AP1000主管道坡口加工質(zhì)量控制

孫學(xué)峰，李　嵐

（國(guó)核工程有限公司海陽(yáng)項(xiàng)目，山東海陽(yáng)265116）

AP1000主管道坡口加工質(zhì)量控制

孫學(xué)峰，李嵐

（國(guó)核工程有限公司海陽(yáng)項(xiàng)目，山東海陽(yáng)265116）

以AP1000反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主管道作為唯一沒(méi)有引進(jìn)外方技術(shù)的AP1000核島關(guān)鍵設(shè)備，由國(guó)產(chǎn)化整體鍛造加彎制而成。由于制造難度大且無(wú)經(jīng)驗(yàn)可借鑒，依托項(xiàng)目主管道產(chǎn)品彎制完成后出現(xiàn)了不同程度的不符合項(xiàng)，給設(shè)備交貨、安裝和項(xiàng)目進(jìn)展造成了很大困難。在兩個(gè)依托項(xiàng)目中，海陽(yáng)項(xiàng)目主管道制造成型情況更差，尤其是冷段壁厚與內(nèi)徑偏差更多，使坡口加工的難度更大。以海陽(yáng)核電站為例，著重對(duì)主管道安裝中坡口加工階段的質(zhì)量控制進(jìn)行研究，包括質(zhì)量控制目標(biāo)、方法、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析等，為后續(xù)項(xiàng)目主管道坡口加工的質(zhì)量管理提供一定的借鑒和參考。

主管道；坡口加工；質(zhì)量管理；AP1000

0　前言

AP1000反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主管道（以下簡(jiǎn)稱(chēng)主管道）材質(zhì)為SA-376 TP-316LN不銹鋼，為反應(yīng)堆壓力容器（Reactor Pressure Vessel以下簡(jiǎn)稱(chēng)RPV）、蒸汽發(fā)生器（Steam Generator以下簡(jiǎn)稱(chēng)SG）和反應(yīng)堆冷卻劑泵（Reactor Cooling Pump以下簡(jiǎn)稱(chēng)RCP）提供了一條封閉回路和壓力邊界，是壓水堆核電站關(guān)鍵的核安全Ⅰ級(jí)設(shè)備[1]。

主管道分為A、B兩個(gè)環(huán)路，每個(gè)環(huán)路含有1根熱段（從RCP出口到RPV接管入口的管段）及2根冷段（從RPV接管出口到SG接管入口的管段），共計(jì)6根管段，現(xiàn)場(chǎng)到貨主管道端口皆為平口，故需要現(xiàn)場(chǎng)加工12個(gè)坡口，從時(shí)間上可以分為RPV側(cè)坡口加工和SG側(cè)坡口加工兩個(gè)階段，具體施工流程如圖1所示。

圖1　AP1000主管道坡口加工流程

1　質(zhì)量控制目標(biāo)

主管道坡口加工質(zhì)量控制的目標(biāo)是使加工出的坡口滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與后續(xù)施工的要求，從而確保主管道在安裝完成后能滿(mǎn)足核電站正常、安全運(yùn)行的需求。從設(shè)計(jì)需求的角度可以將此最終目標(biāo)分解成若干個(gè)具體目標(biāo)，便于在坡口加工過(guò)程中進(jìn)行控制，如圖2所示。

圖2　主管道質(zhì)量控制目標(biāo)分解

1.1坡口尺寸參數(shù)

坡口加工的首要目標(biāo)是坡口各項(xiàng)尺寸參數(shù)能夠滿(mǎn)足圖紙和設(shè)計(jì)文件的需求。主管道坡口形式如圖3所示：根據(jù)此坡口形式圖，在坡口加工完成后需要控制的尺寸參數(shù)有7個(gè)，分別是坡口處內(nèi)徑C、凸臺(tái)深度L、鈍邊厚度P、外坡口角度α、內(nèi)鏜孔深度D、內(nèi)鏜孔角度β、倒角半徑R。

圖3　主管道坡口加工控制目標(biāo)示意

主管道坡口加工各項(xiàng)參數(shù)控制難度按照星級(jí)符號(hào)表示，難度最高為五星級(jí)，如表1所示。

表1　主管道質(zhì)量控制目標(biāo)

1.1.1壁厚，控制難度：★★★★★

最小壁厚要求是針對(duì)管道整體，原本并非坡口加工階段的控制重點(diǎn)，但是由于制造水平的不足，導(dǎo)致在坡口加工開(kāi)始之前，一些坡口加工區(qū)域的壁厚就已經(jīng)接近甚至低于最小設(shè)計(jì)壁厚，而坡口加工的內(nèi)鏜孔將會(huì)進(jìn)一步減小壁厚。盡管通過(guò)計(jì)算和驗(yàn)證，設(shè)計(jì)方修改了坡口加工完成后的最小壁厚值，但是壁厚控制仍是坡口加工過(guò)程中的核心問(wèn)題。

