陳達(dá)平，熊建坤，伍敏，陶德，劉燕

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽，618000）

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局部整體移動(dòng)在凝汽器管束模塊修復(fù)中的可行性分析及應(yīng)用

陳達(dá)平，熊建坤，伍敏，陶德，劉燕

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽，618000）

摘要：針對(duì)某核電機(jī)組凝汽器管束模塊內(nèi)部擋汽板搭接量超差，通過對(duì)修復(fù)方案的大膽設(shè)想、理論分析、對(duì)比，制定了利用局部整體移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)修復(fù)的技術(shù)方案。結(jié)果表明：只要在修復(fù)實(shí)現(xiàn)過程中采取必要的工藝措施，采用局部整體移動(dòng)進(jìn)行還原復(fù)雜結(jié)構(gòu)的內(nèi)部尺寸是可行且是安全、經(jīng)濟(jì)的。

關(guān)鍵詞：局部整體移動(dòng)，分析和實(shí)施，管束模塊，修復(fù)，工藝措施

1　前言

核電機(jī)組凝汽器管束模塊內(nèi)部?jī)啥斯馨逄幍腣型板采取搭接結(jié)構(gòu)，其搭接要求如圖1所示：兩壓板與V型板的搭接量應(yīng)為15～25 mm。修復(fù)模塊出水側(cè)擋汽板最上面2塊壓板與V型板基本處于脫離狀態(tài)，如圖2所示。采用內(nèi)窺鏡對(duì)搭接量進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)V型板與壓板有約0～2 mm的搭接量。由于鈦管的熱膨脹率小于碳鋼的熱膨脹率，在環(huán)境溫度上升的情況下，鈦管熱膨脹量小于碳鋼熱膨脹量，擋汽板搭接量會(huì)增加，在環(huán)境溫度下降時(shí)，擋汽板將會(huì)產(chǎn)生脫落，特別是在較為寒冷的地區(qū)。在運(yùn)行穩(wěn)定階段不會(huì)脫落，但運(yùn)行初期，由于凝汽器進(jìn)水室冷卻水的沖擊，進(jìn)水側(cè)端管板將會(huì)更向內(nèi)凹，出水側(cè)向外凸，故可能會(huì)產(chǎn)生脫落的情況。脫落后會(huì)造成擋汽板的振動(dòng)和管束收縮不暢，可能造成鈦管與端管板的脫落，影響電站的運(yùn)行，也會(huì)造成大量蒸汽被真空泵抽走，工質(zhì)損失。因此必須增加出水側(cè)擋汽板的搭接量。但是該模塊已經(jīng)完成了模塊整體裝焊和鈦管脹焊工作，其修復(fù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。

圖1　擋汽板搭接量

2　殼體模塊結(jié)構(gòu)介紹

凝汽器殼體模塊主要由端管板組件、中間管板組件和抽氣管道等組成。端管板組件主要由端管板和4塊端板組成，進(jìn)水側(cè)與出水側(cè)各1件。兩端管板組件通過9 322根冷卻鈦管脹焊連接。中間管板組件包括：中間管板、內(nèi)部布置28件拉桿、4角布置L型鋼、底部4件H型鋼、頂部4件工字鋼、中心有21塊擋汽板連接、兩側(cè)各有4件H型鋼加強(qiáng)。端管板組件與中間管板組件采用L型鋼、頂部工字鋼和底部H型鋼連接，中間管板中心位置通過壓板和擋汽板（件4）與端管板連接，如圖2所示。

圖2　模塊殼體圖

3　修復(fù)方案思路及對(duì)比

3.1方案一

3.1.1方案總體思路

將擋汽板周圍的換熱管拔掉，直到操作人員可以進(jìn)入模塊內(nèi)部對(duì)V型擋汽板進(jìn)行整體加長(zhǎng)處理。為保證修復(fù)操作空間和返修質(zhì)量，需拔管1 058根，拔管位置如圖3所示藍(lán)紅區(qū)域。

圖3　拔管區(qū)域圖

3.1.2方案可行性分析

拔管后，返修操作空間較大，修復(fù)后擋汽板搭接量能夠滿足圖紙要求，且返修操作難度較小。由于拔管數(shù)量太多，造成修復(fù)方案存在以下幾個(gè)問題：①集中拔管容易引起管板變形和鈦層脫層，造成整個(gè)管束報(bào)廢的巨大風(fēng)險(xiǎn)；②拔管后需要更換新管，費(fèi)用昂貴（鈦管價(jià)格近1 500元/根）。③拔管后需要重新對(duì)管子進(jìn)行穿、脹、焊等工作，操作繁瑣，質(zhì)量不易保證。

