AP1000中、美管道及管件標準比較分析

朱華東

（國核工程有限公司設計管理部（海陽），上海200233）

AP1000項目所有管道系統采用的是美國規范，但由于我國AP1000項目受各種條件制約，特別是在管道管件數量少、采購周期長、施工進度緊，而且在國產材料能達到或超過原管道材料的情況下，就必須考慮材料代換。材料代換之前必須做中、美管道及管件標準分析比較，只有達到或超過原標準的材料才能采用。

本課題針對AP1000管道系統的材料進行了分類匯總，并通過相關中、美標準的比較，列出標準規范的異同。本課題的研究不僅可以完善目前已代換管道材料的標準規范資料，而且為未來更多的管道材料代換提供技術支持。在“安全第一”的前提下，通過本專項課題研究，可為AP1000項目核島管道材料的國產化應用水平提供理論依據［1］。

1 AP1000管道與管件分析劃分

在AP1000項目中，所有管道和管件的等級分類由3個字母組成，第一個字母表示壓力，第二個字母表示材質，第三個字母表示設計標準（見表1）。

2 中、美設計標準比較

工業管道涉及的是一個系統工程，相關標準法規種類繁多，相互間具有內在聯系，但性質功能不同。本課題針對工業管道的法規標準體系以及法規和綜合性建造標準，收集分析研究中國美國標準化組織的相關內容，以期找出差異和差距，提出完善我國工業管道標準法規建設的意見和建議。

本章由2部分組成：第一部分介紹我國以及美國工業管道法規標準體系、法規標準關系、管理模式和相關機構等，并針對我國與美國工業管道的法規標準體系管理模式進行了比較分析。第二部分介紹中美兩國管道主要法規和建造標準。

2.1 中國工業管道法規標準體系

2.1.1 法規體系。1994年，鍋爐壓力容器安全監察局設立了壓力管道處。1996年原勞動部頒布了“壓力管道安全管理與監察管理規定”，對壓力管道從設計、制造、安裝、使用、檢驗、修理、改造7個環節提出原則性的要求。

2.1.2 標準體系。中國的標準體系有國家標準、行業標準、地方標準、和企業標準4級構架組，但工業管道標準體系主要有國家標準和各個行業標準。中國國家標準分為強制性標準和推薦性標準，強制性國家標準的代號為GB,推薦性國家標準代號GB/T.國家標準由國務院標準化行政主管部門編制計劃，組織修訂，審批，編號，發布，實施后由國家標準的主管部門組織復審，周期一般不超過5年，復審結果分別為確認、修訂、廢止。

由于長期以來行業和管理條塊分割，基本上不相往來，各行業各自為政。造成標準多，標準引用混亂，內容不統一，可以說尚未建成一個配套和完善系統，從而不能滿足不斷發展的體系。

2.2 美國工業管道法規標準體系

2.2.1 法規體系。美國是聯邦制國家，聯邦法規沒有規定的地方事物管理權，均為各州保留。美國政府對管道安全非常重視，體現在依法行政的安全監察管理體制和完善配套的標準化體系。管道的安全監察規程分為美國政府管道安全監察規程和聯邦管道安全監察規程，美國的法規體系由法律、法規、行政指導、指針等組成，相關的政令或文件包括免除令、澄清函、簡訊、公告、規范修改提案。

2.2.2 標準體系。美國標準體系大致由聯邦政府標準體系和非聯邦政府標準體系，即各個專業標準化團體的專業標準體系。19世紀美國就成立了眾多的行業性標準化組織，1969年正式成立美國國家標準體系協會ANSI，ANSI也是美國國家標準的代號。在管道技術標準規范中，美國的標準規范由于其技術的先進性和普及使用而成為人們所熟悉的使用標準，被包括中國在內的許多國家廣泛的參考和使用。

3 美標與國標壓力等級對比

壓力管道的組成件一般都是標準件，因此壓力管道組成件的設計主要是其標準件的選用，管道壓力等級的確定也就是其標準件等級的確定。管道的壓力等級包括2部分：以公稱壓力表示的標準管件的公稱壓力等級；以壁厚等級表示的標準管件的壁厚等級。管道的壓力等級：通常把管道中由標準管件的公稱壓力等級和壁厚等級共同確定的能反映管道承壓特性的參數叫作管道的壓力等級。而習慣上為簡化描述，常把管道中管件的公稱壓力等級叫作管道的壓力等級。壓力等級的確定是壓力管道設計的基礎，也是設計的核心。它是壓力管道布置、壓力管道應力校核的設計前提條件，也是影響壓力管道基建投資和管道可靠性的重要因素［2］。

對于AP1000設計中西屋公司選用的美標壓力等級，由于在建造過程中，出現了大量的國標材料代換美標材料的情況，本節就在此大量材料代換的基礎上，總結分析美標與國標的壓力等級對應關系，為后續的材料國產化提供借鑒。

