摘要：外部以碳钢管道为骨架，内衬防腐橡胶作为衬里层的衬胶防腐工艺在核电厂海水环境中已获广泛应用，可起到很好的防腐效果[1]，由于各个核电项目地理环境和设计方的差异，各项目海水衬胶管道在设计上又各有不同；本文立足于三代核电站设计规范[2]，介绍了三代核电站SEC/SRU海水衬胶管道安装过程，并针对安装过程中的难点问题分析和讨论。
关键词：三代核电项目；衬胶管道安装
1 衬胶管道概述
三代核电项目SEC（重要厂用水系统）系统为RRI（设备冷却水系统）系统提供冷源，保证设备正常运行；SRU（最终厂用水系统）系统为EVU（安全壳热量导出系统）提供冷源，两系统介质皆为海水，管道系统90%以上为衬胶管道。SEC/SRU系统衬胶管道总重约1126.6T，为节约成本，采取场外预制，衬胶完成后现场安装（调整段除外）的方法，其施工流程按时间先后顺序可分为：一般管段预制、一般管段安装、调整段预制、调整段安装、整体压力试验五个步骤。
衬胶管道重量重（SEC系统DN900单根管道重量在3T左右），管道现场吊装、调整难度大；同时由于管径大（DN900、DN1200），法兰尺寸大，且大量衬胶管道处于SEC廊道中，而廊道中无膨胀节吸收安装公差，造成法兰平行度调整困难；调整段预制过程中碳钢管道大管径、厚壁厚造成焊缝变形难以控制；故，现场安装的难点主要体现在一般管道安装和调整段预制上。
2衬胶管道安装流程
除调整段外所有衬胶管段在场外预制车间完成焊口焊接工作，焊接完成后，进行单体水压试验验证焊缝质量，若合格方能开展衬胶工作，衬胶完成并检查合格后图纸、文件、实体一并传递至现场开展后续安装工作。
2.1 一般管段的安装
管道安装之前必须保证管道落位的相关支架支撑结构已预制、安装完成，衬胶管道为架空支架安装，且支架结构复杂，管道安装前需完成支架主梁的安装，以保证管道正常落位，管道落位前安装班组还需确保支架结构、尺寸、位置和标高等参数满足支架设计图纸和支架符合性手册 [3] 要求，衬胶管道正常落位与支架后方可开展后续法兰连接工作。
衬胶管段之间使用法兰栓接的方式进行连接（图1），连接过程中设置清洁度检查、平行度检查、垫片对中检查、交叉紧固力矩及最终力矩验证的检查点。
衬胶管道法兰连接垫片为带金属支撑外环的橡胶密封垫圈（图2），密封由该类垫片相比于一般橡胶垫片或石墨垫片的优点在于：1）橡胶密封垫圈内环带有密封嘴，受压后密封嘴闭合形成一层严密的密封环；2）橡胶与金属支撑外环配合使用，橡胶受挤压后在金属外环预留的腔室内扩张，形成第二层严密的密封环；3）对于DN900的垫片，橡胶密封垫圈厚度S1=8mm，金属支撑环厚度S3=6mm，垫片压缩量最多为2mm，压缩比为25%，确保密封性能。4）金属外环对橡胶密封垫圈起到保护作用，防止运行过程中或极限工况下管线出现振动或滑动出现橡胶垫片的过度压缩，造成垫片损坏。
图1 衬胶管法兰连接示意图
2.1.2平行度检查
按照常规管道法兰连接的施工经验，上下游无固定支架的管段进行法兰栓接时，无须测量法兰平行度；但由于1）SEC系统衬胶管道自重大（每根DN900管段3t左右），而水平尺精度有限，若管道在连接前存在超过图纸坡度要求的上下偏移，将造成法兰偏斜，而管道自重过大，加之垫片压缩量小（2mm），螺栓力矩可能无法将法兰的偏斜量拉回至平行度误差范围，影响法兰密封；并且2）廊道150m长直管段连接，中间无调整段或膨胀节调节安装公差，法兰偏斜会对上下游管线的坡度和走向造成影响，并通过直管段放大，将造成上下游管道无法正常安装；为将安装误差调整至最小，安装DN900衬胶管段时，要求测量每对法兰的平行度，保证施加力矩之前两法兰面平行度符合管道支架公差要求[4]。
2.1.3垫片对中检查
2.2调整段预制
由于衬胶管道衬胶完成后管段长度不可现场调整，故需在固定支架、设备接口、连续弯头等结构处设置现场调整段，用以吸收上下游管段的预制和安装公差。待调整段上下游管段安装完成后，启动调整段预制工作。
调整段预制大致可划分为六个步骤：1）下料与组队；2）焊口焊接；3）平行度测量与调整；4）管道附件焊接；5）水压试验和衬胶。其中步骤1~3在施工现场完成，4、5在场外完成。
2.2.1现场下料与组队
调整段下料尺寸可参考设计图纸，但须以现场实测尺寸为准，组队过程中采取一端固定，调整另一端的方法：法兰与上游管段法兰支架添加与正式垫片等厚的临时硬质垫片（6mm）后加100%力矩紧固，将调整段剩余材料按先后顺序点焊至焊接位置，最后一片法兰与下游管段法兰之间添加临时硬质垫片（6mm）控制法兰间隙，测量法兰及螺栓孔对中情况，确保每个螺栓孔螺栓可自由插入后，点焊调整段焊口。
2.2.2焊口焊接
