曾豪 劉昌年
摘要:由于HDPE材料在AP1000核電站中的使用屬于國內(nèi)核電建設中的首次應用,沒有施工先例和經(jīng)驗,本文根據(jù)海陽AP1000核電站SWS系統(tǒng)HDPE管道的施工過程和經(jīng)驗,總結(jié)了HDPE熱熔焊接的施工技術(shù),包括管道之間熱熔焊接、接管座熱熔焊接、法蘭熱熔焊接,以及施工中應重點關(guān)注的問題。
關(guān)鍵詞:AP1000;HDPE;熱熔焊;施工技術(shù)
1.AP1000-?SWS系統(tǒng)介紹
1.1?SWS簡介
SWS是為CCS提供冷卻的系統(tǒng),然后CCS再為主泵等設備提供冷卻。從循環(huán)水泵房前池取冷海水,經(jīng)三臺SWS立式泵打到過濾器,再到CCS換熱器換熱后排入虹吸井。整個系統(tǒng)管道材質(zhì)分為HDPE和鎳基合金兩大部分,其中室內(nèi)部分包括循環(huán)水泵房和常規(guī)島第一跨內(nèi)為鎳基合金,廠區(qū)部分都是HDPE材質(zhì)。該系統(tǒng)影響整個核電廠調(diào)試,是比較重要的一個制約系統(tǒng)。本文著重介紹HDPE部分的施工技術(shù)及施工中應注意的問題。
1.2國外HDPE管的應用和現(xiàn)狀
PE3408的管道等級樹脂已經(jīng)為電力行業(yè)提供管道服務超過25年了,近年來HDPE樹脂管在工程特性上有了發(fā)展,升級的PE4710樹脂,能提供超級抗裂性、優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕性以及高壓工況下的工作能力,在2007年開始應用于工業(yè)。
PE3408的樹脂管道等級早已在美國AmerenUE?Callaway核電站中應用40多年,如冷卻塔排污管。在緊急廠用水(Essential?Service?Water)中第一次應用于核三級管道中,在這之前,從沒有HDPE管道應用在核級系統(tǒng)的工程中,故必須得到ASME以及美國核管會(NRC)的批準,為了達成此事,AmerenUE?Callaway?核電站以及工程顧問的質(zhì)量工程師包括ISCO公司工程師組成一個團隊研究制定了一個ASME核三級管道的新規(guī)范案例:ASME?Code?Case?N-755,它包括系統(tǒng)設計、培訓、預制、安裝、檢查檢驗等,在2007年被ASME批準,這是一個重大的突破,這也成為了AmerenUE?Callaway?核電站向美國核管會申請最終批準的基礎(chǔ)。便隨著ASME對HDPE管材的準入,HDPE在工程應用中的領(lǐng)域又擴大了。
2.?HDPE熱熔焊施工技術(shù)重點
在確定設備及材料供應商后,要提前組織供應商及設計方共同勘察施工環(huán)境并測量內(nèi)部數(shù)據(jù),根據(jù)測量數(shù)據(jù)確定材料定尺長度及管件和焊機的選型。HDPE管道施工流程如下,本文著重介紹熱熔焊及檢驗和試驗的相關(guān)技術(shù):
施工前準備→管道引入→定位放線→切割下料→熔接→焊縫檢查→水壓試驗
2.1管道的定位放線及切割下料
管道定位放線必須依據(jù)設計院發(fā)布的最新版布置圖及設計變更,所有坐標以核島坐標為基準,根據(jù)測量基準點進行放線。
HDPE管的切割宜選用木工鋸和電動鋸,因綜合管廊相對密閉,施工期間通風狀況不理想避免采用汽油鋸。
2.2?HDPE熱熔焊接
因熱熔焊接是國內(nèi)核電中的首次應用,沒有施工先例和施工經(jīng)驗,本文重點介紹熱熔焊接的施工技術(shù),包括管道熱熔焊接、支管臺熱熔焊接、法蘭熱熔焊接三大部分。
2.2管道熱熔焊
焊接準備工作是確保焊機的工作條件滿足焊接要求。如:檢查卡具是否緊固、電氣連接是否正確、液壓裝置里的油夠不夠、加熱板是否符合外觀檢查的要求并對銑刀和油泵進行試運行。
放置HDPE?管
(1)清潔即將連接管段的內(nèi)外表面,清除需被焊機夾持的管道部件表面的雜物。
(2)管段固定時必須找正以使其表面在同一平面上。最大錯邊量應小于管道或配件壁厚的10%,且最大錯邊量不能超過2mm。
(3)固定管道時管端應伸出最后一個卡具約20~50mm,這樣有約5~15mm可以銑削,剩余長度用于熔接。
(4)管子就位后固定頂端的卡具。將頂部卡具的螺栓均勻地上緊以保證管子不變形。然后進行冷對口檢查需銑削的厚度。
銑削管子表面:分開兩管段置入銑刀,打開銑刀電源并調(diào)節(jié)到適當?shù)乃俣?。合攏管段兩端,并加以適當?shù)膲毫?,直到兩端均有連續(xù)的切屑出現(xiàn)。
