孟巍+于均剛+魏占超

摘 要：本文根據(jù)國產(chǎn)首臺AP1000 MSR管子管板脹接的制造工藝過程，從脹接設(shè)備及工具選型、工藝試驗、工藝參數(shù)選定、產(chǎn)品脹接應(yīng)用等方面進行了詳細描述，為類似核電站產(chǎn)品的制造提供了經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：AP1000 汽水分離再熱器 管子管板脹接

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0082-02

汽水分離再熱器是核電站常規(guī)島的重要設(shè)備之一，核島蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的主蒸汽在高壓缸中逐級膨脹做功，蒸汽的壓力和溫度逐級降低，離開高壓缸末級葉片的排汽濕度高，需經(jīng)過MSR分離段實現(xiàn)蒸汽中的汽水分離，然后經(jīng)過MSR中的一、二級再熱器分別用抽汽和新蒸汽進行加熱，加熱后的蒸汽由熱段再熱管道輸送到汽輪機低壓缸做功，以減少對低壓缸葉片的腐蝕，增加汽輪機低壓缸的出力。其作用概括為[1]：（1）實現(xiàn)高壓缸排氣的汽水分離；（2）實現(xiàn)高壓缸抽氣、系統(tǒng)主蒸汽的對高壓缸排氣的兩次加熱，以提高核電站的經(jīng)濟性和改善汽輪機低壓部分工作條件。每個核電站機組包含2臺MSR，每臺MSR對稱包括4臺再熱器（2臺一級再熱器、2臺二級再熱器），其中的一、二級再熱器管子管板脹接是產(chǎn)品制造的關(guān)鍵工序，其脹接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脹管率公差嚴格，制造難度較大。

1 管板結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求

如圖1所示，以二級再熱器管板為例。二級再熱器管板外圓直徑1720 mm，內(nèi)圓直徑1430 mm。管板材質(zhì)為SA-266Gr.2，母材厚度為245 mm，管板一次側(cè)中心圓Φ1430 mm范圍內(nèi)堆焊鎳基合金AWS-ER-NiCr-3。鎳基堆焊層最終機加厚度為7 mm。管板鉆孔數(shù)量1334個，管孔排列呈正三角形，管孔直徑Φ19.30 mm，管孔中心距為26 mm。

2 管子管板脹接技術(shù)難點

管子管板脹接工藝是管殼類換熱器制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，基本原理為通過管子的徑向膨脹，實現(xiàn)與管板孔的連接。其主要作用包括[2]：（1）吸收由于管束振動作用在管子管板焊縫上的交變應(yīng)力，保護管子與管板焊縫，對于沒有管子管板密封焊的換熱設(shè)備，隔絕管殼程；（2）消除管子管板間隙，防止換熱器殼側(cè)雜質(zhì)沉積滲入而腐蝕換熱管；（3）提高換熱管與管板連接的機械強度，減小運行時換熱管震動造成的磨損。

AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接長度較長，一級再熱器有效脹接長度為50 mm，二級再熱器有效脹接長度為75 mm，脹管尺寸公差嚴格。產(chǎn)品機械脹接有如下難點：

由于其管子管板脹接長度較長，如采取單段脹接，根據(jù)現(xiàn)有脹管器的類型，脹管器采購困難，脹管機扭力輸出不夠，換熱管脹接后整體均勻性也較難控制，故需采取多段脹接，但相鄰兩段脹接部分區(qū)域重疊，后一段脹接對相鄰前一段脹接效果產(chǎn)生影響，每段的脹管率均需保證5%～8%，同時一級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥24.5 kN，二級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥29.4 kN，脹接后目視檢查，換熱管內(nèi)表面不得有明顯劃痕。

每根換熱管各段脹接質(zhì)量的均勻性將直接影響換熱管脹接的整體質(zhì)量，脹接參數(shù)選定，操作控制難度大。脹接過程中，操作者脹管操作是否規(guī)范將直接影響脹接質(zhì)量。

如圖2所示，一、二級再熱器管板脹接結(jié)構(gòu)特殊，有效脹接長度、疊脹尺寸公差要求嚴格。

3 解決措施

3.1 脹管設(shè)備及工具的選擇

根據(jù)一、二級再熱器管子管板脹接要求和結(jié)構(gòu)特點，選用機械脹接的方式，配備了進口TCEM的脹接設(shè)備，提制并使用3滾珠可調(diào)式通用脹接工具，通過調(diào)節(jié)脹管器止推軸承在支架的相對位置實現(xiàn)一、二級再熱器不同深度脹區(qū)的脹接，保證了脹接質(zhì)量，降低了產(chǎn)品脹接制造成本。如圖3所示。

