Research on Detectable Rate Optimization of Nuclear Grade Pipe Welds
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摘要: 核级管道焊缝不可检问题不仅使焊缝抽检比例达不到现行标准要求，而且影响焊缝全寿期内的状态监测，不利于反应堆冷却剂系统运行安全。以浮动式核电站核级管道焊缝役前检查为例，采用描述统计的方法，对焊缝不可检问题进行详细原因分析。分析结果表明焊缝检测成像障碍是造成焊缝不可检的主要因素，焊缝检测不可达因素次之；形成原因涉及设计、安装、结构功能性和设备结构特性等多个方面。针对性提出的优化措施可将焊缝可检率由65.5%至少提升至74%，有效提高了焊缝可检率，保障了系统运行安全。Abstract: The problem of undetectable welds in nuclear grade pipelines not only makes the weld detectable rate fail to meet the requirements of current standards, but also affects the state monitoring of welds during their life cycle, which is not conducive to the safe operation of reactor coolant system. Taking the pre-service inspection of nuclear grade pipeline welds in floating nuclear power plants as an example, the reasons for the undetectable welds are analyzed in detail by using descriptive statistics. The analysis results show that the imaging obstacle of weld detection is the main factor causing the weld to be undetectable, followed by the inaccessible factor of weld detection. The reasons are related to design, installation, structural functionality and equipment structural characteristics. The proposed optimization measures can improve the weld detectable rate from 65.5% to not less than 74%, which effectively improves the weld detectable rate and ensures the safety of the system operation.
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Key words:
- Detectable rate /
- Nuclear grade pipeline weld /
- Imaging obstacles /
- Inaccessible
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表 1 核级管道焊缝检验物项和检验方法分类表
Table 1. Classification of Inspection Items and Methods for Nuclear Grade Pipeline Welds
项目 序号 检验物项 检验方法 核1级管道 1 对接焊缝 公称直径≥30 mm的管道 射线检测（RT）和渗透检测（PT） 公称直径<30 mm的管道 PT 2 支管焊缝 公称直径≥30 mm的支管 PT 公称直径<30 mm的支管 PT 核2、3级管道 3 公称直径≥30 mm，且公称壁厚≥3 mm的管道对接焊缝 RT和PT 4 公称直径>10 mm的支管焊缝 PT 5 螺栓和双头螺柱 PT 6 管道连接法兰 目视检测（VT） 7 管道连接螺纹 VT 
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表 2 管道焊缝抽样检测信息汇总
Table 2. Summary of Smpling Inspection Information of Pipeline Weld
系统名称 管道规格 安全等级 焊缝总数/道 应抽检数量/道 焊缝检测不可达数量/道 成像清晰度不足/道 备注 系统1 DN100 1级 6 6 0 0 DN50 1级 11 6 6 6 5道焊缝“不可达+清晰度不足” DN32 1级 12 6 0 0 DN40 1级 18 9 0 18 DN25 1级 4 2 1 0 系统2 DN60 1级 14 8 0 0 DN60 2级 58 12 6 12 系统3 DN40 2级 118 27 1 32 系统4 DN60 1级 17 12 0 1 DN60 2级 37 10 2 1 DN80 2级 29 4 1 26 DN50 2级 22 8 0 1 DN25 2级 13 2 13 按抽检原则未作为抽检焊缝