1.1.2內(nèi)徑C，控制難度：★★★★

內(nèi)徑大小的控制是和壁厚控制結(jié)合在一起的，由于主管道制造過(guò)程中產(chǎn)生的偏差，造成了內(nèi)徑和壁厚在各個(gè)方向上不均勻，因此在內(nèi)鏜孔過(guò)程中需要特別注意。

1.1.3鈍邊厚度P，控制難度：★★★

鈍邊厚度同樣主要在外坡口加工過(guò)程通過(guò)調(diào)整程序設(shè)定的進(jìn)刀量進(jìn)行控制，由于徑向進(jìn)刀的不可逆性，通過(guò)程序進(jìn)刀時(shí)需要特別注意。此外，由于坡口整體加工完成后還需要打磨拋光，因此在用坡口加工機(jī)加工后的鈍邊厚度通常要比設(shè)計(jì)值多一些。

1.1.4凸臺(tái)深度L，控制難度：★★

凸臺(tái)深度主要在外坡口加工過(guò)程中通過(guò)進(jìn)刀量進(jìn)行控制，由于進(jìn)刀量是通過(guò)程序設(shè)定的，且如果稍有超出可通過(guò)打磨外邊緣調(diào)整，因此控制難度不大。

1.1.5外坡口角度α，控制難度：★★

外坡口角度是通過(guò)程序設(shè)定，因此控制難度不大，主要在外坡口加工階段加以控制即可。

1.1.6內(nèi)鏜孔角度β，控制難度：★★

內(nèi)鏜孔角度根據(jù)坡口位置不同分為幾種形式（熱段與冷段、RPV側(cè)與SG側(cè)等），無(wú)論何種形式都可以在內(nèi)鏜孔時(shí)通過(guò)調(diào)整坡口加工機(jī)的程序設(shè)定來(lái)達(dá)到要求，控制難度不大。

1.1.7倒角半徑R，控制難度：★★

倒角半徑同樣是在外坡口加工或內(nèi)坡口加工時(shí)通過(guò)調(diào)整坡口加工機(jī)的程序設(shè)定來(lái)達(dá)到要求，控制難度不大。

1.1.8內(nèi)鏜孔深度D，控制難度：★

此項(xiàng)參數(shù)主要在內(nèi)鏜孔階段控制，由于只有最小值要求，進(jìn)刀量又有程序控制，因此控制難度不大，但是由于內(nèi)鏜孔會(huì)減小壁厚，增加壁厚超差的風(fēng)險(xiǎn)，因此一般內(nèi)鏜深度達(dá)到要求的最小值即可，不會(huì)繼續(xù)深入。

1.2坡口表面狀況

1.2.1粗糙度，控制難度：★

AP1000設(shè)計(jì)文件中明確規(guī)定了坡口加工后表面粗糙度要求，實(shí)踐表明，在加工完成后通過(guò)打磨使表面達(dá)到要求并不難。

1.2.2清潔度，控制難度：★

對(duì)坡口表面清潔度的要求主要包括與坡口表面接觸的耗材的有害元素含量的要求和最終坡口表面的清潔度要求，由于與其他不銹鋼管道的清潔度要求基本相同，所以并非主管道坡口加工過(guò)程控制的重點(diǎn)。

1.2.2表面無(wú)損傷，控制難度：★

在坡口加工期間需要注意避免表面不被機(jī)器或刀具等碰傷。加工完成后，需要仔細(xì)檢查坡口區(qū)域表面，由有合格資質(zhì)的人員對(duì)坡口表面進(jìn)行目視檢查和液體滲透檢查。

2　質(zhì)量控制方法

在完善的質(zhì)保體系下，以檢查和試驗(yàn)計(jì)劃（ITP）為主線(xiàn)，可將主管道坡口加工的質(zhì)量控制分為三個(gè)階段：加工前、加工中和加工后。其中加工前主要為先決條件檢查；加工中包括ITP控制和過(guò)程監(jiān)督；加工后主要為質(zhì)量記錄的檢查。質(zhì)量控制方法如圖4所示。

圖4　AP1000主管道坡口加工質(zhì)量控制方法構(gòu)成

2.1先決條件檢查

坡口加工的先決條件可以從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等方面進(jìn)行檢查，根據(jù)ITP中的設(shè)置，主要檢查以下幾項(xiàng)：

（1）圖紙。

主管道坡口加工用到的圖紙主要有坡口形式圖以及為確定位置、方向、角度用到的主管道整體布置圖等。

（2）技術(shù)文件。

主管道相關(guān)的技術(shù)文件主要包括四部分：西屋發(fā)布的技術(shù)規(guī)格書(shū)、上海核工院發(fā)布的主管道技術(shù)條件、相關(guān)的設(shè)計(jì)變更文件或設(shè)計(jì)澄清文件以及制造階段產(chǎn)生的不符合項(xiàng)報(bào)告，如圖5所示。