3.2方案二

3.2.1方案總體思路

進(jìn)行局部切割，讓換熱管與管板組成的組件整體移動(dòng)實(shí)現(xiàn)V型板搭接量復(fù)位，從而達(dá)到規(guī)定要求。具體操作如圖4所示，將側(cè)端管板組件與中間管板組件切割分開，兩端管板組件與所有管子形成一個(gè)整體部套，所有中間管板組件形成一個(gè)整體部套。通過推拉頂結(jié)合調(diào)整兩部套的相對(duì)位置，使出水側(cè)V型板的搭接量滿足設(shè)計(jì)分析的最低要求，然后將兩部套焊接為一個(gè)整體。

圖4　方案圖

3.2.2方案二可行性論證

要實(shí)現(xiàn)模塊兩部套的整體相對(duì)移動(dòng)，最重要的是考慮以下因素：①推拉時(shí)是否引起端管板脫層問題；②需計(jì)算分析最小推拉力，以保證克服模塊相對(duì)移動(dòng)的靜摩擦力；③推拉過程中推拉桿的位置布置理論分析。

3.2.2.1端管板推拉脫層問題分析

鈦管在推動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定的臨界力計(jì)算，根據(jù)壓桿穩(wěn)定的歐拉公式：

式中：

E—鈦管的彈性模量，MPa；

I—橫截面的最小慣性矩；

l—檔距；

μ—壓桿的長(zhǎng)度系數(shù)。

在推動(dòng)的情況下，根據(jù)不同的約束條件，長(zhǎng)度系數(shù)μ是選取鈦管與中間管板之間的兩端鉸支約束，μ=0.7。由于推動(dòng)鈦管的推力均小于200 N，鈦管不會(huì)失穩(wěn)。根據(jù)脹接實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，鈦管與端管板脹接后的抗拉強(qiáng)度大于11 kN，鈦管失穩(wěn)時(shí)也不會(huì)破壞端管板與鈦管的脹焊結(jié)構(gòu)，推拉時(shí)不會(huì)產(chǎn)生脫層的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2.2理論推動(dòng)力的計(jì)算

（1） 摩擦力計(jì)算［1］

管孔與管子的公差為0.45～0.65 mm，同軸度公差小于2 mm。在理論分析、計(jì)算摩擦力時(shí)，假設(shè)中間管板與管子摩擦力為0，推拉時(shí)僅需克服端管板組件和鈦管自重產(chǎn)生的靜摩擦力。由于模塊殼體62 t，端管板組件和管子重量為42 t，中間管板組件為20 t。

理論摩擦力計(jì)算如下：

由于中間管板同軸度和鈦管的撓度，而引起鈦管彎曲非自重變形造成的附加摩擦力估算為:

則整個(gè)推動(dòng)力的估算最大靜摩擦力為：

（2）推拉桿布置及推拉力計(jì)算［2］

為保證推拉力均勻分布，在進(jìn)出水側(cè)端管板組件上下兩側(cè)一共布置了8個(gè)主拉桿，具體位置如圖5所示。

圖5　拉桿布置圖

主拉桿M30，其許用應(yīng)力［δ］=180 MPa，計(jì)算每根拉桿承受的拉應(yīng)力為：

每根主拉桿承受拉力為：

N=157 079.6 N

推動(dòng)力為：

3.3方案對(duì)比

2種方案對(duì)比結(jié)果見表1。

表1　方案對(duì)比

4　實(shí)施工藝流程

實(shí)施工藝流程如圖6所示。

圖6　工藝流程圖

5　方案具體實(shí)施應(yīng)用

5.1切割

5.1.1切割準(zhǔn)備

（1）模塊支撐

將殼體模塊吊放在平臺(tái)上，中間部套下面的工字鋼點(diǎn)焊在平臺(tái)上，然后將6個(gè)平面千斤頂配合涂油均布安放在端管板下部實(shí)現(xiàn)可滑動(dòng)，支撐在出水側(cè)和進(jìn)水側(cè)的端管板。在管板四周和管板中心布置百分表、下部布置測(cè)力計(jì)。并調(diào)整平面千斤頂?shù)竭m當(dāng)?shù)母叨?，保證6個(gè)平面千斤頂盡量均勻受力支撐端管板。

（2）防錯(cuò)位工藝?yán)畈贾?/p>

為防止切割時(shí)模塊兩部分發(fā)生錯(cuò)位和變形，在切割前按下面方式布置工藝?yán)?，保證端管板位置不發(fā)生變化。

①將3根重量輕的小型槽鋼分段點(diǎn)焊在出水側(cè)和進(jìn)水側(cè)兩端管工字鋼上，將兩端管板連接成一個(gè)整體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)；

