孫小石,王玉喜

(黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030)

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AP1000核電機(jī)組低壓加熱器制造中存在問(wèn)題及處理措施

孫小石,王玉喜

(黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030)

針對(duì)三門核電AP1000機(jī)組常規(guī)島低壓加熱器制造過(guò)程中存在的問(wèn)題,筆者根據(jù)核電低壓加熱器制造圖紙及技術(shù)文件, 闡述了三門核電一期工程常規(guī)島單臺(tái)機(jī)組低壓加熱器結(jié)構(gòu)形式,分析了低壓加熱器制造過(guò)程中管板堆焊成型差及變形、管板鉆孔超差、穿管同心度不一致和銹蝕產(chǎn)生的原因,提出了相應(yīng)的處理措施。經(jīng)過(guò)檢測(cè)驗(yàn)證,三門核電AP1000機(jī)組常規(guī)島低壓加熱器制造采用處理措施后,其制造的管板堆焊成型美觀、探傷合格、管板鉆孔合格、防銹、穿管中心一致,實(shí)現(xiàn)了良好的質(zhì)量控制。

AP1000;常規(guī)島;低壓加熱器;處理措施;檢驗(yàn)檢測(cè)

百萬(wàn)等級(jí)核電常規(guī)島主要有西門子機(jī)組和阿爾斯通機(jī)組,為其配置的高壓加熱器、低壓加熱器的制造工藝相對(duì)成熟[1]。中國(guó)目前正處于AP1000的引進(jìn)-消化-吸收階段[2],國(guó)內(nèi)幾家大型制造廠輔機(jī)類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)主要為高壓加熱器,而AP1000核電常規(guī)島的低壓加熱器目前正處于設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)化階段。本文針對(duì)AP1000核電常規(guī)島低壓加熱器制造過(guò)程中出現(xiàn)的管板堆焊成型差、變形及探傷缺陷、管板鉆孔超差、換熱管穿管同心度不一致、水壓試驗(yàn)后銹蝕等現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析,提出了有針對(duì)性的處理措施,并依據(jù)圖紙及技術(shù)要求,采用VT目視檢查、無(wú)損檢測(cè)和其它有效檢驗(yàn)、檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證,最終達(dá)到了管板堆焊成型美觀、探傷合格、管板鉆孔合格、穿管中心一致和防銹目的。

1　低壓加熱器結(jié)構(gòu)形式

三門核電一期工程常規(guī)島單臺(tái)機(jī)組分別設(shè)計(jì)兩列,即A列和B列[3]。單臺(tái)機(jī)組低壓加熱器(簡(jiǎn)稱低加)共10臺(tái),包含凝汽器喉部低加6臺(tái)和非喉部低加4臺(tái)。凝汽器喉部低加的6臺(tái),包含喉部1號(hào)低加3臺(tái)和喉部2號(hào)低加3臺(tái);非喉部低加的4臺(tái),包含非喉部3號(hào)低加2臺(tái)和非喉部4號(hào)低加2臺(tái)。低壓加熱器結(jié)構(gòu)主要由殼體、換熱管支撐板、擋板、管束、水室、管板、接管、配件等組成[4],如圖1所示。

圖1　結(jié)構(gòu)形式

2　制造過(guò)程中質(zhì)量問(wèn)題原因分析

2.1管板堆焊成型差、變形及探傷缺陷

低壓加熱器管板原材料坯料為SA-516 Gr.70,按圖紙要求是在管板的水室一側(cè)需要堆焊兩層不銹鋼層,底層是EQ309L,外面一層是EQ308L。管板堆焊后,監(jiān)造人員通過(guò)VT目視檢查、尺寸檢查及PT無(wú)損檢測(cè)發(fā)現(xiàn),堆焊層存在表面成型差、存在焊后變形、PT探傷后有弧坑裂紋、氣孔、夾渣等缺陷,如圖2所示。

圖2　管板帶極堆焊

產(chǎn)生這些質(zhì)量問(wèn)題原因如下:

1) 帶極堆焊機(jī)程序問(wèn)題。在管板水室一側(cè)堆焊中,發(fā)現(xiàn)焊完一條焊帶后,需要手工填充新焊帶。但此時(shí)重新啟動(dòng)焊接后,發(fā)生停機(jī)情況,不能自動(dòng)繼續(xù)焊接;換焊帶重啟后出現(xiàn)了斷焊情況。

2) 焊接參數(shù)調(diào)整不佳。管板本體是碳鋼板件,焊帶是不銹鋼,兩者屬于異種材質(zhì)焊接,焊接工藝相對(duì)復(fù)雜,焊接參數(shù)需要不斷調(diào)整才能優(yōu)化和完善。不銹鋼和基材的兩種材料的熱膨脹系數(shù)相差較大,焊接過(guò)程中層間溫度控制不當(dāng)也會(huì)造成焊道成型不良、缺陷等情況的發(fā)生。

2.2管板鉆孔尺寸超差

管板鉆孔試驗(yàn)是管板成品件制造的關(guān)鍵,深孔鉆床精度要滿足圖紙及工藝要求。制造廠使用的是意大利制造的數(shù)控臥式三軸深孔鉆床,在深孔鉆床調(diào)試初期,加工了2張堆焊、熱處理、機(jī)加及探傷合格后工藝管板,其機(jī)床精度只能滿足國(guó)內(nèi)常規(guī)火電機(jī)組的要求(即孔徑公差在0.1 mm左右),無(wú)法滿足核電管板鉆孔0.05 mm的要求,在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)管孔內(nèi)徑尺寸超差問(wèn)題,如圖3所示。