（3）工作程序。

在主管道坡口加工工作開(kāi)始前，承包商需根據(jù)技術(shù)要求編制施工中所需的工作程序，作為施工人員的作業(yè)依據(jù)，工作程序的數(shù)量和各自的適用范圍可根據(jù)承包商的實(shí)際情況和SPMO的建議決定，但總的內(nèi)容必須覆蓋全部坡口加工涉及到的工序。

圖5　AP1000主管道坡口加工技術(shù)文件構(gòu)成

（4）人員資格。

人員資格的檢查主要包括三部分內(nèi)容：一是整個(gè)坡口加工的人力資源情況，檢查承包商是否擁有足夠的人員、工種、人員配備能否滿(mǎn)足實(shí)際需求；二是對(duì)于一些特殊人員檢查其資格證書(shū)文件；三是所有人員需經(jīng)過(guò)技術(shù)交底與安全交底，了解主管道坡口加工的技術(shù)要求等。

（5）材料和設(shè)備。

材料主要分兩類(lèi)：一類(lèi)是主管道本身，包括兩根熱段和四根冷段；另一類(lèi)是耗材，所有可能與主管道接觸的耗材都需要提供化學(xué)成分分析報(bào)告，以證明不會(huì)因?yàn)楹杏泻Τ煞侄鴮?duì)主管道造成污染和損害。

主管道坡口加工所用到的設(shè)備主要包括坡口加工設(shè)備和測(cè)量設(shè)備（全站儀、激光跟蹤儀等）兩類(lèi)，工機(jī)具則主要包括電動(dòng)磨光機(jī)、手拉葫蘆、尼龍吊帶等。

（6）測(cè)量和試驗(yàn)設(shè)備。

對(duì)坡口加工質(zhì)量控制目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證所需要的各種檢查工具參見(jiàn)表1，此外，過(guò)程中也需要準(zhǔn)備各種型號(hào)和規(guī)格的工具隨時(shí)檢查加工情況。

（7）施工場(chǎng)地。

在坡口加工期間，加工區(qū)域內(nèi)除了要保持良好的照明和通風(fēng)，舒適的溫濕度環(huán)境外，最重要的是確保區(qū)域內(nèi)的清潔，以防止主管道被污染，因此應(yīng)建立清潔區(qū)并制定專(zhuān)門(mén)的清潔維護(hù)措施。

2.2ITP控制

AP1000主管道坡口加工的質(zhì)量控制采用檢查和試驗(yàn)計(jì)劃（ITP）的方式。結(jié)合表1各質(zhì)量控制目標(biāo)的控制難度，可以對(duì)ITP中工序點(diǎn)的重要性進(jìn)行初步的劃分。內(nèi)鏜孔階段所需控制的參數(shù)控制難度均比較大，最終檢查階段是對(duì)所有坡口加工質(zhì)量控制目標(biāo)的最終檢查，因此這兩個(gè)階段的選點(diǎn)級(jí)別應(yīng)較高；面切割和外坡口階段控制的目標(biāo)難度較低，可以選擇性關(guān)注。

2.3過(guò)程監(jiān)督

主管道加工過(guò)程時(shí)間都比較長(zhǎng)，可根據(jù)不同階段制定不同的質(zhì)量監(jiān)督單。各階段的質(zhì)量監(jiān)督單可以分為兩部分，第一部分為通用檢查項(xiàng)，即無(wú)論處在哪個(gè)階段，都需要檢查的內(nèi)容；第二部分為各階段特有的，根據(jù)各階段加工特點(diǎn)而制定的質(zhì)量控制項(xiàng)，分別包括粗切斷、面切割、內(nèi)鏜孔、外坡口、最終檢查五個(gè)階段的監(jiān)督單，在此不再一一列舉。

2.4記錄檢查

在每步工作完成后，承包商應(yīng)填寫(xiě)工序驗(yàn)證單和相應(yīng)程序要求的記錄表格，檢查無(wú)誤后通知上游單位進(jìn)行見(jiàn)證。SPMO在檢查實(shí)體質(zhì)量的同時(shí)需檢查記錄的填寫(xiě)是否規(guī)范準(zhǔn)確。ITP關(guān)閉前對(duì)所有過(guò)程記錄進(jìn)行檢查并編號(hào)作為ITP的附件，按要求歸檔作為完工資料。

3　質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)防措施

由于主管道的特殊性及坡口加工的不可逆性，需對(duì)主管道坡口加工中各工序在質(zhì)量控制中存在的風(fēng)險(xiǎn)和薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行辨識(shí)，提前采取質(zhì)量控制預(yù)防措施，以免造成無(wú)法挽回的損失。