3.2 脹接工藝試驗及評定

產(chǎn)品脹接之前，按照專項技術(shù)條件，選擇與產(chǎn)品同材質(zhì)、同規(guī)格、同熱處理狀態(tài)的試樣進行脹接工藝試驗，通過開展工藝試驗進行脹接參數(shù)摸索，選定每一段脹區(qū)最優(yōu)的脹接參數(shù)，并按照專項技術(shù)文件要求開展脹接工藝評定。如圖4所示。

3.3 目視、尺寸及拉脫力檢查

掌握脹接過程操作控制要點，脹接后進行目視檢測、脹接尺寸檢查，同時按照專項技術(shù)文件要求進行拉脫力檢測，一、二級再熱器管子與管板脹接后均需滿足相應(yīng)拉脫力要求。

3.4 脹接參數(shù)分析選定

通過充分的工藝試驗，較準確摸索出后一段對前一段脹接區(qū)域的影響效果，分別確定了每一段脹區(qū)合適的脹接參數(shù)，摸索出階梯遞減式參數(shù)規(guī)律。產(chǎn)品脹接過程中每段脹區(qū)設(shè)定不同的脹接參數(shù)，確保同一根換熱管不同脹區(qū)整體的脹接效果及質(zhì)量，有效保證每段脹區(qū)脹接效果的均勻性。

3.5 設(shè)置脹接班前試樣，確保產(chǎn)品脹接質(zhì)量

操作者每班首次脹接、更換脹管器、調(diào)整脹接參數(shù)時，需在產(chǎn)品正式脹接前，在班前試樣上至少進行一次模擬脹接，經(jīng)測量并核算脹管率合格后，方可在產(chǎn)品上進行正式脹接。

3.6 脹接清潔度控制

為管子管板脹接提供了一個良好的操作環(huán)境，提制并設(shè)計了專用移動式臨時清潔室，有效保證了脹接工序的清潔度要求，同時也進一步保證了脹接質(zhì)量。

3.7 脹接工藝固化

制定一套AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接專項工藝規(guī)程，并應(yīng)用于產(chǎn)品，對脹接過程進行有效指導(dǎo)和控制。

4 結(jié)論

通過進行脹接工藝試驗及評定，確定了科學(xué)合適的工藝方法和技術(shù)參數(shù)，制定了專項制造工藝規(guī)程，有效地保證了國產(chǎn)首臺AP1000 MSR管子管板脹接的質(zhì)量，產(chǎn)品脹接完成后，對脹接見證件及實際產(chǎn)品脹接后的尺寸檢查、目視檢查，脹管的合格率為100%，順利通過監(jiān)造、業(yè)主的驗收。

參考文獻

[1] 朱繼洲.壓水堆核電廠的運行[M].原子能出版社，2000.

[2] AFCEN，Rules for design and fabrication of mechanical components of PWR nuclear islands （RCC-M）[S].2007.endprint

摘 要：本文根據(jù)國產(chǎn)首臺AP1000 MSR管子管板脹接的制造工藝過程，從脹接設(shè)備及工具選型、工藝試驗、工藝參數(shù)選定、產(chǎn)品脹接應(yīng)用等方面進行了詳細描述，為類似核電站產(chǎn)品的制造提供了經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：AP1000 汽水分離再熱器 管子管板脹接

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0082-02

汽水分離再熱器是核電站常規(guī)島的重要設(shè)備之一，核島蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的主蒸汽在高壓缸中逐級膨脹做功，蒸汽的壓力和溫度逐級降低，離開高壓缸末級葉片的排汽濕度高，需經(jīng)過MSR分離段實現(xiàn)蒸汽中的汽水分離，然后經(jīng)過MSR中的一、二級再熱器分別用抽汽和新蒸汽進行加熱，加熱后的蒸汽由熱段再熱管道輸送到汽輪機低壓缸做功，以減少對低壓缸葉片的腐蝕，增加汽輪機低壓缸的出力。其作用概括為[1]：（1）實現(xiàn)高壓缸排氣的汽水分離；（2）實現(xiàn)高壓缸抽氣、系統(tǒng)主蒸汽的對高壓缸排氣的兩次加熱，以提高核電站的經(jīng)濟性和改善汽輪機低壓部分工作條件。每個核電站機組包含2臺MSR，每臺MSR對稱包括4臺再熱器（2臺一級再熱器、2臺二級再熱器），其中的一、二級再熱器管子管板脹接是產(chǎn)品制造的關(guān)鍵工序，其脹接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脹管率公差嚴格，制造難度較大。