銑削后,檢查管端的錯邊量與橢圓度。如需調(diào)整,通過扣緊高側(cè)的夾具,將高側(cè)的調(diào)低。不能松動低側(cè)的夾具,否則熔接期間可能出現(xiàn)滑動。
表面加熱:在加熱板放入夾具前,所有的操作人員都應掌握操作中要求的參數(shù)。
清潔加熱工具器面。對每個管段外端口封堵以阻止空氣流動到加熱板上。檢查加熱板的溫度是否處于指定溫度范圍。
保持熔接壓力,直到觀察到管道端部出現(xiàn)少量熔化物,才可降低壓力。每英寸管壁厚上保持4.5分鐘的熱浸時間。持續(xù)加熱管端,直到加熱表面上產(chǎn)生了符合要求尺寸的熔珠。
達到加熱時間后,立即分開兩根管段,取出加熱板,快速合攏兩管端,在規(guī)定壓力下兩管端保持接觸一定時間直至冷卻,對于每英寸壁厚至少保持11分鐘冷卻時間,對于焊后要進行拖運的管段,要額外增加30分鐘冷卻時間。
2.2.1支管臺熱熔焊接
使用硬度為50至60的砂布,將待連接配件的主管表面刮擦約0.007英寸深,以清除所有氧化物或污染物。
清潔加熱器面。將加熱工具放置在主管上配件底部所在的中心處。立即將配件移向加熱面,施加初始加熱壓力,直到在主管頂部觀察到熔體后將該壓力減小至熱浸壓力。保持熱浸壓力直到加熱結(jié)束。注意:不管現(xiàn)場環(huán)境溫度如何,都要按規(guī)定的加熱溫度加熱。
在支座熱熔合格后,用HDPE專用開孔工具對主管進行開孔,并清理內(nèi)部碎屑,保持管道內(nèi)部清潔。
2.2.2法蘭熱熔焊接
法蘭熔接基本程序跟管道相同。注意:在法蘭跟管道或者彎頭連接之前,先要把跟法蘭配套的Back-Up-Ring套在管道或者法蘭上,否則焊好后將無法套入。
法蘭面緊固需要用力矩扳手按照十字交叉順序且分四次,每次25%力矩,緊固到要求力矩。力矩扳手校驗不能超過4個月,且要求緊固力矩不能超過力矩扳手所能緊固的最大力矩的60%。緊固法蘭螺栓時,沿圓周選取至少3?到4?處測量法蘭間的間隙,以證實法蘭均勻貼合。每擰緊一圈,記錄間隙位置和間隙閉合距離。[2]
2.3焊縫檢查
焊縫檢查主要依靠外觀檢查,看兩側(cè)熔珠是否均勻、大小是否合乎標準。注意:焊珠之間的V形槽深度不得大于管表面上方的焊珠高度的一半。[3]
對于支管臺焊縫,將接頭與目測檢查指南進行對比。應有三個熔珠,配件底部周圍有一個熔珠,加熱工具邊緣處的主管上有一個熔珠,以及一個主管熔珠。配件和管的熔珠應為圓形,且大約1?8英寸寬,全部圍繞配件底部。
對于法蘭焊縫檢測方法同管道。
除目視檢測外,還可以依據(jù)ASTM2620中的side?back方法用Side-Bender對焊縫進行抽樣檢測,原理是在焊縫處截取一段,把截取部分銑成不低于1”厚度的薄板,然后用Side-Bender進行側(cè)彎試驗,要求試樣彎曲后,靠彎內(nèi)側(cè)的彎曲半徑比最小壁厚小,檢查焊縫的抗彎破壞能力。[4]
2.4水壓試驗
在所有管線施工完成后,進行水壓試驗,試驗方法同金屬管道。注意:因HDPE材質(zhì)特殊,在水壓過程中管道膨脹率較大且管線長,導致升壓時間長,建議采用大功率升壓泵;水壓試驗前要保證支架完整,防止試驗過程中管道擺動傷人。
3.HDPE熱熔焊接優(yōu)點
HDPE熱熔焊在國外是成熟的工藝,在美國已經(jīng)應用在核電站核級系統(tǒng)中,在開闊的環(huán)境下相對于傳統(tǒng)電焊,有以下優(yōu)點:
(1)熔接快速,對于30”大口徑管道來說,HDPE材質(zhì)熱熔一個焊口時間約為3小時,包括管道倒運、組對、切削、熱熔等階段時間,而傳統(tǒng)金屬材質(zhì)焊接時間約需2天的時間,節(jié)約工期明顯
(2)無需焊接填充材料,只需一次投入購買熱熔焊機的資金
(3)熱熔焊機對操作和儲運的環(huán)境要求相對寬松,環(huán)境溫度0~50℃之間,相對濕度低于95%且無可見結(jié)露的情況下,都可以運行。相對于傳統(tǒng)電焊對相對濕度的要求較寬松。
(4)熱熔焊機操作工需要在廠家培訓后并考試合格即可取得操作證,培訓加取證時間為7~10天,相對于傳統(tǒng)焊工ASME取證(約20天)快捷很多。
參考文件:
[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
作者簡介:
曾豪,男,1980年11月出生,山東平度人,工程師,畢業(yè)于青島大學熱能與動力工程專業(yè),工程碩士,現(xiàn)從事核島管道施工技術(shù)及管理工作。