核電站機械模塊制造設計要求探究

□吳振峰 張手琴 許克鳳

一、引言

模塊廣泛應用在核電站中，模塊化設計可以提高核電站施工質量，因為模塊是在工廠制造，其制造環境是可控的，比電廠施工現場更能保證質量。模塊制造與其它施工圖平行進行，可以減少施工時間。本文分析了機械模塊制造的要點，并提出了具體的設計要求，以保證機械模塊的制造成品符合規范和現場安裝的要求。

二、機械模塊定義

機械模塊包括安裝在一般結構框架上的泵、熱交換器、風機、空調單元以及過濾器等設備，并且還包括使這些設備互相連接的管道、閥門、儀表、電纜及支撐等。機械模塊設計時，應使這些物項易于以一個單元的方式排列，且可預先組裝后再安裝到電站的相應位置。工藝系統的設計不包含在模塊設計內，但是模塊設計是工藝系統設計必要的一部分。機械模塊的設計除了要滿足模塊本身的功能、受力等要求，還應滿足制造和現場組裝的一般要求，以及模塊的吊裝、維護和運輸的要求。

三、機械模塊的公差和精度控制

由于機械模塊是在現場與其它模塊或結構組裝、拼接，所以為保證現場的施工質量，需要嚴格控制機械模塊的公差和精度，在滿足規范要求的同時，為了控制成本，可按照以下要求進行。

(一)模塊的制造公差按照下列規范文件和相關條款的要求。

1.對于平面圖內標明的安全相關模塊。按照ANSI/AISC N690－1994《核設施安全相關鋼結構的設計、制造、安裝規范》要求:

—Q1.23節(制造)

—Q1.25節(安裝)

2.對于平面圖內標明的非安全相關模塊。按照AWS D1.1－2000《鋼結構焊接規范》要求:

—5.22節(焊縫(連接)尺寸的公差)

—5.23節(焊接結構構件的尺寸公差)

3.對于平面圖內標明的非安全相關模塊。按照AWS D1.6－1999《不銹鋼結構焊接規范》要求:

—5.22節(焊縫(連接)尺寸的公差)

—5.23節(焊接結構構件的尺寸公差)

(二)線性的尺寸連續標注時，公差僅用于總尺寸，不針對每個單獨的尺寸。

(三)為方便在裝配過程中控制各個模塊的尺寸精度，詳圖上的加強板及其它連接板、型鋼等應用激光標記、等離子體標記或打孔標記來標識其位置。

(四)為使最終裝配尺寸在公差范圍內，制造時應對模塊框架構件的設計和切割尺寸留有額外余量。

(五)所有模塊的寬度和長度尺寸都是實際尺寸(設計尺寸)，并作為詳圖中的參考尺寸(REF.)。這些尺寸不考慮與鄰近的框架構件連接到整個結構框架時的焊接連接準備和焊接允許收縮量。

(六)螺栓孔的公差可以參考ANSI/AISC N690－1994中結構連接用ASTM A325或A490螺栓的RCSC規范?；鹧媲懈畋砻嫘枘テ健?/p>

(七)結構施工圖中需標明模塊的最終安裝位置。

四、機械模塊選用材料的要求

材料的選用是機械模塊制造要求的重要內容之一，模塊內涉及工藝、通風、電儀、結構等專業的物項，機械模塊所用材料除了滿足結構強度要求外，還應考慮其它專業對材料的要求。一是所有型材應為ASTM A36碳鋼(CS)。二是支撐用螺栓和其它螺栓主要選用ASTM A325或ASTM A490中的緊固件，對于直徑小于1/2in的螺栓也可以選擇ASTM A307中的緊固件。三是不允許使用鋁、鋅、錫、鉛、汞、鈷、400系列不銹鋼和其它低熔點材料。四是制造過程中用到的所有支撐條都由供貨商按照要求提供和安裝。五是在整個制造、裝配和安裝過程中，所有材料和消耗品都需做可追溯性記錄。六是格柵采用焊接型式并進行鍍鋅，19－W－4網格的支撐條為1 1/2”x 1/8”，交叉條為1/4”。金屬條遵守下列規范:ANSI/NAAMM MBG 531－00《美國國家建筑金屬制造協會，金屬條格柵手冊》和ANSI/NAAMM MBG 532－00《美國國家建筑金屬制造協會，重型金屬條格柵手冊》。七是所有管道的配套法蘭都應是雙開口(孔板)的。八是花紋鋼板采用ASTM A786“軋制鋼板”式樣3要求的ASTM A36材料。