1 管板結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求

如圖1所示，以二級再熱器管板為例。二級再熱器管板外圓直徑1720 mm，內(nèi)圓直徑1430 mm。管板材質(zhì)為SA-266Gr.2，母材厚度為245 mm，管板一次側(cè)中心圓Φ1430 mm范圍內(nèi)堆焊鎳基合金AWS-ER-NiCr-3。鎳基堆焊層最終機加厚度為7 mm。管板鉆孔數(shù)量1334個，管孔排列呈正三角形，管孔直徑Φ19.30 mm，管孔中心距為26 mm。

2 管子管板脹接技術(shù)難點

管子管板脹接工藝是管殼類換熱器制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，基本原理為通過管子的徑向膨脹，實現(xiàn)與管板孔的連接。其主要作用包括[2]：（1）吸收由于管束振動作用在管子管板焊縫上的交變應(yīng)力，保護管子與管板焊縫，對于沒有管子管板密封焊的換熱設(shè)備，隔絕管殼程；（2）消除管子管板間隙，防止換熱器殼側(cè)雜質(zhì)沉積滲入而腐蝕換熱管；（3）提高換熱管與管板連接的機械強度，減小運行時換熱管震動造成的磨損。

AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接長度較長，一級再熱器有效脹接長度為50 mm，二級再熱器有效脹接長度為75 mm，脹管尺寸公差嚴格。產(chǎn)品機械脹接有如下難點：

由于其管子管板脹接長度較長，如采取單段脹接，根據(jù)現(xiàn)有脹管器的類型，脹管器采購困難，脹管機扭力輸出不夠，換熱管脹接后整體均勻性也較難控制，故需采取多段脹接，但相鄰兩段脹接部分區(qū)域重疊，后一段脹接對相鄰前一段脹接效果產(chǎn)生影響，每段的脹管率均需保證5%～8%，同時一級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥24.5 kN，二級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥29.4 kN，脹接后目視檢查，換熱管內(nèi)表面不得有明顯劃痕。

每根換熱管各段脹接質(zhì)量的均勻性將直接影響換熱管脹接的整體質(zhì)量，脹接參數(shù)選定，操作控制難度大。脹接過程中，操作者脹管操作是否規(guī)范將直接影響脹接質(zhì)量。

如圖2所示，一、二級再熱器管板脹接結(jié)構(gòu)特殊，有效脹接長度、疊脹尺寸公差要求嚴格。

3 解決措施

3.1 脹管設(shè)備及工具的選擇

根據(jù)一、二級再熱器管子管板脹接要求和結(jié)構(gòu)特點，選用機械脹接的方式，配備了進口TCEM的脹接設(shè)備，提制并使用3滾珠可調(diào)式通用脹接工具，通過調(diào)節(jié)脹管器止推軸承在支架的相對位置實現(xiàn)一、二級再熱器不同深度脹區(qū)的脹接，保證了脹接質(zhì)量，降低了產(chǎn)品脹接制造成本。如圖3所示。

3.2 脹接工藝試驗及評定

產(chǎn)品脹接之前，按照專項技術(shù)條件，選擇與產(chǎn)品同材質(zhì)、同規(guī)格、同熱處理狀態(tài)的試樣進行脹接工藝試驗，通過開展工藝試驗進行脹接參數(shù)摸索，選定每一段脹區(qū)最優(yōu)的脹接參數(shù)，并按照專項技術(shù)文件要求開展脹接工藝評定。如圖4所示。

3.3 目視、尺寸及拉脫力檢查

掌握脹接過程操作控制要點，脹接后進行目視檢測、脹接尺寸檢查，同時按照專項技術(shù)文件要求進行拉脫力檢測，一、二級再熱器管子與管板脹接后均需滿足相應(yīng)拉脫力要求。

3.4 脹接參數(shù)分析選定

通過充分的工藝試驗，較準確摸索出后一段對前一段脹接區(qū)域的影響效果，分別確定了每一段脹區(qū)合適的脹接參數(shù)，摸索出階梯遞減式參數(shù)規(guī)律。產(chǎn)品脹接過程中每段脹區(qū)設(shè)定不同的脹接參數(shù)，確保同一根換熱管不同脹區(qū)整體的脹接效果及質(zhì)量，有效保證每段脹區(qū)脹接效果的均勻性。

