Underhåll av rörledningar i kärnkraftverk – kallkapning och fasning

Underhåll av rörledningar i kärnkraftverk – kallkapning och fasning

Underhåll av rörledningar i kärnkraftverk ställer särskilda krav på maskiner, verktyg och arbetsmetoder. Kontaminationskontroll, verktygsspårbarhet och begränsade arbetsutrymmen påverkar hur kapning, fasning och svetsförberedelser får genomföras.

På den internationella marknaden används ofta termerna pipeline maintenance och nuclear piping maintenance för den här typen av rörunderhåll.

Tubecks rörkapmaskiner, rörfasmaskiner och slipmaskiner från GBC använder kallbearbetning. Metoden kallas ofta cold cutting eller cold machining på engelska. Maskinerna är utvecklade för att möjliggöra rena bearbetningsprocesser, vid behov utan flytande smörjmedel. Det går även att dokumentera vilka konstruktionsmaterial maskinerna består av.

Varför gäller särskilda krav vid rörunderhåll i kärnkraftverk?

Rörledningarna i ett kärnkraftverk består ofta av samma kolstål, rostfria stål och legerade stål som används inom andra industrisektorer. Det som skiljer underhållsarbetet är därför vanligtvis inte rörets metallurgi, utan miljön där operatören ska utföra arbetet.

Arbetet sker i system som omfattas av kontaminationskontroll, strikta rutiner för spårbarhet och program för återkommande inspektioner. Dessa program reglerar när och hur ingrepp får genomföras.

Rörledningar i kärnkraftverk kan omfattas av inspektionsprogram enligt ASME Section XI. Standarden reglerar återkommande inspektioner av anläggningskomponenter genom tre metoder:

• visuell provning
• ytprovning
• volymetrisk provning

Valet av inspektionsmetod baseras på komponentens betydelse för säkerheten. Kapning, fasning och omsvetsning måste därför utföras med maskiner som inte äventyrar systemets spårbarhet eller tillför föroreningar till arbetsområdet.

Det finns dessutom en praktisk begränsning som skiljer underhåll från installation: röret är redan installerat. Det kan inte tas till en verkstad och går ofta varken att demontera eller rotera. Platsen för arbetet bestäms av den rörsektion som ska bytas eller den komponent som ska avlägsnas.

Maskinen måste därför kunna föras fram till röret och arbeta i dess befintliga position. Bearbetning direkt på det installerade röret benämns ofta in-situ machining, on-site machining eller field machining.

Kallkapning utan gnistor och termisk påverkan

Vid underhåll av rörledningar i kärnkraftverk prioriteras kontrollen av kontaminering och bearbetningens renhet. Det handlar inte bara om att undvika gnistor och värmepåverkade zoner. En värmepåverkad zon benämns ofta heat-affected zone, förkortat HAZ.

Beställaren behöver också kunna kontrollera vad maskinen lämnar efter sig på arbetsstycket och i det omgivande området.

I vissa situationer innebär det att bearbetningen måste utföras torrt, utan flytande smörjmedel som kan transportera eller hålla kvar kontaminering. Denna typ av torr bearbetning kallas även dry machining.

GBC maskiner för kallkapning och fasning arbetar genom kontrollerad mekanisk avverkning. Metoden orsakar inte den lokala smältning som uppstår vid exempelvis flam- eller plasmaskärning. Maskinerna kan också konfigureras för torr bearbetning när anläggningens rutiner kräver det.

Kallkapning, eller cold cutting, bidrar därmed till att kontrollera vad som förs in i och lämnar arbetsområdet, samtidigt som gnistor och termisk påverkan undviks.

Spårbarhet för verktyg och maskinmaterial

Utöver en ren bearbetningsprocess kräver kärnkraftsindustrin kvalitetssäkring och spårbarhet för de skärande verktyg som monteras på maskinen. I internationella kravspecifikationer används ofta termen tool traceability.

I vissa fall krävs även certifikat som redovisar sammansättningen hos de material som själva maskinen är tillverkad av. Kraven omfattar alltså inte enbart skärverktyget.

Detta ingår i de kvalitetsprogram som beskrivs i referensstandarder som ASME NQA-1. Standarden definierar krav på kvalitetssäkring inom kärntekniska tillämpningar och ligger till grund för certifiering av organisationer som levererar säkerhetsrelaterade komponenter eller tjänster.

För leverantörer av kallkapningsmaskiner innebär detta ett konkret krav: det måste gå att dokumentera vilka material maskinen är byggd av och vilka verktyg den har utrustats med.

Rörkapning eller rörfasning – vilken maskin ska användas?

