核电站施工中重要焊接技术和要求

核电站施工中重要焊接技术和要求

内容摘要：本文介绍了AP1000、CPR1000核电施工现场较重要的焊接技术和要求，包括主管道和波动管焊接、堆芯仪表管焊接、控制棒驱动机构密封焊等，同时也介绍了土建、常规岛和BOP重要的焊接项目。

概述

核岛主设备内主要介质为放射性核物质，其设备制造和安装焊接质量对防止核电厂泄漏造成核物质放射性污染具有特殊性，同时也关系到这些主设备在核安全状态下稳定运行的可靠性和重要性。

1、民用核安全设备焊接特殊性

核岛主设备通常包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道等反应堆冷却剂系统设备，也是核电厂第二道安全屏障的组成部分。核岛主设备的制造和安装焊接质量，直接影响反应堆冷却剂系统的完整性，焊缝又是一回路的压力边界，一旦泄漏将会使大量放射性物质向安全壳泄漏。

反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道等核岛主设备，由于长期处于高温、高压和强辐照环境下运行，要求其制造用原材料包括焊接材料具有较高的塑性和韧性，以及良好的焊接性和抗辐照、耐蚀等性能。同时由于其焊接壁厚较大，焊接工艺较为复杂，通常焊前需要预热，焊后需要热处理，以避免冷裂纹等焊接缺陷的产生。单条焊缝焊接工作量大，要求焊工在操作过程中严格执行焊接工艺规程，尤其是采用机械化焊接时，要克服麻痹思想，认真操作，加强自检，直至焊接完成。

控制棒驱动机构的耐压壳和热电偶法兰的焊接质量直接影响反应堆调节系统的运行状态。当调节系统失灵时，有可能危及堆芯的安全。

安全壳是核电厂的第三道安全屏障。一旦发生一回路管道破裂，也能将大量

核放射性物质封住。钢制安全壳和安全壳钢衬里安装焊缝质量要求较为严格，通常要进行泄漏检验。

2、民用核安全设备焊接重要性

核岛主设备通常采用焊接结构，焊接接头与其结构中的母材相比加工条件相差较大，虽然现代焊接技术已使焊接接头的性能接近母材的性能，但其制作仍需要合格的焊接工艺评定才能实现,其焊接质量仍取决于操作焊工的技术水平和工艺过程的控制，因此焊接接头在其结构中属于薄弱环节。

焊接接头质量的性能关系到这些关键设备在核安全状态下稳定运行的可靠性。如果因焊缝破裂发生失水或堆芯损坏事故,会使整个核岛报废,由于核污染的因素,考虑将其修复的可能性极小。因此承担核岛主设备的特殊焊接技术项目的焊工和焊接操作工应树立质量第一的思想观念并严格遵守操作规程。

3、民用核安全设备的施工重要焊接技术

民用核安全设备安装中的重要焊接技术

在核电厂核岛安装期间，被列为重要焊接技术的项目主要包括：主管道和波动管道焊接、堆芯仪表焊接、控制棒驱动机构的耐压壳和热电偶法兰焊接、安全壳钢衬里焊接、各种贯穿件和牛腿的焊接技术等。

2 主管道和波动管焊接

2.1 总体介绍

岭澳二期工程为两台装机容量为100万千瓦级的压水堆核电机组。以岭澳一期1#、2#机组作为参考电站，由第二研究设计院总承包设计。EM2主回路系统包括：反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主回路管道、堆内构件、堆芯仪表、核燃料系统等设备。主回路系统以反应堆压力容器为中心，由三个并联的环路组成，每一环路包括一台蒸汽发生器和一台主泵，通过主回路管道与反应堆压力容器相连接，稳压器通过波动管与一环路热段连接。

主管道全部采用奥氏体不锈钢材料离心和静态铸造而成，以满足耐腐蚀和工作条件要求（国产）。主管道不装设专门的支撑，但设置有限制器，以防在发生假想管道断裂时限制管道的甩动。波动管连接稳压器和主管道，当主回路内工作压力出现异常变化时，稳压器接收到外部指令后启动而升降压力，通过波动管将调节的压力传递给主回路，从而平衡主回路使之正常工作。

岭澳二期核电站主管道每条环路现场安装焊口8道，3条环路共有24道现场安装焊口。每条环路由冷段、热段和过渡段组成：

—热段连接反应堆压力容器和蒸汽发生器；

—冷段连接反应堆压力容器和主泵泵壳；

—过渡段连接蒸汽发生器和主泵泵壳。

在蒸汽发生器和主泵房间的8920mm标高处安装热段和冷段，在蒸汽发生器和主泵设备房间的6010mm标高处安装过渡段。压力容器、蒸汽发生器、主泵泵壳通过热段、冷段和过渡段连接，形成闭合环路。

每台机组共有1条波动管线连接着主管道的热段和稳压器，波动管由一环路的热段连接至稳压器底部。其主要作用是调节一回路的压力波动和汽水容积比.波动管由4条管段，7道现场安装焊口（包括两道水压试验临时焊口）组成。

图4-1 主回路管道现场焊缝布置图

2.2 主管道管段和波动管管段主要技术参数

表4-1 主管道管段和波动管管段技术参数表

主管道和波动管焊接接头技术参数表

表4-2 主管道和波动管焊接接头技术参数表

主管道焊接产品见证件和波动管焊接产品见证件均为4道焊口，主管道和波动管的产品见证件的技术参数表见下表。

表4-3 主管道和波动管的产品见证件的技术参数表

序号焊口规格焊口数量母材材质焊接位置

1 Φ873×69

2 Z3CN20.09M 2GT

2 Φ873×69 2 Z3CN20.09M 5G1T

3 Φ355.6×35.7 2 Z2CND18.12N 5G1T

4 Φ355.6×35.7 2 Z2CND18.12N 2GT

图4-2 主管道和波动管坡口示意图

2.3 焊工考试

主管道和波动管均为大直径、大厚度的超低碳不锈钢管道。主管道每一环路有8道现场焊口，三条环路共计24道现场焊口。波动管有6道现场焊口，另有2道用于水压试验的临时封堵焊口，共计8道现场焊口。

岭澳二期主管道焊接培训焊工26名，基本满足了主管道及波动管施工的需要。主管道每道焊口焊接时间约为27—45天，由两名焊工同时对称施焊。焊接过程中，每两名焊工配备一名打磨工，专门负责焊缝清理及打磨工作。

主管道焊工考试用试件规格为φ273×22的不锈钢管，焊接位置为6GT，用于考试试件的坡口型式见下图。

图4-3 焊工考试坡口示意图

主管道焊接是核岛安装过程中的关键环节，具有工序流程逻辑性强、工期紧张、焊接工作量大、焊接应力及变形控制要求高等特点，对施工人员特别是焊工的技能水平提出了非常高的要求。岭澳二期主管道焊接工期已在岭澳一期焊接工期的基础上压缩了0.5个月，即由6.5个月压缩至6个月。