核電廠在冷作彎管工程項目上…有何條件限制以及相關ASME規範準則?

核電廠的管路系統是確保反應爐安全運轉的關鍵，因此在管路製造上，無論是冷作或熱作彎管，都受到極為嚴格的限制與規範。冷作彎管因為在常溫下進行，會對材料產生冷作硬化及內應力集中的影響，這些都會直接影響材料的機械性能和長期的穩定性。

以下是一些主要的限制條件：

材料規範與應力分析： 核電廠管路所使用的材料都必須符合特定的材料規範，例如美國機械工程師協會（ASME）的標準。在設計階段，工程師需要進行嚴格的應力分析，確保管路在彎曲後，其應力分布仍在安全範圍內。冷作硬化和應力集中會讓彎管更容易產生裂紋或變形，這些都必須納入考量。
彎曲半徑與管壁厚度： 冷作彎管的彎曲半徑不能過小，因為過小的半徑會導致管壁內側過度壓縮，外側過度拉伸，使得管壁變薄，嚴重影響其承壓能力。此外，彎曲的形狀和角度也受到嚴格限制，以確保管路在彎曲後仍能維持設計所需的流體動力學性能。
品質檢測與非破壞性檢測（NDT）： 彎管完成後，必須進行嚴格的品質檢測，包括尺寸量測、外觀檢查等。更重要的是，需要透過非破壞性檢測，例如超音波檢測（UT）或射線檢測（RT），來確認彎管內部沒有因彎曲而產生的微小裂紋、分層或其他缺陷。
法規與品質保證： 所有核電相關的組件製造，都必須遵循各國核能安全管制機構的法規。在台灣，這指的是核能安全委員會（核安會）所訂定的相關規範。製造商需要建立一套完整的品質保證（QA）系統，從材料採購、製造過程到最終檢驗，每一個環節都必須有詳細的記錄和追溯性，以證明產品符合所有安全要求。

總體來說，核電廠的冷作彎管並非不能使用，但它必須在嚴格的設計規範、應力分析、材料控制、精密的製造工藝和全面的品質檢測等多重限制下進行，以確保其長期運轉的穩定性和安全性。這些限制的最終目的，都是為了避免任何可能導致意外的潛在風險。

相關ASME規範

對於核電廠冷作彎管的相關ASME規範，主要集中在 ASME鍋爐和壓力容器規範（Boiler and Pressure Vessel Code, BPVC），特別是以下幾個部分：

ASME BPVC Section III – Rules for Construction of Nuclear Facility Components

這是核電廠組件最重要的規範，它涵蓋了從材料、設計、製造、檢驗、測試到品質保證的所有要求。針對管路系統，Section III會進一步細分為：

Subsection NB：針對Class 1組件，這是核電廠中安全等級最高、最關鍵的管路，例如與反應爐直接相關的管路。這部分的規範最為嚴格，對於彎管的製造、檢驗和測試都有非常詳細的要求。
Subsection NC 和 ND：針對Class 2 和 Class 3組件，這些組件雖然不像Class 1那麼關鍵，但同樣對核電廠的安全運轉至關重要。規範的嚴格程度會依據其安全等級有所不同，但依然涵蓋了所有製造與檢驗的細節。

在這些規範中，會明確規定冷作彎管的最大彎曲半徑、管壁減薄的允許值、熱處理要求（如果冷作硬化需要消除內應力）、以及非破壞性檢測（NDT）的方法和標準。

這是針對發電廠管路系統的設計、製造、安裝、檢驗和維護的規範。雖然它不專門針對核電，但核電廠的非核級管路系統，例如發電機組的蒸汽管路，通常會遵循這份規範。

B31.1 對於管路的材料、彎曲成形的方法、焊接要求以及壓力測試等都有詳細規定。對於冷作彎管，它會提供應力分析的依據和驗收標準，確保管路在彎曲後仍能承受設計的溫度和壓力。

除了上述專門針對管路的規範外，核電廠彎管的製造還需要參考ASME BPVC的其他通用規範，例如：

Section II – Materials：規定了核電廠管路所有合格的材料種類、化學成分、機械性能以及熱處理的要求。所有使用的管材都必須符合此部分的標準。
Section V – Nondestructive Examination：這份規範詳細說明了各種非破壞性檢測的方法、程序和接受標準，例如超音波檢測（UT）、射線檢測（RT）、液體滲透檢測（PT）等。對於冷作彎管，這些檢測是確保沒有微小裂紋或缺陷的關鍵步驟。
Section IX – Welding and Brazing Qualifications：針對管路焊接的規範。雖然彎管本身不是焊接，但彎管後與其他管件的連接都需要嚴格遵循此規範，確保焊接品質。

結論:

核電廠的冷作彎管必須在一個嚴密的規範體系下進行，從材料的選用、設計的應力分析，到製造過程中的每一個細節，都必須符合ASME BPVC的各項規定，並透過嚴格的品質保證（QA）和非破壞性檢測（NDT）來驗證其安全性。

(照片為114.8/8父親節緬懷一位智者_人生啟蒙教育的家父,行善理念堅持的總會長,機械彎管工程界的前輩)