Valet av maskin styrs först och främst av vilken bearbetning som ska utföras:

• Om röret ska delas används en rörkapmaskin.
• Om röret ska kapas och fasas i samma arbetsmoment används en kombinerad rörkap- och rörfasmaskin.
• Om röret endast ska förberedas inför svetsning utan att kapas används en rörfasmaskin.

Vid internationella produktsökningar och upphandlingar används ofta pipe cutting för rörkapning. Rörfasning benämns vanligtvis pipe beveling eller pipe bevelling. Kombinerad kapning och fasning beskrivs som pipe cutting and beveling.

Förberedelse av röränden inför svetsning kallas även weld preparation eller det kortare uttrycket weld prep.

Vid underhåll måste man också ta hänsyn till hur maskinen ska monteras på det installerade röret. GBC rörkapmaskiner för kärnkraftsindustrin kan öppnas och slutas runt den befintliga rörledningen. Konstruktionerna skiljer sig åt, men syftet är detsamma: att bearbeta röret utan att först demontera det.

Kallkapning med delbar ram och clamshell-konstruktion

MCA Cutter

MCA Cutter har en delbar ram som består av två separata halvor. Den här typen av maskinkonstruktion benämns ofta split frame eller split frame pipe cutting machine.

Maskinen kan monteras runt ett befintligt rör utan att röret behöver tas bort från systemet. Det är en viktig fördel i anläggningsutrymmen där demontering av rörledningen inte är praktiskt möjlig.

MCA Cutter:

• arbetar med diametrar från 33,4 till 1 095 mm
• utför kallkapning
• utför standardfasning
• utför kombinerad fasning i ett enda arbetsmoment

FAST

Även FAST har en delbar ram som monteras runt det installerade röret.

FAST:

• arbetar med diametrar från 153 till 1 545 mm
• är den enda rörkapmaskinen i sortimentet med integrerad självcentrering
• har ett kopieringssystem som kompenserar för ojämnheter och ovalitet i röret

Funktionerna är särskilt betydelsefulla vid underhåll av rör som har varit i drift under lång tid. Självcentreringen utgår från själva röret utan behov av extern uppriktning. Kopieringssystemet följer rörets verkliga profil i stället för dess nominella profil.

Supercutter

Supercutter har en så kallad clamshell-konstruktion. Maskinkroppen öppnas som ett gångjärn i stället för att delas i två separata halvor. Därför kan maskinen monteras på valfri plats längs rörledningen.

Supercutter:

• arbetar med diametrar från 168 till 1 530 mm, motsvarande 6–60 tum
• utför automatisk kapning och fasning med verktyg
• kan utrustas för invändig bearbetning med mikrometerjustering
• kan utrustas med profilkopiering för att kompensera för ovalitet

Skillnaden mellan en delbar split frame-konstruktion och en clamshell-konstruktion ligger i hur maskinen öppnas och monteras runt röret, inte i vilken bearbetning som utförs. Båda konstruktionerna kan kapa och fasa.

Monteringssättet är särskilt viktigt vid underhåll, eftersom platsen där röret måste kapas inte går att välja fritt. Möjligheten att sluta maskinen runt röret på valfri plats innebär att arbetspunkten inte behöver anpassas efter var maskinen kan komma in.

Hypercutter för rör över 60 tum

För diametrar över 60 tum används Hypercutter. Maskinen är avsedd för rör med stora diametrar och godstjocklekar, inklusive sådana som förekommer inom kärnkraftsindustrin.

Hypercutter:

• arbetar med diametrar från 1 524 till 2 540 mm, motsvarande 60–100 tum
• utför kallkapning och fasning
• har åtta individuellt justerbara låspunkter
• har stora kontaktytor
• har hydraulisk matning

Även Hypercutters maskinkropp öppnas som ett skal. Maskinen kan därför monteras på valfri plats längs rörledningen utan att röret behöver demonteras.

Vid dessa dimensioner är behovet av bearbetning på plats särskilt stort, eftersom röret inte kan flyttas. De åtta individuellt justerbara låspunkterna stabiliserar maskinen på röret i dess befintliga position.

Maskiner för den här typen av arbete kan på engelska beskrivas som large diameter pipe cutting machines eller large diameter cold cutting machines.

Rörfasmaskiner för kall fasning

När arbetet endast omfattar förberedelse av svetsfogen utan kapning används GBC rörfasmaskiner. Dessa maskiner utför kall fasning och planbearbetning.

På engelska används pipe beveling machine eller pipe beveler för en rörfasmaskin. Planbearbetning av röränden benämns ofta facing.

