0 引言
1955年，金属反射式保温首次在热力工程上获得实际应用，随着多年的发展，金属反射式保温层结构和性能得到了很大提升，在多个行业获得广泛应用。在核电项目中，金属反射式保温层主要用在核岛内的设备和管道，起到保温、保冷、隔热、防冷凝等作用。在AP1000三代核电自主依托化项目中，由于设计、采购、安装方面存在的问题，导致金属反射式保温层多次成为制约现场建安和调试进度的关键因素。本文以AP1000项目为例，阐述了金属反射式保温层的技术特点和风险点，并针对性地提出优化方案。
1 功能特点
金属反射式保温层为封闭式块状保温结构，其外壳由不锈钢面板、端板和环板构成，提供一定的结构强度，内部为层叠排列的不锈钢反射箔，起到主要的保温作用。其保温原理如下：①根据空腔辐射原理，利用表面光亮、高反射性的金属箔作为反射板，把设备或管道的热量反射回去，从而大大减少热辐射；②利用特殊结构的波形箔片形成多个不连续腔室，压制空气的对流换热；③通过特殊结构，减少金属箔片之间接触，减少热桥面积，增大热桥长度，从而使总热阻增大，降低热传导。利用空间结构和物理原理对3种基本热传递方式进行减弱，达到隔热保温效果。
在AP1000项目中，金属反射保温主要功能包括：将被保护对象的热损失限制在规定值内，减少安全壳冷却系统的负荷，将管道、设备、混凝土表面的温度控制在允许范围内，降低堆腔和核蒸汽系统的热损失以提高电厂的热性能，从而使反应堆的热量更多地用来发电等。除发挥基本的保温隔热作用外，金属反射保温还要发挥一些其他作用，包括：①引流作用，正常运行时，反应堆堆腔和保温层之间环腔能引导冷却空气流通，来冷却反应堆压力容器支座；事故情况下，金属反射式保温层可引导冷却水从底部进入反应堆压力容器外表面，以冷却堆芯；②屏蔽作用，屏蔽组件属于保温层的一部分，内部填充的是屏蔽材料，而非金属箔，主要屏蔽堆腔内的放射性。
金属反射式保温层在核电项目之所以能够获得广泛应用，由其特点和优势决定，总结起来主要有以下几点：
（1）相容性好，耐腐蚀。主要材料为不锈钢，不含卤素，不会对核岛内设备和管道产生有害影响，同时对硼酸溶液具良好的耐蚀性。
（2）无粉尘、辐照剂量小。相比于非金属保温，不需要捆扎、涂抹、粉刷等，从而不产生任何粉尘，不会出现堵塞地坑滤网的情况。更不会产生放射性粉尘，可满足在役检查等维修工作需要，避免和减少放射性物质对运行和维修人员的危害。
（3）表面易去污，机械性能好，保温性能稳定，重复利用率高，使用寿命长。反射型保温采用经过光滑的不锈钢材料，表面污染物可以轻易除掉，包括放射性污染物。耐辐照性能和机械性能较好，可以长期保持性能稳定，可反复使用。
（4）重量轻，结构易拆装。金属反射型保温内部是空腔结构，重量轻，单个保温块的重量一般不超过30kg，可设计成快速拆卸的结构形式（如采用搭扣）。
此外，由于本身材料、结构特点，金属反射型保温满足一定的抗震要求，能够适应高温及潮湿环境。
2 热性能特点
金属反射式保温层最重要的性能指标为热损失率，其准确数值可以通过试验测试出来，设计方在出图之前会利用传热学理论建立数值分析模型，开展热损计算工作，确保热损满足要求，同时也会对部分典型的保温块开展热力学测试与验证。金属反射式保温的保温效果主要体现在保温厚度上，而保温厚度直接与金属箔的层数与间距相关。研究表明，金属箔层数越多，保温效果越好，但层数不能无限增加，还应该充分考虑金属保温结构的经济性和厚度限制。热损失和导热系数随箔层间距的增加而增大，但箔层间距并非越小越好，间距过小有可能导致不锈钢箔接触，增大热桥面板，从而增大热损失。
在热态工况下起到防护作用的金属保温层，其表面温度一般不能超过60℃。另外，出于抗震方面考虑，设计方对管道外保温层的线密度也提出了要求，所以系统规格书规定了保温层的最大厚度。针对不同直径、不同运行温度的工艺管道所需要的金属保温层厚度，在采购规范书中也有不同的要求，供应商在设计时可以根据保温层的热性能和保温效果确定具体的保温层厚度。在多数情况下，满足设备外表面的热损失率即可。
3 应用范围
目前在役的核电机组和在建的二代加核岛保温中，基本只有反应堆压力容器采用金属反射型保温结构，在建的AP1000核电站虽然核岛内基本全部采用金属反射型保温结构。在第三代AP1000核电站中，金属反射式保温层主要用于CVS热交换器、安全壳内的管道、管道上设备组件（阀门、仪表、过滤器）和某些特殊管道支架上，也应用在反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、反应堆冷却剂泵、热管段、冷管段及稳压器波动管等主要设备上。
金属反射式保温也有一定的应用局限性，主要体现在：①空间适应性不如柔软的非金属保温，在一些空间复杂的地方，比如贯穿件、仪表等部位，往往需要搭配使用非金属保温；②保温效果一般要弱于玻璃棉纤维、硅酸钙、珍珠岩、石棉等非金属保温材料，为达到相同的保温效果，金属反射式保温层的厚度大于非金属保温层；③金属反射式保温的价格远高于常规的非金属保温，主要用在有易拆卸、防粉尘、抗辐射等特殊要求的区域（如核岛），其他领域出于经济原因通常不建议采用。
