中国核工业第五建设有限公司 上海金山 201512
摘要：AP1000核电反应堆冷却剂系统主管道为反应堆压力容器、蒸汽发生器（SG）和反应堆冷却剂泵提供了一条封闭回路和压力边界，是压水堆核电站最关键的核安全1级设备，管内介质为带有放射性的含硼水。AP1000核电反应堆冷却剂系统主管道坡口加工数据由三维测量技术和3D计算机模型技术经测量建模及模拟组对后得出；同时主管道的焊接采用窄间隙自动焊。为规避主管道倒装法安装工艺，窄间隙自动焊接技术以及主管道制造偏差等带来的风险，通过合理制定加工工艺及控制方法，确保主管道坡口加工质量。
关键词：AP1000核电；主管道；坡口加工；质量
1 AP1000核电反应堆冷却剂系统主管道坡口加工特点
AP1000核电反应堆冷却剂系统管道没有过渡段设有两条完全相同的主冷却剂环路，每条环路有两条内径为560mm的冷管段和一条内径为790mm的热管段组成，每条环路共有6道安装焊口，主管道材质为ASME SA-376 TP316L（P8）超低碳不锈钢且管内介质为带有放射性的含硼水。主管道没有弯头，采用弯管以减少焊缝数量。主管道安装采用窄间隙自动焊，利用3D激光跟踪测量系统现场测量，并采用数控欧米加9B加工系统对主管道坡口进行现场加工。主管道坡口加工具有如下特点：
a.主管道坡口加工精度要求高，切割余量小。
b.主管道冷段RV侧坡口加工后可能存在壁厚不同程度的超差现象。
c.主管道两端与相应设备管嘴端面存在夹角，需对主管道进行斜面坡口加工，增加了现场施工难度。
2 AP1000核电反应堆冷却剂系统主管道坡口加工技术
主管道坡口加工主要工艺包括测量及建模、划线、粗切割、面切割、内镗孔、外坡口加工等，其中粗切断环节由切断机来完成，而面切割、内镗孔、外坡口加工环节均由数控坡口机来完成。
主管道热段、冷段SG侧管道比较规则，而主管道冷段RV侧因制造过程中产生的不规则变形，导致管道壁厚不均匀、端面成椭圆、内外圆不同心；呈现出壁厚最小处也是内径最大的地方。由此，测量建模、内镗孔及外坡口加工是整个坡口加工中的关键控制点；这就需要在坡口加工过程中进行反复测量管道壁厚、坡口机中心位置和管道内径来调整坡口机位置来保证管道最小壁厚、管道内径和管道中心。
2.1建模及拟合计算
测量及建模工艺借助于三维测量技术和3D计算机模型技术，首先对反应堆冷却剂管道、反应堆压力容器及蒸汽发生器进行建模，其中反应堆压力容器、反应堆冷却剂管道及蒸汽发生器垂直支撑的建模在安装现场进行，而蒸汽发生器的建模需要到制造厂家进行；最后，根据建模进行主管道虚拟装配拟合计算，从而获取最佳组对状态。
在整个反应堆冷却剂系统主管道测量及建模的过程中，控制的重点在于测量数据采集的精确性和采集数据计算的准确性；因为环境因素对激光跟踪仪的影响较大，尤其是环境温度、强光及噪音等因素对激光跟踪仪的影响。
对于测量数据采集的精确性控制方法主要有：一方面，通过调节激光跟踪仪工作环境温湿度、电压及海拔高度，使激光跟踪仪工作环境满足电压（1±10%）100～220v，海拔高度522mmHg～836mmHg，温度－10～40℃，湿度0～95%无冷凝等要求。另一方面，每完成一个测站的数据采集后，抽查2个以上距离相对较远位置的控制点坐标，要求与初始理论偏差小于0.15mm。如果超差，重新定位仪器进行并重新采集数据。
对于采集完成数据计算分析的准确性控制方法主要有：一方面，通过采取不同人员对建模数据进行复核的方式；另一方面，通过采取建模数据与厂家交工资料数据和施工班组实际测量数据进行对比的方式。
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2.2划线
根据最佳组对状态数据和主管道组对间隙要求计算主管道RV侧切割余量，并标记RV侧最终切割线和粗略切割线。主管道RV侧焊接完成后更新模型，拟合计算最佳组对状态，确定SG侧切割余量，并标记SG侧最终切割线和粗略切割线。