MINI-serien

MINI-serien omfattar portabla maskiner för mindre rördiametrar och arbeten ute i anläggningen.

Maskinerna kan även beskrivas som portabla rörfasmaskiner eller portable pipe bevelers.

TC40 och TC73

De utvändigt spännande maskinerna TC40 och TC73 kommer inte i kontakt med rörets invändiga yta vid fastspänningen.

Utvändig fastspänning benämns ofta external clamping eller OD clamping, där OD står för outside diameter.

Konstruktionen är användbar där åtkomsten till rörets insida är begränsad, exempelvis vid öppningar i tubplåtar.

Boiler-serien

Boiler-serien är avsedd för fasning och planbearbetning av medelstora diametrar. Boiler K används även på rörböjar och T-stycken.

De portabla maskinerna monteras direkt på den rörände som ska bearbetas. Rörsektionen behöver därför inte avlägsnas från systemet.

Hypermaxi 20_40 för stora diametrar

För stora diametrar används Hypermaxi 20_40, en portabel rörfasmaskin för invändiga diametrar från 508 till 937 mm, motsvarande 20–36 tum.

Invändig diameter anges ofta som ID, en förkortning av inside diameter.

Med ett tillvalskit kan arbetsområdet utökas till 1 016 mm, motsvarande 40 tum.

Hypermaxi 20_40 utför:

• svarvning
• konisk bearbetning
• invändig fasning av röränden
• utvändig fasning av röränden

Maskinen kan levereras med pneumatisk, hydraulisk eller borstlös drivning. Den är även utvecklad för arbeten på plats, offshore och inom kärnkraftsindustrin där hög precision krävs inför svetsning.

Bearbetning av svetsfogar i stora godstjocklekar

Efter kapning eller fasning behöver svetsfogen på många kärnkraftsrör bearbetas och färdigställas. Det gäller ofta rör med stora godstjocklekar.

Den här bearbetningen är en del av förberedelsen inför svetsning och kan i internationella projekt beskrivas som weld preparation, weld prep eller bearbetning inför re-welding.

Den automatiska och multifunktionella G800 har en slipskiva med diametern 800 mm och används för denna typ av bearbetning.

G800:

• är monterad på en eldriven vagn
• kan avverka material i godstjocklekar upp till 250 mm
• har ett sliphuvud som kan lutas upp till 90 grader
• möjliggör längsgående bearbetning utan manipulatorer
• har LCD-panel med högupplöst kamera
• levereras som standard med fjärrstyrningskonsol och CCTV-system

Kameran och fjärrstyrningen gör det möjligt att övervaka och styra arbetet på avstånd.

Arbetsprincipen skiljer sig från rörkap- och rörfasmaskinernas. Slipmaskinen roterar inte runt röret. I stället roteras arbetsstycket i förhållande till slipskivan. Bearbetning med G800 utförs därför på sektioner som kan roteras.

Standardmaskiner och specialkonstruerade maskiner

Extremt trånga utrymmen är inte det normala vid underhåll av kärnkraftverkens rörledningar. I de flesta fall ryms standardmaskinerna i GBC sortiment inom anläggningens befintliga arbetsutrymmen, utan att en särskild konfiguration behöver tas fram.

Vid extrema situationer med mycket begränsad åtkomst eller avvikande geometrier kan lösningen i stället vara en specialkonstruerad maskin som utvecklas för den aktuella tillämpningen.

Specialkonstruerade maskiner benämns ofta custom machines eller customised machines. I dessa fall är en särskilt utvecklad maskin lämpligare än att anpassa en befintlig katalogprodukt.

Tubecks maskiner för underhåll av rörledningar i kärnkraftverk

Valet av maskin för underhåll av rörledningar i kärnkraftverk styrs av vilken bearbetning som ska utföras:

• kapning av röret
• fasning av röränden
• förberedelse och bearbetning av svetsfogar

I internationella specifikationer motsvaras dessa arbetsmoment ofta av termerna pipe cutting, pipe beveling och weld preparation.

Samtidigt måste arbetet följa beställarens strikta krav på spårbarhet och på att verktyget inte tillför kontaminering.

Tubecks sortiment täcker hela arbetskedjan för kallbearbetning:

• MCA Cutter, FAST, Supercutter och Hypercutter för kapning och fasning av diametrar från 33,4 till 2 540 mm
• rörfasmaskiner för förberedelse av svetsfogar
• G800 för bearbetning inför omsvetsning i stora godstjocklekar

Rätt maskinlösning gör det möjligt att utföra bearbetningen direkt på den installerade rörledningen, samtidigt som kraven på precision, renhet och spårbarhet kan tillgodoses.