（中核华电河北核电有限公司）
摘要：本文针对三代核电AP1000的消防管道施工质量问题进行了分析与探讨，重点阐述了消防管道施工过程中质量缺陷的成因，同时对消防管道施工过程中所出现的典型问题进行了分析并提出了改进措施。本文对其他AP1000核电厂消防管道施工质量控制具有一定价值的经验反馈。
关键词：AP1000；消防系统；螺纹管道；质量控制
引言
三代核电AP1000是先进的非能动型压水堆核电堆型，是我国未来核电发展所规划的主力堆型之一。其消防系统在核电厂运行中有十分重要作用。通过对在建AP1000项目消防系统管道施工中发生的质量问题进行分析，旨在减少和避免类似情况重复发生，同时为后续AP1000机组建设中消防管道的施工质量控制提供一定价值的经验反馈。
消防管道系统简介
在AP1000核电厂标准设计中，消防管道系统主要来自FPS（消防系统）的消防供水管路以及SFS（乏燃料冷却系统）的自动喷淋管路。其工艺管线在11/12/40/50/60厂房以及00厂区都有分布，单堆工程量约3900m。消防管道的材质主要为碳钢和少量铸铁。其连接形式主要采用螺纹，其余为焊接、法兰和承插连接。螺纹连接的约占80%，规格以2″（DN50）和1″（DN25）为主，材质为非核级碳钢ASTM A-106 Gr B，压力等级RCF/RCG，质保级别QRA2类，抗震II类。
施工质量问题分布
在某AP1000在建项目1号核岛消防管道施工中，存在的质量问题主要涵盖管道连接、支架安装、管道与机械贯穿件同心度、系统试压、清洁度及成品保护等，其中管道连接施工问题占比超过一半，而螺纹管道工艺质量缺陷最多，占管道连接类问题总数的75%。因此，应重点关注螺纹连接施工质量，通过对其过程控制，将质量问题收缩在可控范围之内。
质量缺陷原因分析
根据质量问题分布可以看出，螺纹连接缺陷占据着管道施工中缺陷总数的相当大一部分。经统计，缺陷集中体现在螺纹加工牙数不足、螺纹连接旋入深度不足、螺纹断丝等，造成1号核岛消防系统管路在试压过程中多处发生泄漏，至使约350米管道需拆除后重新加工安装，造成人力、材料、机械的浪费，下面重点从几方面进行分析。
管道螺纹加工
人因
三代核电AP1000设计技术文件依据美国ASME标准，与中国已批量建设的二代核电技术M310存在一定的差异。例如：秦山等核电厂消防管道基本采用焊接方式，而AP1000消防管道80%采用螺纹连接。其施工执行的不同技术要求，从管理层和作业层都未能引起足够重视：技术人员对螺纹加工标准掌握不透彻，对现场技术交底不到位；施工人员对螺纹管道的预制仅凭施工经验，未按标准进行操作；QC人员对验收规范不熟悉，未使用检查工具对螺纹管加工件，造成很多不合格品放行。
材料
AP1000螺纹管道主要采用材质ASTM A-106 Gr B、壁厚S-160的管道，最厚的情况2″管厚度达8.74mm，比同规格国标管道要厚，加工难度大，在套丝过程中易出现切屑刮伤或牙板崩刃等现象，造成人力、材料、机械上的浪费。
方法
加工人员的操作方法不恰当。作业前，没有对领取的原材料进行检查，就直接用于螺纹加工。部分原材料在储存、搬运过程中未做好成品保护，发生锈蚀、磕碰而造成管端外表面凸凹不平，中间过程出现断丝。
螺纹接头加工从开始到结束需要操作3～4次，过程中应控制机械设备运行速度。但操作人员操作机器运行速度过快，基本操作2次就结束，造成加工的管螺纹存在牙数不足和断丝。
套丝过程中，管螺纹应根据设计标准《通用管螺纹ANSI/ASME B1.20.1》进行加工，并对管螺纹长度、螺距进行控制测量。具体要求见图1。
由于施工人员按经验进行加工，预制后未按标准进行测量自检，导致螺纹长度和螺距不能满足规范要求。
同时，在套丝期间未能注意套丝机板牙的磨损程度，未及时更换，时而出现缺口断牙。对润滑油的清洁度不能引起足够重视，反复使用后会产生较多杂质，严重影响螺纹成品质量。
螺纹管道安装
材料
国内的工业民建以及其他堆型核电厂，螺纹管道连接通常采用麻丝或聚四氟乙烯胶带（生料带）进行密封，而AP1000螺纹管道使用西屋设计指定的GRAFOIL GTS品牌的石墨密封脂进行密封。该密封脂由高纯度石墨和石油类载体组成，具有良好的耐热性和抗腐蚀性，适用于直径较小的高精度螺纹管接头。密封材料的迥异，给螺纹管道安装工艺上带来一定的生疏。
方法
管螺纹连接前螺纹上的油污、毛刺、铁屑等杂质未清理干净便涂抹密封胶，造成管螺纹与管件之间存在间隙，对试压造成隐患；由于清洁度未能达到要求，毛刺铁屑未清理干净，管道连接时出现咬死现象；管螺纹密封脂涂抹不均匀，未按要求将螺距间填满并与丝牙顶面平齐，导致不能有效密封；使用管钳连接时，用力不均匀，且未能按要求旋紧，旋紧后端口外螺纹未留3～3.5个丝牙。
环境
