺寸等，再展开坡口加工、组对、焊接、无损检测、成品保护等工作。

1.1 先决条件

图2 波动管预组装示意图Fig.2 Surge line pipe preinstallation graph

（1）人员要求。参与波动管施工的人员应熟悉波动管安装技术要求，熟悉相关规范、图纸、技术规格书等技术文件，并取得上岗资格。焊接技术人员应具有专业理论基础，掌握窄间隙自动焊原理、焊接工艺，并能及时、独立处理焊接施工中遇到的问题。机加工人员应经过机加工模拟操作培训并具备独立作业的能力，能熟练掌握坡口加工机工作原理、坡口加工工艺、操作流程等。所有参与波动管施工的人员必须参加过技术交底、安全交底。

（2）材料要求。波动管、焊材应有完整的质量证明文件，符合相关技术要求，且验收合格。

（3）设备及工机具要求。焊接设备、机加工设备、施工仪器仪表均应经过合格标定、有明显的标识，且在标定有效期内使用；吊装的工机具、设备必须处于良好的工作状态；辅助工装应采用不锈钢制作，避免碳钢材质与不锈钢母材直接接触。

（4）技术文件要求。波动管施工所用图纸、技术文件齐全且处于最新版本；波动管安装技术、安全交底卡已编制完成并发布；波动管安装方案、焊接方案、焊接工艺评定及相关工作程序已批准发布；波动管安装清洁区及控制区的建立、维护方案已发布。

（5）现场环境条件。稳压器已最终就位、下部横向支撑已安装完毕；主管道L001A 已安装完毕；A 环蒸发器已卸载完成；清洁区、施工控制区已建立并按要求实施管控；5 根波动管已全部引入并按照安装时的走向摆放至预存位置；波动管施工所用临时工装已引入并摆放完毕。

1.2 安装工序

在先决条件准备好之后进行波动管的安装工作，安装顺序如图3 所示。

1.3 每道焊口主要施工内容

（1）坡口加工。坡口加工采用PHSF-508-A 型数控坡口加工机，整个坡口过程主要包括坡口定位放线、余量切割、内镗孔加工、外坡口加工、钝边打磨、清洁等工序，最终坡口加工完毕后应满足图4 的要求。

（2）组对。当坡口加工完毕且检验合格后进行管道组对工作，使用提前布设好的调整临时支撑和倒链对管道进行调整、组对，直至波动管组对满足要求：组对间隙为0～2mm，内壁错边量≤0.8mm。

（3）焊接。AP1000 波动管焊接采用窄间隙冷丝TIG焊（惰性气体钨极保护焊），焊丝采用ER316L，规格为φ1.0mm。保护气体采用氩气，正面保护气体采用高纯液氩，氩气纯度为99.999%，背面保护气体采用纯氩，纯度不低于99.99%，所用氩气符合GB 4842 要求。

焊接场地半径控制在1.5 米范围内，应满足以下条件： 风速＜2m/s，相对湿度≤90%，温度≥10°，当上述条件任何一种情况不满足时，不得实施焊接作业。

管道组对完成后应采用奥氏体不锈钢点固棒进行点固，整个圆周上均匀分布3～4个点固棒，长度为40～50mm。点固焊接采用手工钨集氩弧焊。每次点固焊接后应检查组对间隙、内壁错边量，避免超标。

为保证焊缝背面成型和焊缝质量，焊口组对、点固结束后，在波动管内部安装充氩保护装置，直到焊缝熔敷金属大于15mm 后方可停止充氩，焊接前应保证焊接区域内的空气排除干净，利用测氧仪测量焊接区域氧气含量不大于1%。

（4）NDE 检测。波动管坡口加工完毕后，应对机加工表面进行VT、PT 检测；点固棒去除后应对点焊部位进行PT 检测；焊接作业前应对稳压器管嘴、主管道的波动管接管嘴表面进行VT、PT 检测；焊缝熔敷金属厚度达到约15mm 时，针对焊缝进行表面VT、PT、RT 检测；焊缝熔敷金属厚度达到100%厚度时，针对焊缝进行 表 面VT、PT、RT 检测；此外，当焊缝厚度达到100%厚度且RT 检测完毕后，应进行一次UT 检测。

图3 波动管安装顺序Fig.3 Surge line pipe installation sequence

图4 坡口加工图Fig.4 Groove Form Diagram

2 波动管安装技术难点及应对措施

AP1000 核电波动管每段管道的外形都不相同，呈螺旋状从稳压器管嘴旋转而下，与主管道和稳压器连接起来，整体构成的环路在水平圆周方向的旋转角度达到约540°，其安装难点主要体现在以下几点：