②在兩端管板中部圓周區(qū)域上，均布5根長(zhǎng)拉桿，拉桿通過管束，在兩端管板上通過螺母聯(lián)接；

③在端管板兩側(cè)布置支撐框架，在端管板和支撐框架均布設(shè)置推力千斤頂，在出水側(cè)端管板和中間管板之間設(shè)置頂力千斤頂，如圖7所示；

④利用側(cè)面螺栓拉桿將出水和進(jìn)水側(cè)端管板組件與中間管板部套連接鎖緊。

圖7　千斤頂布置圖

5.1.2切割過程

首先切割進(jìn)水側(cè)端中間管板部套與端管部套相連的8根工字鋼和4件L型板，后切割出水側(cè)端。在切割時(shí)注意采用加工過的L型板適當(dāng)固定，以防止錯(cuò)邊。具體每端的切割順序?yàn)椋呵懈钕露薒型板—上端L型板—底部外側(cè)兩工字鋼—上部外側(cè)兩工字鋼—下部中間兩工字鋼—切割上部?jī)晒ぷ咒摚鐖D8所示。

圖8　切割示意圖

5.2推拉移動(dòng)

切割后，首先將進(jìn)水側(cè)螺母4和出水側(cè)螺母2緩慢擰松，8名施工者分別到位模塊的8個(gè)角，在統(tǒng)一指揮下同時(shí)同步緩慢擰緊出水側(cè)螺母1和進(jìn)水側(cè)螺母3，如圖9所示，推動(dòng)端管板部套向進(jìn)水側(cè)緩慢移動(dòng)，2人操作框架的千斤頂。端管板部套向進(jìn)水側(cè)方向最大移動(dòng)量為8 mm。移動(dòng)時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)：

（1）螺栓擰松時(shí)由專人指揮，8人動(dòng)作和力矩一致；

（2）每次只擰四分之一圈螺母，必須停下，由專人觀察百分表的變化、管束外圍管的移動(dòng)情況和表面狀況、用內(nèi)窺鏡觀測(cè)V型板搭接變化情況；

（3）在推拉過程中如有任何異響必須馬上停止擰螺栓；

（4）上面（1）、（2） 由技術(shù)人員評(píng)估后才能進(jìn)行行動(dòng)。

圖9　拉桿連接圖

5.3焊接

5.3.1防焊接收縮墊板焊接

為防止焊接收縮變形，采用以下措施：首先將防焊接收縮墊板按圖10所示的定位點(diǎn)焊在相應(yīng)位置；在割口內(nèi)布置防焊接收縮楔塊；按圖10的焊接順序焊接各加強(qiáng)板。焊接時(shí)焊接角鋼處墊板采用間斷焊接。

圖10　焊接順序圖

5.3.2割口焊接

首先按圖10順序焊接工字鋼和H型鋼；然后焊接工字鋼和H型上的加強(qiáng)板，如圖11所示；最后按圖焊接L型鋼。焊接時(shí)先采用分層、對(duì)稱、分段焊接。焊接過程中由專人隨時(shí)監(jiān)測(cè)百分表和內(nèi)窺鏡，觀測(cè)V型板搭接變化情況，如出現(xiàn)異常必須停止焊接，由技術(shù)人員給出措施后才能繼續(xù)焊接。

圖11　工字鋼和H型鋼加強(qiáng)板焊接圖

6　結(jié)論

（1）通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摲治龊皖A(yù)案對(duì)比，確定了采用局部整體移動(dòng)進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)方案和工藝措施。

（2）凝汽器管束模塊內(nèi)部擋汽板搭接量超差修復(fù)成功，驗(yàn)證了技術(shù)方案和工藝措施是行之有效的。

（3）采用局部整體移動(dòng)進(jìn)行還原復(fù)雜結(jié)構(gòu)的內(nèi)部尺寸是可行且安全的。

（4）凝汽器管束模塊內(nèi)部擋汽板搭接量超差修復(fù)成功，避免了國(guó)家和公司財(cái)產(chǎn)的浪費(fèi)，本管束模塊價(jià)值近3 000萬元RMB。

參考文獻(xiàn)

［1］劉鴻文，主編.材料力學(xué):第3版［M］.北京:高等教育出版社，1992.

［2］馬安熹，主編.材料力學(xué):第2版［M］.北京:高等教育出版社，1987.

Feasibility Analysis and Application of Local Global Movement in Restoration of Condenser Tube Bundle Module

Chen Daping，Xiong Jiankun，Wu Min，Tao De，Liu Yan
（Dongfang Turbine Co.，Ltd.，Deyang Sichuan，618000）

Abstract:For some nuclear power plant unit，the overlap width of steam damper in its condenser tube bundle module is very poor. Through bold vision，theoretical analysis and comparison of restoration scheme，the technical scheme of using local global movement is made out.Results show that if the necessary process measures are taken in the process，the internal dimension restoration of complex structures by using local global movement will be safe and economic.

Key words:local global movement，analysis and implement，tube bundle module，restoration，process measures

中圖分類號(hào)：TK172

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1674-9987（2016）02-0027-05

DOI:10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.02.007

作者簡(jiǎn)介：陳達(dá)平（1967-），男，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事汽輪機(jī)輔機(jī)制造工藝工作。