消防管道安装位置主要在各厂房的重要物项上方，操作空间小，施工难度大，需积极关注其他专业的施工进度，合理把握安装时机，过早容易被踩踏破坏，过晚其他专业物项会把作业空间占用。狭窄空间内不好操作，也是螺纹管旋紧深度不足的原因之一。
改进及处理措施
培训与技术交底
针对螺纹管道施工典型质量问题，开展专项培训。让技术人员、施工人员、质检人员都能够了解螺纹工艺重点，熟悉螺纹管施工关键步骤，掌握质量控制措施。培训结合质量缺陷案例，进行有效经验反馈。同时，作业前，加强对施工人员的技术交底。从螺纹管材、加工设备、密封材料、标准要求等各个重点方面进行详细交底。
管螺纹加工
根据设计螺纹规格选择套丝机设备的板牙型号，通过标准规定的手工紧密旋合长度调整套丝机，达到螺纹连接的松紧程度。管螺纹严格按照标准《通用管螺纹ANSI/ASME B1.20.1》进行加工，对管螺纹长度、螺距、手工紧密旋合长度进行控制测量。按照设备操作说明书，加工时严格控制润滑油的清洁度和数量，使套丝时起到足够润滑和降温作用，避免断牙。见图2。
加工后，质检人员根据设计标准使用短直尺及工作量规（环规）对螺纹长度、螺距、手工紧密旋合长度等进行测量检查。当环规的测量面与被测螺纹端面相差不到正负1圈或齐平时，则螺纹的加工公差即在许用范围之内。依据上述规范形成管螺纹套丝复合标准并进行复合。见表1及图3。
螺纹管成品保护
对检查合格的套丝管段在存储期间，螺纹部分要涂抹防锈油，盖好塑料管帽，进行包裹后单独存放。在搬运码放过程中要保护好螺纹以免受到损伤。QC人员对成品保护情况进行检查并做好记录。
连接前检查和清理
领取材料时，要重点检查管螺纹的完整性，螺纹圈数是否符合设计和标准要求。对管材进行外观、尺寸等符合性检查，应无明显缺陷，如毛刺、断丝、管子椭圆度偏差不超过8%等。
螺纹管连接前再次检查，查看丝牙是否符合要求，螺纹是否整齐、无缺口、无裂痕。检查螺纹管件内螺纹是否平整、无断裂，用钢丝刷清理内表面杂质。刷子应顺着螺纹方向清理丝牙中的毛刺、铁屑，不能用力过大而损伤螺纹。用碎布和丙酮对成品保护过程中涂抹的防锈油擦洗干净。涂抹密封脂前，必须经QC人员对清理干净的管螺纹进行目视检查，确认满足清洁度要求后才能进行下一道工序。见图4。
管螺纹密封胶涂抹
使用设计指定的石墨密封脂均匀涂抹于管螺纹中，要求螺距间填充饱满并与丝牙顶面平齐。同时严格注意避免其他杂质的混入从而影响螺纹啮合面的清洁和密封效果。见图5。
施工质量控制
检查和试验计划
为确保螺纹连接质量合格，管螺纹施工过程中必须建立并执行周密的预制、安装的检查和试验计划（即质量计划），对先决条件及工艺过程进行严格的步骤选点、控制及验证。
质量控制标准
为保证现场螺纹管施工质量，要求施工人员和QC人员在每道工序的检查中必须根据表1的数据要求和表2的检查步骤做好过程控制，以确保螺纹连接管道质量能得到有效控制，避免事后发现问题，造成浪费和返工。
安装施工记录
在安装后形成施工记录，由施工班组、技术人员、质检人员联合签字，并整理归档。对于质量问题及时反映在施工记录中。记录中的主要检查项目包括图纸号、管线号、管段号、材料符合性检查、管段尺寸正确性、管段直线度是否符合要求、螺纹规格是否正确、是否有偏丝、细丝、乱丝、填料涂抹是否均匀饱满、清洁度、临时封堵及成品保护、标识正确性等。
改进前后对比分析
质量改进前
据相关资料统计，在建的某AP1000项目1号机组核岛消防系统螺纹管道的施工问题共产生了质量观察报告（QOR）6份；质量跟踪单（GZD）18份；纠正措施要求（CAR）4份。消防管道在系统试压过程中多处发生泄漏。
质量改进后
通过对管螺纹长度、螺距进行控制测量，提高了螺纹加工成品及安装管段的合格率。在该项目2号机组消防系统螺纹管道施工中产生质量观察报告（QOR）1份；质量跟踪单（GZD）5份。2号机组核岛消防系统管道在试压过程中的泄漏现象得到了明显的改观。
结论
通过对在建AP1000核电厂消防系统螺纹管道施工期间出现的典型质量问题进行分析，提供改进的施工质量控制方法，减少和避免类似的工艺缺陷重复发生，确保消防管道施工质量符合设计和标准要求。编者希望通过本文对能够为今后其他AP1000核电厂消防管道的施工和质量控制提供一定价值的经验反馈。
参考文献：
[1] 《FPS管道系统清单》.上海核工程研究设计院.2013.上海
[2] 叶宏杰《加工锥管螺纹的方法》.金属加工冷加工.1986.陕西
[3] 李双燕《管道螺纹连接的咬死现象及原因分析》.上海核工程研究设计院.工业设计.2016上海
[4]《ASME B1.20.1管螺纹通用要求》.美国机械工程师协会.1983.美国
论文作者:杜宁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：螺纹论文; 管道论文; 加工论文; 管螺纹论文; 螺距论文; 核电厂论文; 质量论文; 《电力设备》2017年第30期论文;