三门核电站主管道安装特点和难点

摘 要 三门核电站采用全球先进的AP1000技术，其主管道的安装及焊接施工存在着许多的特点及难点。本文在介绍AP1000主管道结构的基础上，总结了三门核电站主管道安装及焊接方案和顺序，并分析了主管道安装和焊接的特点和难点；同时，从减小焊接残余应力及收缩变形、确保焊接质量等角度阐述了采取的一些措施。

关键词 三门核电站，AP1000，主管道，安装及焊接，特点和难点

中图分类号TM623 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0086-02

1 三门核电站主管道结构

三门核电站采用AP1000技术，其主管道为核一级设备，结构上包括两个环路（指一个堆），每个环路包括1个热段管段和2个冷段管段（无过渡段），每个管段包括2道焊口，其中一道焊口连接反应堆压力容器，另一道焊口连接蒸汽发生器（对热段）或主泵（对冷段）；整个主冷却剂管道总共12道焊口。

2 三门核电站主管道安装和焊接顺序

参照AP1000主管道建议安装指南，确定三门核电站主管道安装主要工作先后顺序如下：压力容器安装-激光测量及3D建模-压力容器端主管道坡口加工-主管道吊入-主管道与压力容器组对-压力容器端主管道焊接至50%以上-蒸汽发生器端主管道复测及建模-蒸汽发生器端主管道切割及加工-蒸汽发生器吊装就位与组对-蒸汽发生器端主管道焊接。

由此可见，蒸汽发生器就位前先将主管道与压力容器相连的三道焊口焊接至50%以上，后续再进行主管道冷、热段蒸汽发生器端坡口加工、组对和焊接工作。

此种主管道的安装、焊接顺序在美国应用的比较广泛，美国PCI公司充分利用高端的测量技术及放样技术以确定焊接位置，已经有了许多成功的案例，但是在国内却应用较少，存在着一定的施工难度。

3 三门核电站主管道安装、焊接特点和难点

结合上述安装顺序和实践经验，分析三门核电站主管道安装关键技术，主要包括激光跟踪测量及3D建模拟合技术、现场数控坡口精确加工技术、远程控制窄间隙焊接技术和冷热段同时组对技术。根据上述关键技术，分析得出三门核电站主管道安装和焊接的特点及难点如下：

3.1对焊缝质量要求高

三门核电站AP1000机组的堆芯输出功率为3400兆瓦，接近常规核电机组的2倍，但主管道内径却与常规核电相近，因此三门核电站AP1000机组主管道运行的工作条件要苛刻，对焊缝质量的要求也更高。

3.2焊接变形控制难度大

主冷却剂管道是核反应堆的核心部件，大厚壁不锈钢管道的焊接收缩量非常大，容易在焊缝区存留较大的焊接残余应力，从而影响主管道的使用寿命，给核电站造成安全隐患。尤其AP1000核电站主冷却剂管道的结构比较新型，没有过渡段调整焊接变形，对焊接变形的控制要求更加严格。

3.3压力容器侧焊口的安装焊接精度较难保证

由于在安装主管道与压力容器侧焊口时蒸汽发生器未就位，因此热段和冷段管嘴的位置虽已经测量并建模，但是实际蒸汽发生器安装后还会产生安装偏差；而压力容器侧主管道焊接时，仅是通过高端的测量手段模拟出蒸汽发生器管嘴的位置，涉及的环节比较多，如果任意一个环节出现偏差将导致较大的累积误差，给蒸汽发生器侧焊口的组对造成很大的困难。

3.4蒸汽发生器与主管道组对困难

用几百吨的蒸汽发生器与同样是几百吨的压力容器进行组对，其难度太大。窄间隙自动焊要求焊缝的组对质量相当高，间隙和错边量都不能太大，所以要求三段主管道在水平位置、竖直标高以及方位角度等各个方向必须保证相当的精度，才能保证将三道焊口组对成功，这大大的增加了组对难度。

3.5焊接顺序决定焊接应力不易克服

大厚壁不锈钢焊缝在焊接过程中收缩非常明显，在蒸汽发生器就位、焊接之前，压力容器侧三道焊缝已经焊接完成，因此焊接蒸汽发生器侧焊口时，三段主管道没有产生角变形的余地；并由于三段主管道管段并不是相互平行的，焊接过程中2个冷段焊缝在垂直于热段方向的焊缝收缩变形较难实现，这样较易产生焊缝残余应力。

3.6测量操作困难，精度要求高

由于该方案要多次采用测量手段，包括确定蒸汽发生器管嘴的实际方位、主管道与压力容器的组对、主管道与蒸汽发生器的组对等过程，任何一个环节的精度偏差都会影响最终的安装质量，因此对测量精度的要求非常高。

4 三门核电站主管道安装和焊接采取的措施

基于上述三门核电站AP1000机组主管道安装和焊接的特点、难点和特殊性，下面以减小焊接残余应力及降低组对难度等安装和焊接难点为目的，分别从技术准备、设备准备和人员准备等多个角度阐述采取的一些措施。

4.1 技术准备

三门核电站主管道的焊接采用窄间隙钨极氩弧自动焊工艺。

窄间隙钨极氩弧自动焊不仅可以大幅度减少坡口横截面积、大大减少焊接金属的填充量，而且在不太大的焊接热输入下，可以实现高效焊接，有效的减少主管道焊接过程中产生的焊接残余应力及焊接收缩变形。

4.2设备准备

大厚壁不锈钢主管道焊缝在焊接过程中收缩非常明显，鉴于克服焊接残余应力及降低组对难度的要求，有时需要几道焊口同时进行焊接，因此经过初步考量，配置窄间隙钨极氩弧焊焊机及其配套设备4套，其中3套同时或非同时投入使用，1套备用。

4.3 人员准备

依上所述，为了减少焊缝收缩变形，可以考虑高峰期3道焊口同时施工；为了满足此需求，高峰期每个工作班组需要配备3个焊接作业小组，每个焊接作业小组配置2名焊工（1名主操、1名辅操）。

5结论

1）由于AP1000机组主管道结构本身的特点，使得三门核电站主管道的安装及焊接存在着一定的特点及难点，必须做好充分的准备工作，合理地安排施工工序，优化安装、焊接方案，采用先进焊接方法，提供合理资源。

2）作为一处新的领域，三门核电站主管道的安装及焊接存在着一定的特点及难点，参与及实施者严格控制各个关键步骤，密切跟踪和控制焊接收缩变形，最终确保三门核电站AP1000主管道安装工作顺利实施。

参考文献

[1]姜焕中，等.电弧焊及电渣焊.机械工业出版社，1995.