4 难点分析
4.1 技术吸收消化不彻底
在AP1000依托项目中，金属反射式保温是进口设备，其设计工作由西屋和国外供应商共同完成，存在价格垄断和服务响应相对较慢等问题，所以后续国产化是必然趋势。金属保温层设计是一项复杂的系统工程，技术要求比较高，在国产化初期容易出现新技术吸收消化不彻底问题。国产化过程中，要深刻理解国际上关于金属反射式保温层的各项性能试验、行业标准的真正内涵，同时还有不断开展经验交流，吸收最先进的科技成果。
4.2 成品保护不到位
金属保温是盒式结构，仅靠外壳提供强度支撑作用，在装卸和运输过程中容易变形，曾出现过多起包装箱翻倒导致保温报废的先例。所以在运输过程中木箱应该有固定和缓冲措施，防止翻滚和碰撞。
AP1000项目规格书要求金属保温应保持外表光亮，无明显划痕、裂纹、污垢、锈蚀等问题。根据核电现场的实际情况，工厂内制作好的金属保温在现场不可避免地会遇到雨水天气、人为破坏等因素的影响，出现沾污、生锈、浸水、外壳变形等问题。按照设计要求，一旦保温层遭到沾污，可能会影响保温效果。
4.3 采购周期限制多
金属反射式保温层采购过程具有类似大宗材料采购的特点，数量大、批次多。在AP1000依托项目中，多次出现过采购流程不合理、采购周期过长、所需未到货、所到非所需等问题，严重制约了现场进度。
此外，由于每个保温块都需要专门定制，需提前测量设备和管道的三维尺寸与空间分布。所以只有在现场建安工作已完成，系统已移交后，才能开展设计工作。机组热试中需要检验保温效果，在热试开始之前保温必须要安装到位，这对到货安装时间提出了要求。
所以管道保温测量工作一般在建安完成时开始，在热试开始之前到货并完成安装，往往只有3~6个月的采购周期，这还不考虑设计变更等带来的影响，所以时间紧任务重，采购周期很短，到货延误情况非常普遍。
4.4 安装冲突问题频发
金属保温层与核岛的主要系统的设备、管道、仪表等都存在着尺寸接口关系，设计上还要考虑安装空间、管线抗震、热损系数的影响，制约因素多，设计变更多，对设计院、制造厂来说都有一定的挑战。
金属保温层一般是依据现场踏勘数据在工厂制造完成的，但由于核电站现场环境复杂，尤其是AP1000，核岛内部比较紧促，在踏勘过程中不可能考虑到所有因素。工厂制造的保温块在安装过程中经常会出现安装空间不足、与周围物项位置干涉问题，导致安装困难，不仅带来了大量的现场切割修改工作，而且会留下管道保温系统定期检修施工困难的隐患。后续项目中，金属保温层的设计上需关注管道密集程度、施工逻辑顺序、现场施工空间、管道保温系统定期检修等问题，以便于现场施工，减少反复设计或现场修改工作。
5 风险管理优化方案
5.1 选择优质供货商
经过长期的国产化努力，目前国内保温厂家的设计和制造能力正在稳步提升，已陆续完成满足国内外标准要求的各项试验，并已通过相关行业协会的鉴定。相关产业链也在逐步完善，超薄不锈钢箔、低钴的奥氏体不锈钢等相关技术已攻克，这一切都为后续国内金属反射式保温层推广和应用奠定了坚实的基础。选择经验丰富、技术先进、服务优质的供应商，是确保设备供货质量和供货周期的根本前提。
5.2 优化采购流程
核电厂金属保温层的供货周期受限，通过合理优化采购流程可以缩短供货周期。首先测量工作要提前开始，在系统主要设备已就位时就开始测量，后续不断补充和完善；其次，可以根据调试进度计划的要求，明确各个系统保温的需求时间，合理分批，按需供货；最后，考虑到金属保温层安装过程中会根据实际情况进行修改，建议部分金属保温制造工作从工厂制造改为现场制造，以提高工作效率。
5.3 加强催交和监造
业主方应做好各方的统筹协调工作，确保安装、设计、制造的相关信息能够及时准确传递，督促图纸设计文件、热损分析、抗震分析及时完成，关注制造厂设备（车床、焊机等）和人力（焊工、铆工、普工）的储备和分配情况，确保各个工序无缝衔接。
开工时，采购方需检查制造厂质保体系的完善性，检查“人机料法环测”是否符合设计要求，同时开展经验反馈和制造风险管理，实施预防性监督，避免质量问题的发生。完工验收时，主要按照合同要求，检查完工报告的完整性和准确性，重点关注保温性能试验、腐蚀试验、抗震实验、工厂预组装实验等的实验结果。此外，对制造过程节点进行抽查，主要防止出现违反设计要求和工艺规程的情况。通过强化质量管理，确保设备质量，进而保证设备交付满足进度逻辑需要。
6 结语
综上所述，金属反射式保温层具有耐高温、耐辐射、无粉尘、良好的力学性能、使用寿命长、耐硼酸腐蚀、表面易去污和结构易拆卸等优点，其在AP1000核电应用过程中存在技术吸收消化不彻底、成品保护不到位、采购周期限制多、安装冲突问题频发等风险点，本文针对性地提出选择优质供货商、优化采购流程、加强催交和监造三方面的优化措施，以期为后续AP1000项目的金属保温采购提供借鉴和参考。
参考文献
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收稿日期：2018-12-18
作者简介：何致敏（1988-），男，湖北十堰人，三门核电有限公司工程师，硕士，研究方向：设备监造及采购计划。
