摘要：世界首批三代核电AP1000机组已在中国建成并商运，建设过程中有许多设计理念及施工经验值得后续项目借鉴。核岛厂用水系统（Service Water System，系统简称SWS，下同）为核岛提供开式冷却水，为核岛设备冷却水系统（Component Cooling Water System，CCS）提供冷源，系统内介质为海水。系统设计中厂区部分使用30”及6”高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，简称HDPE）管道，布置在厂区综合管廊内，为国内首次在核岛的开式冷却水系统中使用此材料。本文总结国内某AP1000机组SWS系统HDPE管道施工过程，分析HDPE施工方法、主要施工难题，提出合理的优化建议。
关键词：三代核电；AP1000；HDPE
1 HDPE管道施工概况
1.1 AP1000机组 SWS系统
AP1000机组SWS系统设计如图1所示，包含两台厂用水泵、自动反冲洗滤网和相关的管道、阀门、控制系统、仪表组成。厂用水泵在循环水泵房内将海水吸入厂区厂用水管道内，管道将海水送至汽轮机厂房经过过滤器送至CCS换热器与CCS换热，换热后的海水通过厂区厂用水管道将海水排入虹吸井，并最终通过排水口排入大海[2]3]。
图1
1.2 某电厂的综合管廊及HDPE管道布置基本情况
综合管廊为钢筋混凝土结构，管廊底板普遍埋深5.2m，局部最深达7.6m综合管廊除日字型中段内部宽度为4.2m外其余宽度为3.2m；高度最小处为2.2m，最大处为3.4m，个别管廊交叉位置高度达4.9m。为避让热力管沟、道路等地上地下构筑物管廊局部位置整体下沉，造成管廊内部地面不在同一标高处，形成标高落差不利于管材、设备转运为保证管廊内部安装物项引入，管廊在部分区域提前预留吊物孔，吊物孔长宽尺寸为8.5m*1m。
30”管道布置在综合管廊底部的混凝土支墩上，管中心距地面高约685mm，6”管道布置在上部工艺管道支架上；管廊内上部还布置电缆桥架及其他工艺管道支架，其中工艺管道支架距SWS管道仅70-300mm。
1.3 HDPE管道施工工艺选取
30”管道单根长度为12m，外径为762mm，壁厚为3.33”，单根管道重约2.2t，1#机组30”管道工程量约1400m，6”管道约250m。受上述综合管廊空间限制，常用的大口径、大壁厚热熔对接设备McELROY NO.1236熔接机[1]，无法在综合管廊使用。该电厂最终选取ISCO提供的ITS PT 800改造型焊机[2]，专门用于综合管廊内管道施工。主要采用热熔连接，个别复杂位置使用法兰连接。
2主要问题分析及优化建议
2.1 施工空间及施工逻辑问题
如前文所述，综合管廊内空间狭小，30”管道布置在管廊底部，HDPE管道热熔连接采用热熔焊机PT800，焊机的整机重量为1.5t，焊机在非工作状态下长2.1m，宽1.54m，高1.08m，在工作状态下尺寸长2.1m，宽1.93m，高1.7m，故HDPE管道施工前暂缓了管廊地面2米以上电缆桥架、工艺管线的施工。管廊地面局部标高变化处依据情况，增加预留空间。
2.2管材引入、运输
如前文介绍，HDPE管道施工期间工机具、管道材料均需从吊物孔引入，管材长12m，重2.2t。设备运输时长2.1m，宽1.54m，高1.08m，重1.5t。结合各段管廊尺寸及吊物孔分布，需合理选取各段直管长度，焊机布置操作位置。
部分区域12m长度无法运输，需要对管道下料，若管段太短，则增加焊口数量，增大泄漏概率，且增加工期；若管段太长，则无法倒运。故各区域合适的管段长度可使得后续工作顺利进行。
如在管廊H1段，此处无吊物孔，且管廊由C1段拐入，管廊宽度为3.2m，管廊空间为T字型，管道需要由东西方向C1段导入，根据计算分析，此处管道不得超过8m。若管道长度超过8m，在转弯处管道外壁与管廊内壁碰撞，对管道外壁造成破坏；若管道过短，增加焊口数量，增加工程量，延缓工期。
由于热熔设备PT800尺寸较大，重量较高，管廊内各区域管道热熔后需从热熔机运输至管道安装处，故热熔设备的合理布置可减少运输量，增大工作效率。
根据管廊内尺寸分析，设备从吊物孔引入，引入后，把设备直接放在吊物孔下方旁侧。对于部分特殊区域，如F1区域，无安装孔，且较C1区域抬高1.5m，可直接在C1区域搭设平台至F1区域放置热熔设备。
2.3 HDPE管件加厚区对施工工艺的影响
管道与弯头熔接时，由于弯头属于虾米弯，弯头直管段长度为356mm。但每个管箍间距为500mm，加厚区外径为32”，大于管箍尺寸，若按原来方式夹持，管箍与管件的加厚区碰撞。管箍无法固定住加厚区部分，故需采用三个可移动式夹具，一个固定式夹具，固定式管箍固定弯头。
弯头与弯头直接熔接，根据上述管箍固定方式，目前的设备仅能固定一个加厚管件，另一管件放置在移动区，夹具无法固定，故弯头与弯头直接需增加至少1250-1300mm过渡直段。
2.4 HDPE管道优化意见
针对目前施工过程中所遇到的问题，为后续项目在综合管廊内布置30”HDPE管道，提出如下意见：
（1）适当增加综合管廊空间尺寸，根据前文主流热熔设备尺寸，建议综合管廊内部空间尺寸增大至净宽4.3净高3.3m，管廊底部标高一致。并综合考虑管廊内物项布置，为电厂运行期间管道维修预留操作空间。
（2）总体规划管廊安装计划，管廊上部影响设备、材料引入，管道施工的物项待HDPE管道安装完成后施工。
（3）分析比较国内两处AP1000机组的HDPE管道连接方式，HDPE管道的连接方式也可在充分的试验论证后使用电熔连接。充分发挥电熔设备尺寸小，且操作空间小，可快速连接复杂布置的管道，加快施工工期。
（4）合理进行管道布置设计，弯头等带有加厚区的管件布置时参考设备施工能力适当，在两个带有加厚区的管件间设置1250-1300mm的过渡段。
结语
AP1000机组在国内首次将HDPE管道应用在核岛开式冷却水系统上，在大口径HDPE管道狭小封闭空间条件下布置。设计阶段需参考国内外各种主流施工工艺；施工阶段选取合适的连接方式，制定科学的施工逻辑，合理组织施工，方能即在核电开式冷却水系统中充分体现HDPE管道的强度高、耐蚀性能好以及寿命长等特点0，又能合理降低施工周期及成本。
参考文献：
[1]MCELROY Fusion Machines Fusion Catalog & Reference Guide
[2]ITS Ital Trade Services s.r.l. Plastic Welding Equipment
[3]范建宏，高密度聚乙烯管（HDPE管）简介[J]，山西建筑，2006（05）
论文作者:张忠伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/25
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