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表 3 焊缝检测不可达信息统计表
Table 3. Statistics on Inaccessible Weld Detection
表现形式 焊缝数量/道 比例/% 分布规律 特点 焊缝遮蔽 4 1.1 ①阀门及管路附件两侧；
②设备底部接管嘴附近管道；
③靠近铺板、电缆托架等结构的管道①局部载荷较为集中，设置有支吊架；
②存在接管的设备封头等位置，包敷有保温层；
③管路贴近结构、铺板布置，需设置支承及预留人员通行空间空间狭小 10 2.8 位于装置底端且靠近结构的管道 靠近设备基座及装置结构，管系布置复杂，人员通行困难 结构死区 5 1.4 位于设备屏蔽及基座区域的管道 多为管道与设备接口连接区域，被基座屏蔽等结构包络
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表 4 焊缝检测成像障碍信息统计表
Table 4. Statistics on Imaging Obstacles in Weld Detection
表现形式 焊缝数量/道 比例/% 分布规律 特点 管道截面满水 55 15.3 ①未设置放水点的管道；
②管道布置存在“U型弯”；
③存在止回阀、截止阀的管道①多为分支管路和并联管路；
②管路附近结构、设备、阀门较多，管道变向较多；
③存在止回阀、截止阀且管道垂直布置管道底部积水 55 15.3 ①长距离水平管道；
②含阀门、管路附件等多而集中的水平管道①未考虑安装坡度，管道直段较长且管路上支架较少，易形成局部挠度；
②设备间预留空间较小，管路行程较短，阀门、管路附件等布置较为集中
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表 5 管道焊缝不可检原因汇总
Table 5. Summary of Causes of Undetectable Pipeline Weld
表现形式 原因分析 临时措施 焊缝遮蔽 支承遮蔽 ①阀门、管路附件实际尺寸与设计尺寸存在偏差；
②支承结构、阀门建模精细度不足；
③安装误差拆除支吊架，检测后复装 结构遮蔽 ①建模精细度不足；
②建模不充分、不全面；
③外部输入参数变化；
④安装误差拆除结构，检测后复装 保温层遮蔽 保温层安装时机不合理 拆除保温层，检测后复装 空间狭小 ①建模精细度不足；
②建模不充分、不全面；
③外部接口参数变化申请免检，更换附近其他代表性焊缝进行检测 结构死区 结构功能性设计要求，结构局部位置形成不可达区域 申请免检，更换附近其他代表性焊缝进行检测 管道截面满水 ①疏水点设置不足；
②管道布置变向较多，形成“U型弯”布置；
③止回阀、截止阀功能特性①更换附近其他代表性焊缝进行检测；
②借助其他通道（仪表、测量）接口排水；
③中压空气吹除管道底部积水 ①管道集中载荷或安装误差导致管道微弯或倒倾斜；
②阀门、管路附件、管道流通截面差异①更换附近其他代表性焊缝进行检测；
②中压空气吹除
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表 6 优化措施汇总
Table 6. Summary of Optimization Measures
原因分析结果 改进优化措施 实施难度 模型设计问题 ①提升与外部协作单位、生产单位合作机制，获取较为全面的设计输入资料；
②开展精细化设计，建立完善的三维模型数据；
③收集已有工程的相关设计资料，建立较为完善的资料库，为布置设计提供参考低 外部输入及接口问题 ①提升与外部协作单位的技术沟通渠道；
②信息传递合理化、规范化；
③加强设计阶段、安装阶段的设计复查低 安装误差问题 ①加强安装阶段的质量控制；
②加强安装前的设计状态复查中 安装工序及检测时机问题 合理规划施工工序，并根据计划合理安排检查时机 低 管道布置设计问题 ①减少“U型弯”布置形式，合理规划疏水点设置；
②合理规划焊缝分布，对焊缝可检性进行充分评估；
③安装阶段，对管系疏水进行功能性排查、整改，并进行等轴测图的编制和焊缝数据库的创建低 结构功能性设计问题 优化结构设计 高 设备功能及结构特性问题 ①止回阀、截止阀所在管路尽量水平布置，且在阀门两侧管道考虑疏水点设置；
②管道设置一定的安装坡度（坡度~0.2%），以保证管道的自然疏水中
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表 7 优化效果评估
Table 7. Evaluation of Optimization Effect
表现形式 焊缝数量/道 优化效果 备注 焊缝遮蔽 4 完全消除 空间狭小 10 改善 理论上可以完全消除 结构死区 5 不能消除 申请免检 管道
截面满水55 改善 除垂直安装的止回阀出口管道焊缝不能消除外，其余焊缝均可消除，约30道焊缝 管道
底部积水55 改善 理论上可以完全消除
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[1] 于毅. AP1000核级管道焊缝在役检查分析[J]. 科技资讯,2015, 13(28): 59-60,95. [2] 蒋韦锋,章维. 核电厂无损检测空间分析工具开发与应用[J]. 中国电力,2016, 49(9): 109-113. doi: 10.11930/j.issn.1004-9649.2016.09.109.05 -
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