2.3粗切割
主管道粗切断使用液压切断机机进行，设备安装调整完成后通过试运转来验证切断机刀具是否对准管道粗略切割线。切割管道深度剩余5mm时通过管道切割端面焊接吊耳并连接吊车进行吊重的方法来消除夹刀和掉落的风险。其中，管道切割端面吊耳焊接时宜采用氩弧焊焊接方式来避免焊接飞溅、电弧擦伤等污染主管道。
2.4面切割
主管道面切割使用数控坡口机在粗切断的基础上继续加工使管道端面切割余量和倾斜角度满足主管道安装预案中的要求。安装卡盘时为满足后续内镗孔深度的要求，卡盘外端面距管端面距离＞270mm；使其平面度和中心位置偏差均小于0.3mm。面切割进刀量≤0.5mm/次。
2.5内镗孔
镗孔工艺控制的重点在于测量数据的准确性和主管道与设备管嘴内外径匹配性（组对错变量）；主要控制方法有：
（1）为确保测量数据的精确性，测量主管道壁厚前首先以主管道实体作为试块来校准超声波探伤仪，其次主管道端部分别用游标卡尺和超声波探伤仪进行测量数据对比；
（2）为确保主管道镗孔后的内外径与设备管嘴相匹配，镗孔前首先测量设备管嘴内外径，其次根据坡口机位置、设备管嘴内外径、主管道原始内外径及管道原始壁厚综合分析加工余量及方法；
（3）减小坡口机中心位置偏差，调整坡口机中心位置使其偏差小于0.1mm；
（4）对于各种测量数据综合分析后得出的下一步加工计划需由机头操作员、控制面板操作员、技术员及质检员等多方签字确认；
（5）镗孔余量小于1mm时，减小坡口机进刀量使其≤0.25mm/次。
2.6外坡口加工
主管道冷段RV侧和SG侧坡口加工技术参数一致，但热段RV侧和SG侧加工技术参数略有区别；主要区别在于热段RV侧是单面坡口，而热段SG侧是双面坡口。外坡口加工同样适用数控坡口机来加工，调整坡口机中心位置和平面度使其均＜0.3mm。
外坡口加工工艺控制重点在于管道钝边与设备管嘴钝边匹配性（组对错变量和间隙）。控制方法主要有：
（1）主管道坡口加工前首先测量设备管嘴钝边高度和厚度，其次根据设备管嘴钝边参数和技术参数综合分析得出每个管道钝边加工最佳参数；
（2）减小坡口机中心位置和平面度偏差值，使其均小于0.1mm；
（3）坡口加工余量小于1mm时，减小坡口机进刀量使其≤0.25mm/次，且每进一刀后由机头操作人员、控制面板操作人员、技术员及质检员等多方确定。
2.7质量保证
反应堆冷却剂系统坡口加工以全面质量管理为理念，“以标准化工作、计量工作、质量信息工作、质量教育工作、质量管理小组活动”为基础工作。通过实行两级QC质量控制体系，从施工前的质量活动、施工中的质量活动及施工后的质量活动三个阶段对其施工质量进行全面管理；真正做到凡事有章可循，凡是有人负责，凡是有人监督，凡事有据可查。
3结束语
通过对主管道加工前的数据分析，掌握了坡口加工的关键控制点；通过采取措施对测量建模、内镗孔及外坡口加工等关键控制点的控制克服了管道制造偏差及环境影响等带来的一系列困难；通过施工前、施工中及施工后的一系列质量活动，主管道坡口加工一次合格率达到了100%；通过主管道坡口加工顺利完成，说明在坡口加工中采取的控制方法和手段是有效的。
参考文献：
[1]《CPP-PL01-V8P-200》主管道安装技术条件.
[2]《APP-PL01-Z0-200》反应堆冷却剂环路无缝锻造及形成管的制造规范.
[3]《HYG-PL01-P0P-200322》AP1000反应堆冷却剂系统主管道坡口加工工作程序.
[4]张公绪.《新编质量管理学》.
论文作者:李学
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月下
论文发表时间:2018/9/28
标签：加工论文; 冷却剂论文; 反应堆论文; 测量论文; 管道论文; 建模论文; 余量论文; 《建筑细部》2018年2月下论文;