2.1 安装工期短

由于AP1000 堆型设计的紧凑性，主回路施工工序存在严密的逻辑性，导致波动管安装工期小于国内其他压水堆核电站，但是工作量又大于其他压水堆核电站，波动管施工是核电站主回路系统施工中处于关键路径，任何一个环节出现问题都将对电站建造进度及质量产生影响，在工期短、工作量大、焊接工艺难、施工逻辑复杂的前提下，如何保证安装焊接质量及施工安全的情况下完成此项工作，是一个巨大的挑战。

2.2 坡口加工质量控制

在波动管安装过程中，波动管的坡口加工是波动管安装过程中的一个重要环节，每个管嘴的坡口加工数据都会影响其他管嘴的加工，彼此之间互相影响，一旦某个坡口加工失败则代表着一根波动管的报废，单根波动管的报废将影响整个波动管的建模数据及其他管嘴的加工尺寸的确定，此外，根据目前建造经验，由于波动管制造存在偏差导致波动管的部分管段坡口形式有所改变，如何保证坡口加工质量，是各单位人员需要重点关注的内容。因此，在坡口加工前，必须进行机加工模拟实验对参与机加工的各类人员进行实操培训、确定机加工工艺，同时在机加工过程中通过强调加工纪律、细化机加工步骤、增加检验频率等来保证坡口加工质量。

2.3 焊接控制

AP1000 核电波动管在焊接过程中焊接收缩量较大，如果不采取合适的焊接工艺对焊接变形、收缩量等进行控制以降低焊接残余应力，必将对安装过程造成困难，进而影响安装质量，而且波动管作为一回路核心部件直接接触放射性物质，任何安装缺陷都会对电站运行安全、使用寿命产生影响，且维护费用极其昂贵。因此，在波动管正式安装前，应实施全比例模拟焊接获得焊接变形、焊接收缩等经验数据，并全面分析焊接过程中可能存在的风险与隐患，从焊接工艺、焊接纪律、检查方式等方面着手保证焊接质量的可靠性。

此外，如果焊接缺陷的处理、挖补措施、氩气室的布置与取出等都应提前考虑相应的措施。

2.4 施工场地的布置

根据设计要求，波动管施工时焊接场地（半径1.5 米范围内）应满足以下条件：风速＜2m/s，相对湿度≤90%，温度≥10℃，且整个施工区域应满足C 级清洁度要求。稳压器腔室与蒸发器腔室通过走道连通，根据AP1000 堆型核电建造逻辑安排，在波动管施工期间，蒸发器腔室内、稳压器腔室顶部同时进行大宗材料施工，如何确保波动管施工与其他施工工作互不影响，应提前考虑规划建设不同等级的波动管施工控制区，并根据需求设定相应的管控措施。

2.5 波动管定位

波动管的安装基准是稳压器管嘴、主管道管嘴中心点，在施工过程中重点控制每个焊口的中心点，由于波动管安装工作的不可逆性，尤其是S005 管段作为最后一根安装的管段，其连接形式为通俗意义上的 “硬连接” 模式，存在很大的工艺风险，为保证安装坡口加工数据的准确性，应充分考虑波动管外形尺寸、波动管制造偏差、坡口加工形式、组对要求、安装坡度、波动管与墙体的距离、波动管保温安装、支架位置等因素，对波动管进行整体模拟组对，以确定坡口加工数据，目前主要采用了现场模拟组对和3D 计算机模型建模两种方式，这两种方式互为补充、互相校验，模拟组对的数据得到各方认可是波动管开始施工第一重要的先决条件。此外，在施工过程中，每安装完成一根波动管，都要进行重新建模，及时对后续波动管安装数据进行调整。

2.6 施工清洁度控制

根据设计文件要求，波动管的内外表面应满足C类、B 类核级清洁度要求，在波动管施工过程中，要经历吊装倒运、坡口加工、焊接、NDE 等步骤，在每一段管道加工过程中，其上游管段或设备都处于连通状态，如何保证施工期间的清洁度且管道内无异物，尤其是两个U 型管段的清洁度控制是施工难点。目前，在建核电波动管管道内壁采用高压冲洗和内窥镜检查的方式、外表面采用擦拭和目视检查的方式，在此基础上及时进行成品保护，通过上述手段对每一个施工步骤进行清洁度控制，并建立合适的清洁区予以管理，各级质量控制人员提高清洁度检查频率，有效保证了波动管施工清洁度。

3 总结

波动管安装工作在AP1000 建造过程中是一项非常重要内容，同时也是AP1000 核电站安装工作中工艺设计、技术水平、施工难度、施工逻辑要求非常高的复杂作业，为保证波动管整个施工过程满足监管要求、处于受控状态，最终施工质量能达到设计要求，必须对整个施工过程中可能存在的质量、安全、技术、技能风险进行全方位的详细分析，并为后续AP1000 核电波动管安装提供借鉴。目前全球首批在建AP1000 核电厂址中，都已成功完成一台机组的波动管施工作业，安装质量满足设计要求。

[1] 林诚格，郁祖盛，等. 非能动安全先进压水堆核电技术[M].北京：原子能出版社，2010.