五、機械模塊機械加工和成形

機械模塊制造時需保證切割過程不會產生硬化熱影響區，尤其是對不能進行焊后熱處理的碳鋼和低合金鋼。對需進行熱切割的材料，熱切割過程中的預熱和層間溫度應與該材料焊接程序中的規定一致。機械模塊內不允許使用熱彎。

六、機械模塊焊接總體要求

焊接是機械模塊組裝的主要方法，焊接程序、焊接材料的選取等直接影響到機械模塊的質量，必須保證機械模塊焊接滿足規范要求。一是對包含ASME第III卷管道的機械模塊，其所有模塊框架結構的焊接和無損檢驗應滿足ANSI/AISC N690 1994《核設施安全相關鋼結構的設計、制作和安裝規范》。二是對不包含ASME第III卷管道的機械模塊，其所有模塊框架結構的焊接和無損檢驗應滿足AWS D1.1－2000《鋼結構焊接規范》或AWS D1.6－1999《不銹鋼結構焊接規范》。三是管道的焊接和無損檢驗應根據管道的分級。四是對于管道支架的焊接和無損檢驗應滿足ASME III 1，2和3級和ASME B31.1中關于管道支架/儀表管道支架的制造和安裝技術要求。五是焊接工藝規程(WPS)和焊接工藝評定報告(PQR)應采用AWS D1.1－2000《鋼結構焊接規范》或AWS D1.6－1999《不銹鋼結構焊接規范》中推薦的格式編寫。六是焊接文檔記錄程序需包括所有焊縫的標識、焊接工藝、焊材標識、施焊焊工或焊接操作工、焊接工藝評定報告、焊接記錄單。七是為便于制造過程中的吊裝、運輸和裝配，可以在結構構件上焊接臨時性附件。焊接臨時性附件應避免異種金屬相焊。八是在切除任何臨時性附件之前，應根據AWS D1.1－2000和AWS D1.6－1999標識附件周圍區域，以便在切割后能準確定位和檢查該區域。

七、機械模塊試驗

為檢查機械模塊部件的強度和密封性，需要進行試驗，按下列要求進行。一是機械模塊內的管件和組件應帶有連接部件以便進行水壓試驗。二是在ASME第III卷中規定，模塊內的安全1、2、3級管道和組件應進行強度和密封試驗(S＆T)，試驗壓力為1.25倍的設計壓力，持續時間為10分鐘。三是在ASME B31.1中規定，模塊內的管道等級的第三個字母為D、E或其它的管件和組件應進行強度和密封試驗(S＆T)，試驗壓力為1.5倍設計壓力，持續時間為10分鐘。四是屏蔽泵和其它帶有密封的機械設備，密封性能在超壓的時候有可能失效，應小心操作。這類設備在試驗過程中應隔離且排空。五是水壓試驗前，應對起吊裝置、設備底座、閥門、機械接頭、墊片、插塞、適配器、O形環和螺紋連接件進行目視檢查。六是對于輸送氣態流體的系統，用氮氣或其它非腐蝕性的惰性氣體進行試驗，用惰性的、無殘渣的肥皂溶液進行泄漏檢查。

八、結語

機械模塊是核電站重要的模塊之一，因其包含的物項種類多，并且在工廠制造、現場組裝，所以對模塊制造的要求較高，本文結合規范和各工種的要求，分析了機械模塊加工制造的要點，并給出了機械模塊制造設計要求，可為模塊加工制造廠提供一定的指導。

［1］ASME鍋爐及壓力容器委員會壓力容器分委員會;中國《ASME規范產品》協作網(CACI)譯.ASME鍋爐及壓力容器規范第VIII卷［M］.北京:中國石化出版社，2010