3.5 設(shè)置脹接班前試樣，確保產(chǎn)品脹接質(zhì)量

操作者每班首次脹接、更換脹管器、調(diào)整脹接參數(shù)時，需在產(chǎn)品正式脹接前，在班前試樣上至少進行一次模擬脹接，經(jīng)測量并核算脹管率合格后，方可在產(chǎn)品上進行正式脹接。

3.6 脹接清潔度控制

為管子管板脹接提供了一個良好的操作環(huán)境，提制并設(shè)計了專用移動式臨時清潔室，有效保證了脹接工序的清潔度要求，同時也進一步保證了脹接質(zhì)量。

3.7 脹接工藝固化

制定一套AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接專項工藝規(guī)程，并應(yīng)用于產(chǎn)品，對脹接過程進行有效指導(dǎo)和控制。

4 結(jié)論

通過進行脹接工藝試驗及評定，確定了科學(xué)合適的工藝方法和技術(shù)參數(shù)，制定了專項制造工藝規(guī)程，有效地保證了國產(chǎn)首臺AP1000 MSR管子管板脹接的質(zhì)量，產(chǎn)品脹接完成后，對脹接見證件及實際產(chǎn)品脹接后的尺寸檢查、目視檢查，脹管的合格率為100%，順利通過監(jiān)造、業(yè)主的驗收。

參考文獻

[1] 朱繼洲.壓水堆核電廠的運行[M].原子能出版社，2000.

[2] AFCEN，Rules for design and fabrication of mechanical components of PWR nuclear islands （RCC-M）[S].2007.endprint

摘 要：本文根據(jù)國產(chǎn)首臺AP1000 MSR管子管板脹接的制造工藝過程，從脹接設(shè)備及工具選型、工藝試驗、工藝參數(shù)選定、產(chǎn)品脹接應(yīng)用等方面進行了詳細描述，為類似核電站產(chǎn)品的制造提供了經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：AP1000 汽水分離再熱器 管子管板脹接

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0082-02

汽水分離再熱器是核電站常規(guī)島的重要設(shè)備之一，核島蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的主蒸汽在高壓缸中逐級膨脹做功，蒸汽的壓力和溫度逐級降低，離開高壓缸末級葉片的排汽濕度高，需經(jīng)過MSR分離段實現(xiàn)蒸汽中的汽水分離，然后經(jīng)過MSR中的一、二級再熱器分別用抽汽和新蒸汽進行加熱，加熱后的蒸汽由熱段再熱管道輸送到汽輪機低壓缸做功，以減少對低壓缸葉片的腐蝕，增加汽輪機低壓缸的出力。其作用概括為[1]：（1）實現(xiàn)高壓缸排氣的汽水分離；（2）實現(xiàn)高壓缸抽氣、系統(tǒng)主蒸汽的對高壓缸排氣的兩次加熱，以提高核電站的經(jīng)濟性和改善汽輪機低壓部分工作條件。每個核電站機組包含2臺MSR，每臺MSR對稱包括4臺再熱器（2臺一級再熱器、2臺二級再熱器），其中的一、二級再熱器管子管板脹接是產(chǎn)品制造的關(guān)鍵工序，其脹接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脹管率公差嚴格，制造難度較大。

1 管板結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求

如圖1所示，以二級再熱器管板為例。二級再熱器管板外圓直徑1720 mm，內(nèi)圓直徑1430 mm。管板材質(zhì)為SA-266Gr.2，母材厚度為245 mm，管板一次側(cè)中心圓Φ1430 mm范圍內(nèi)堆焊鎳基合金AWS-ER-NiCr-3。鎳基堆焊層最終機加厚度為7 mm。管板鉆孔數(shù)量1334個，管孔排列呈正三角形，管孔直徑Φ19.30 mm，管孔中心距為26 mm。

2 管子管板脹接技術(shù)難點

管子管板脹接工藝是管殼類換熱器制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，基本原理為通過管子的徑向膨脹，實現(xiàn)與管板孔的連接。其主要作用包括[2]：（1）吸收由于管束振動作用在管子管板焊縫上的交變應(yīng)力，保護管子與管板焊縫，對于沒有管子管板密封焊的換熱設(shè)備，隔絕管殼程；（2）消除管子管板間隙，防止換熱器殼側(cè)雜質(zhì)沉積滲入而腐蝕換熱管；（3）提高換熱管與管板連接的機械強度，減小運行時換熱管震動造成的磨損。

AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接長度較長，一級再熱器有效脹接長度為50 mm，二級再熱器有效脹接長度為75 mm，脹管尺寸公差嚴格。產(chǎn)品機械脹接有如下難點：