鉴于管道口径大（DN900），管道壁厚厚（14mm），且碳钢焊接形变量小；法兰平行度调整困难，故点焊完成后取下活动端法兰之间的临时垫片，测量活动端法兰间隙，并在焊接过程中调整法兰平行度：从已固定端至活动端逐个焊接焊口，同时，跟踪活动端法兰间隙变化，及时改变焊接位置以减小形变量（焊缝十字划分为四个区域，每次焊接选取活动端法兰间间隙最小的区域对应的焊缝区域，以焊接填充层降温产生的收缩应力调整法兰间隙），活动端法兰焊缝采取米字划分为八个区域，逐层控制法兰平行度。
2.2.3平行度测量与调整
焊接完成后，米字形分八个点测量活动端法兰间隙，十字作差，得到法兰平行度，按管道公差文件 [4]及澄清要求，DN900管道平行度公差不能超过0.5mm，若测量结果不满足平行度要求，需切割活动端法兰平行度超差位置对应焊缝作矫形，矫形完成后再测量法兰平行度，直至平行度满足公差要求；若上下游有膨胀节的还需调整管道焊缝直至满足膨胀节长度、扭度和偏心度等要求。
2.2.4管道附件焊接
法兰平行度调整完成后对焊缝进行粗打磨，进行焊缝探伤，探伤不合格的焊口，需作返工处理并重新调整法兰平行度；焊缝合格则标记管道附件（护板、三通等）位置，并以钢印标识管道编码，将管道送往场外预制厂家进行管道附件焊接。
2.2.5单体水压试验和衬胶
管道附件焊接完成后，以临时盲板封堵管段两端法兰，盲板上接临时管线和压力表对管道进行单体水压试验，再次验证焊缝质量。
水压试验合格后对法兰面凹槽和管段内表面进行除锈、内焊缝细打磨，直至管段内表面满足衬胶平整度和清洁度要求，随后启动管道衬胶工作。
2.3调整段安装
闭合段衬胶完成检查合格并返运现场后，按调整段预制时的流向和法兰孔位置将闭合段落位于相应位置，连接过程同一般管段，按法兰连接程序要求设置清洁度检查、平行度检查、垫片对中检查、交叉紧固力矩及最终力矩验证的检查点，完成调整段的检查和安装。
2.4整体压力试验
调整段安装完成后，管道已基本连接成系统，按支架管道预制及安装技术要求[5]，需以干燥、无油空气开展气密性试验，验证法兰连接的密封性能。
3. 预制安装过程中的难点讨论
为提高衬胶管道安装质量，现场安装的每个步骤都需严格按照各自标准执行，但以下几个方面需特别注意：
3.1一般管段安装时平行度的调整
一般管段在场外预制，预制过程中控制法兰垂直度（图9中a值），法兰垂直度是焊接完成后单片法兰偏斜程度的量度，法兰垂直度的大小直接影响法兰栓接时的平行度和法兰栓接的密封性能，故预制过程中需尽量控制垂直度尽可能的小；焊接完成后按管道支架公差要求[4]对垂直度进行验收，但由于焊缝焊接过程中的收缩变形，a值不可能完全与组队时的测量值一致，完全为零的可能性也是极小，垂直度误差大量存在。
为尽量减小合格范围内法兰垂直度误差对法兰连接平行度及法兰密封性能的影响，现场安装过程中需测量法兰平行度，对于平行度不合格的法兰，通过旋转管道，抵消法兰垂直度误差，调整法兰平行度，如图10所示。
如前文平行度测量部分描述，衬胶管道重量重（3T），而现场正式起重装置尚未投入使用，需大量搭设临时吊点及脚手架进行起重操作，同时现场施工环境有限，在调整平行度的过程中管道旋转腾挪空间狭小，极易发生管道、法兰及周边物项相互碰撞，故安装过程中需极其注意法兰衬胶面的保护，以免发生胶面损伤。
3.2闭合段预制过程中平行度的调整
上文闭合段预制过程中对法兰平行度调整有详细描述。但鉴于衬胶管道大口径、厚壁厚的特点，加之焊接变形控制困难，若前期组队、焊接过程中未跟踪活动法兰平行度变化并及时调整，造成焊接完成后平行度超出验收值，将需对管道焊缝进行切割、补焊，以调整法兰平行度，该方法不仅实施复杂，并不一定能100%成功，故可能造成多次返工，同时多次切割焊口有可能对焊口附近母材造成损伤，造成母材缺陷，导致材料报废。所以平行度调整必须在焊接过程中严格测量和控制，尽量保证一次合格。
4. 结束语
本文主要阐述了衬胶管安装、调整段预制、衬胶、压力试验等施工过程，并针对安装过程中的难点问题提出讨论。篇幅所限，无法深入论述，且难免挂一漏万；加之水平有限，错误在所难免。恳请专家指点、斧正，不胜感谢！
参考文献：
[1]孔全兴，赵万祥，蒋林中，龙磊军 重要厂用水系统管道橡胶衬里脱落原因分析 合成材料老化与应用 2014（4）
[2]RCCM 2007
[3]支架符合性手册
[4]TS-X-NIEP-NESP-F-DC-20066-Tolerances for Piping and associated Support Structures
[5]TS-X-NIEP-NECE-DC-349-- TSN - EM4 - Technical Requirements - Installation and Prefabrication of Piping and Associated Supports
论文作者:张宇
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/24
标签：法兰论文; 管道论文; 衬胶论文; 垫片论文; 支架论文; 过程中论文; 橡胶论文; 《防护工程》2019年第1期论文;