3.1激光測(cè)量與建模

AP1000主管道與設(shè)備連接均為“死口”，沒(méi)有調(diào)節(jié)段，對(duì)安裝精度控制要求非常高，坡口徑向尺寸控制要求可達(dá)0.1 mm。因此傳統(tǒng)的測(cè)量控制已經(jīng)滿(mǎn)足不了安裝精度的要求，應(yīng)采用激光跟蹤儀進(jìn)行測(cè)量與建模，一旦建模數(shù)據(jù)不準(zhǔn)可能導(dǎo)致主管道無(wú)法按要求加工與安裝，甚至報(bào)廢。在采用激光跟蹤儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，需由專(zhuān)業(yè)測(cè)量人員操作并監(jiān)督，持續(xù)跟蹤與測(cè)量主管道坡口加工的各個(gè)環(huán)節(jié)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)論證，已確保最終的安裝精度。

3.2加工機(jī)器調(diào)整及角度確認(rèn)

在各個(gè)加工環(huán)節(jié)中，在每一刀加工開(kāi)始前，加工機(jī)器的位置與角度將直接影響到這一刀的加工結(jié)果。一旦軸線(xiàn)或者角度發(fā)生偏移，會(huì)導(dǎo)致加工結(jié)果的數(shù)據(jù)偏差，由于為不可逆過(guò)程，如果偏差較大，后續(xù)將很難調(diào)整。因此需在每個(gè)環(huán)節(jié)的加工前通過(guò)激光建模結(jié)果對(duì)加工機(jī)器進(jìn)行調(diào)整，并可采用走空刀的方式進(jìn)行確認(rèn)。

3.3內(nèi)鏜孔

通過(guò)前面分析可以看出壁厚與內(nèi)徑為控制的難點(diǎn)，這使得內(nèi)鏜孔成為主管道坡口加工過(guò)程中最易發(fā)生質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)節(jié)。在質(zhì)量管理時(shí)可以通過(guò)加設(shè)控制點(diǎn)（如內(nèi)鏜孔至最后1 mm處確認(rèn)點(diǎn)）來(lái)進(jìn)行預(yù)防，在內(nèi)鏜孔至最后1 mm后，將每刀的進(jìn)刀量減少為0.25mm，并在每次進(jìn)刀前對(duì)周向各點(diǎn)的壁厚與內(nèi)徑進(jìn)行測(cè)量，以調(diào)整和確認(rèn)進(jìn)刀位置和角度。

除以上分析之外，其他一些工序的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)控措施如表2所示。

表2　主管道坡口加工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)控措施

4　結(jié)論

通過(guò)質(zhì)量控制的合理有效實(shí)施，海陽(yáng)1#NI的主管道坡口加工圓滿(mǎn)完成。加工工程中未發(fā)生任何不符合項(xiàng)或質(zhì)量問(wèn)題，加工結(jié)果（主要是對(duì)壁厚的控制）超出預(yù)期，比優(yōu)良的坡口加工結(jié)果也為管道的后續(xù)安裝焊接打下了良好的基礎(chǔ)。作為全新的三代核電技術(shù)，AP1000主管道從制造到安裝都還沒(méi)有成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，著眼于坡口加工階段，介紹并分析了海陽(yáng)依托項(xiàng)目主管道的質(zhì)量管理方法，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)防控制措施，希望能為后續(xù)項(xiàng)目主管道安裝的質(zhì)量管理提供借鑒和參考。

[1]林誠(chéng)格，郁祖盛.非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠(chǎng)AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.

Groove preparation quality control method of AP1000 main pipe

SUN Xuefeng，LI Lan
（State Nuclear Power Engineering Company，Haiyang 265116，China）

The AP1000 RCL piping is the only key equipment in NI without introducing overseas technology，and it is forged integrally and bent domestically.Due to huge manufacturing difficulties and no experience，after its bending，the RCL piping in self-reliance projects has some nonconformance at different levels，hindering the equipment delivery，installation and project progress.In the two selfreliance projects，Haiyang RCL piping has worse molding，particularly，the wall thickness of cold legs and inner diameter have bigger deviations，leading to bigger difficulty for welds preparation.This article takes Haiyang as an example，and mainly focuses on the quality control during the welds preparation phase of RCL piping installation，including the quality control objective，methods，quality risk analyze and so on in order to provide experience feedback and reference for the quality management on RCL piping welds preparation for follow-on projects.

RCL piping；weld groove preparation；quality management；AP1000

TG457.6

B

1001－2303（2016）02－0097-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.02.22

2015－07－10；

2015－08－13

孫學(xué)峰（1969—），男，遼寧大連人，高級(jí)工程師，主要從事核電站施工管理及質(zhì)量控制工作。