對于管道閥門及法蘭壓力等級體系基準，國標采用的是常溫下（100°F）的許用工作壓力為基準的“公稱壓力”體系，而美標采用的是以某個溫度下的許用工作壓力為基準的“溫度壓力體系”，其中150磅級以260°F為基準溫度，其余各磅級以454°F為基準溫度。

對于標準系列的中美管道材料標準磅級對應關系如表2所示：

表1 AP1000管道與管件等級表

表2 壓力等級對比

對于美標標準壓力磅級的材料代換，對應的國標材料的公稱壓力選用必須高于或等于美標材料壓力等級，這樣的代換才合理有效。

對于AP1000中涉及一些不符合ASME的工作壓力-溫度等級的時候，西屋選用了冷水工作壓力（CWP）表示,另外西屋還選用了一部分特殊的壓力等級表示方法即水自重產生的壓力（WG）,對于上述壓力等級與國標的對比，目前尚未找到相關資料，這還有待于進一步研究和補充。

4 中美球墨鑄鐵管道及管件的對比（舉例）

根據材料代換程序要求，材料代換申請的提出至少滿足下面3個條件中的2個：

①在中國市場上沒有合格的供貨商。

②運輸時間太長，無法滿足施工進度要求。

③供貨數量太少，供貨商不愿提供。

針對消防系統管道及管件的設計情況，承包商對所有達到美標各項要求的國內鑄鐵生產廠家進行了調研，反饋情況為國內無廠家按美標AWWA C151/A21.51-09生產，且國外廠商因數量太少而不愿提供，即滿足a、c條件，因此可以開展管道及管件材料的代換可行性研究。

代換原則：代換材料的性能應與設計材料等同或高于設計材料。

代換注意的方面：機械性能、化學成分、幾何形狀、試驗與測試等。

根據以上代換原則，主要從以下5個方面進行比對分析：

表3

4.1機械性能比較（見表3）。通過以上對機械性能的比較，GB/T 13295-2008在抗拉強度上略遜于AWWA C151/A21.51-09和AWWA C153/A21.53-06，偏差為1.5%；GB/T 13295-2008在屈服強度上略好于AWWA C151/A21.51-09和AWWA C153/A21.53-06偏差為7%；延伸率兩者一致。因此，從機械性能上認為可以代換。

4.2化學成分比較。球墨鑄鐵主要特征是其金相結構中碳被球墨化成為團狀，其牌號標明的是機械強度，由于各個企業鑄造球墨鐵的工藝和配方不同，化學組分也會有很大的差異，對于使用者來說，重要的是機械特性。因此，國標中球墨鑄鐵件沒有規定嚴格的化學成分，只規定了力學性能。美標也如此，沒有固定化學成分。所以，省略化學成分比較。

4.3沖擊試驗對比

美標AWWA C151/A21.51-09要求按照ASTM E23進行Charpy沖擊試驗，對于在21℃±6℃下進行沖擊試驗，缺口沖擊試件折算合格值最小為9.49J。

國標GB/T 13295-2008中不要求進行沖擊試驗。為達到美標要求，廠家特別按照ASTM E23進行Charpy沖擊試驗，測試結果如表4：

表4 國產管道管件沖擊試驗數據表

通過沖擊試驗數據，認為國產球墨鑄鐵管道及管件已達到AWWA C151試驗標準要求。

4.4可行性結論。通過對中美兩國標準的分析，認為按國內GB/T 13295-2008標準生產的鑄鐵管道及管件能滿足AWWA C151/A21.51-09Ductile-Iron Pipe，Centrifugally Cast球墨鑄鐵管道和AWWA C153/A21.53-06Ductile-iron Compact Fittings forWater Service球墨鑄鐵管件的性能要求，對消防系統的地下預埋管道及管件進行國產化代換是可行的。

綜上所述，在AP1000中、美管道與管件的對比分析及代換過程中，必須注意中美標準不一致的情況，特別是管件形式、試驗標準，對于在中國規范中不作要求的內容要完全依照相關美國標準的要求執行。在管道及管件代換過程中，取得設計方的支持與配合是必要的，這樣可以保證代換的正確性，從而減少不必要的工作。管材代換施工必須有相應的設計變更或升版圖紙或技術規范作為依據。管道及管件代換可以節約時間、減少費用，并提高國產化率，但務必把安全放在第一位，一切以安全為中心，在安全的前提下進行材料代換才能保障項目的順利進行。

［1］姜煥中，等.電弧焊及電渣焊.電焊技術［J］，1995.（12）：8-12.

［2］F.KLANICA.APP-PL01-V2-001.PRIMARY COOLAN T LOOP OUTLINE PLAN.美國：WEC公司，2008.