由于其管子管板脹接長度較長，如采取單段脹接，根據(jù)現(xiàn)有脹管器的類型，脹管器采購困難，脹管機扭力輸出不夠，換熱管脹接后整體均勻性也較難控制，故需采取多段脹接，但相鄰兩段脹接部分區(qū)域重疊，后一段脹接對相鄰前一段脹接效果產(chǎn)生影響，每段的脹管率均需保證5%～8%，同時一級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥24.5 kN，二級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥29.4 kN，脹接后目視檢查，換熱管內(nèi)表面不得有明顯劃痕。

每根換熱管各段脹接質(zhì)量的均勻性將直接影響換熱管脹接的整體質(zhì)量，脹接參數(shù)選定，操作控制難度大。脹接過程中，操作者脹管操作是否規(guī)范將直接影響脹接質(zhì)量。

如圖2所示，一、二級再熱器管板脹接結(jié)構(gòu)特殊，有效脹接長度、疊脹尺寸公差要求嚴格。

3 解決措施

3.1 脹管設(shè)備及工具的選擇

根據(jù)一、二級再熱器管子管板脹接要求和結(jié)構(gòu)特點，選用機械脹接的方式，配備了進口TCEM的脹接設(shè)備，提制并使用3滾珠可調(diào)式通用脹接工具，通過調(diào)節(jié)脹管器止推軸承在支架的相對位置實現(xiàn)一、二級再熱器不同深度脹區(qū)的脹接，保證了脹接質(zhì)量，降低了產(chǎn)品脹接制造成本。如圖3所示。

3.2 脹接工藝試驗及評定

產(chǎn)品脹接之前，按照專項技術(shù)條件，選擇與產(chǎn)品同材質(zhì)、同規(guī)格、同熱處理狀態(tài)的試樣進行脹接工藝試驗，通過開展工藝試驗進行脹接參數(shù)摸索，選定每一段脹區(qū)最優(yōu)的脹接參數(shù)，并按照專項技術(shù)文件要求開展脹接工藝評定。如圖4所示。

3.3 目視、尺寸及拉脫力檢查

掌握脹接過程操作控制要點，脹接后進行目視檢測、脹接尺寸檢查，同時按照專項技術(shù)文件要求進行拉脫力檢測，一、二級再熱器管子與管板脹接后均需滿足相應(yīng)拉脫力要求。

3.4 脹接參數(shù)分析選定

通過充分的工藝試驗，較準確摸索出后一段對前一段脹接區(qū)域的影響效果，分別確定了每一段脹區(qū)合適的脹接參數(shù)，摸索出階梯遞減式參數(shù)規(guī)律。產(chǎn)品脹接過程中每段脹區(qū)設(shè)定不同的脹接參數(shù)，確保同一根換熱管不同脹區(qū)整體的脹接效果及質(zhì)量，有效保證每段脹區(qū)脹接效果的均勻性。

3.5 設(shè)置脹接班前試樣，確保產(chǎn)品脹接質(zhì)量

操作者每班首次脹接、更換脹管器、調(diào)整脹接參數(shù)時，需在產(chǎn)品正式脹接前，在班前試樣上至少進行一次模擬脹接，經(jīng)測量并核算脹管率合格后，方可在產(chǎn)品上進行正式脹接。

3.6 脹接清潔度控制

為管子管板脹接提供了一個良好的操作環(huán)境，提制并設(shè)計了專用移動式臨時清潔室，有效保證了脹接工序的清潔度要求，同時也進一步保證了脹接質(zhì)量。

3.7 脹接工藝固化

制定一套AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接專項工藝規(guī)程，并應(yīng)用于產(chǎn)品，對脹接過程進行有效指導(dǎo)和控制。

4 結(jié)論

通過進行脹接工藝試驗及評定，確定了科學(xué)合適的工藝方法和技術(shù)參數(shù)，制定了專項制造工藝規(guī)程，有效地保證了國產(chǎn)首臺AP1000 MSR管子管板脹接的質(zhì)量，產(chǎn)品脹接完成后，對脹接見證件及實際產(chǎn)品脹接后的尺寸檢查、目視檢查，脹管的合格率為100%，順利通過監(jiān)造、業(yè)主的驗收。

參考文獻

[1] 朱繼洲.壓水堆核電廠的運行[M].原子能出版社，2000.

[2] AFCEN，Rules for design and fabrication of mechanical components of PWR nuclear islands （RCC-M）[S].2007.endprint