圖3　管板在深孔鉆床上進(jìn)行試鉆

產(chǎn)生管孔尺寸超差原因如下:

1) 深孔鉆程序操作問(wèn)題。深孔鉆本身設(shè)計(jì)為3軸作業(yè)模式,操作者對(duì)新設(shè)備、新程序不熟悉,試驗(yàn)初期都是從單軸試驗(yàn)開始的,而設(shè)計(jì)要求是使用3軸作業(yè),熟練掌握需要時(shí)間和過(guò)程。

2) 刀具問(wèn)題。刀具的材質(zhì)、硬度、壽命、匹配性等方面直接影響鉆孔精度,初期使用的刀具容易出現(xiàn)打刀、孔鉆偏,嚴(yán)重會(huì)致使刀頭斷裂,刀具耗損率較大。

3) 深孔鉆參數(shù)問(wèn)題。與之前試驗(yàn)件的試鉆不同,該試驗(yàn)管板表面存在不銹鋼堆焊層,堆焊層硬度和管板母材硬度存在區(qū)別,所以鉆孔參數(shù)需要不斷調(diào)整,參數(shù)調(diào)整不良會(huì)導(dǎo)致管板鉆孔后的孔徑、孔橋等參數(shù)超差。

2.3換熱管穿管同心度不一致

世界首臺(tái)三代核電項(xiàng)目AP1000 的低壓加熱器換熱管裝配工序是低壓加熱器制造的關(guān)鍵工藝節(jié)點(diǎn),核電低加管系主要有輸水段和凝結(jié)端兩部分,采用支撐板、防沖板焊接結(jié)構(gòu)形式[5],沒(méi)有常規(guī)低加拉桿、定距管結(jié)構(gòu)。這種全焊接的結(jié)構(gòu)形式極易產(chǎn)生焊接變形,使隔板的間距、管孔的同軸度及管架的直線度很難保證[6];管板孔區(qū)的偏心結(jié)構(gòu)給管系的裝配帶來(lái)很大難度,最終致使管板、隔板管孔同心度不一致。

2.4總裝水壓試驗(yàn)后銹蝕

1、2號(hào)機(jī)組低壓加熱器在三門核電項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)開蓋檢查時(shí)發(fā)現(xiàn),在氮?dú)獗韷毫φ５那闆r下,一部分換熱管、水室封頭、隔板存在嚴(yán)重銹蝕,水室腔體內(nèi)部存在少量積水。

產(chǎn)生銹蝕原因如下:

1) 干燥時(shí)不充分,U型換熱管結(jié)構(gòu)死角有存水。干燥過(guò)程要求連續(xù)36 h以上,采用火烤管道的方式,沒(méi)有溫度儀表測(cè)量熱風(fēng)(是否達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求250 ℃),熱風(fēng)溫度未達(dá)標(biāo)。

2)充氮前抽真空不充分,內(nèi)部留有殘存空氣,出現(xiàn)溫差而導(dǎo)致結(jié)露。充氮前觀察真空泵壓力表,顯示能達(dá)到-0.09 MPa左右,但充氮標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有要求,所以沒(méi)有進(jìn)行記錄。

3　質(zhì)量問(wèn)題處理措施及結(jié)果驗(yàn)證

3.1管板堆焊成型差、變形及探傷缺處理

1) 針對(duì)管板堆焊換焊帶重啟焊機(jī)后出現(xiàn)的斷焊情況,經(jīng)廠家檢測(cè)調(diào)試后,管板堆焊過(guò)程中焊機(jī)運(yùn)作正常,沒(méi)有再出現(xiàn)斷焊問(wèn)題。

2) 優(yōu)化焊接參數(shù),對(duì)堆焊工藝重新進(jìn)行了固化,消除焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,同時(shí)在焊接前對(duì)管板進(jìn)行了預(yù)變形處理,管板堆焊后變形問(wèn)題得到改善。

3) 焊接人為操作過(guò)程存在問(wèn)題。焊接人員通過(guò)持續(xù)的堆焊試驗(yàn)操作,熟悉了堆焊機(jī)的各種程序和管板堆焊工藝要求,大幅度提高了焊接質(zhì)量。

4) 滲透探傷。管板堆焊完成后,冷卻至室溫進(jìn)行表面著色探傷,未發(fā)現(xiàn)裂紋和存在分層。按JB/T4730-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》第5部分滲透檢測(cè)中的第7.1條要求[7],試件合格。

5) 堆焊層力學(xué)性能檢驗(yàn)。JB4708-2000(鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》規(guī)定,對(duì)堆焊試件進(jìn)行4個(gè)側(cè)彎試驗(yàn),經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)裂紋或其他缺陷。

6) 對(duì)堆焊層進(jìn)行化學(xué)成分分析,如表1所示。

表1堆焊層化學(xué)分析

Table 1Chemical Analysis of surfacing layer %

w(C)w(Si)w(Mn)w(P)w(S)w(Cr)w(Ni)w(Mo)0.0260.4604.2900.0290.00225.69020.9202.430

7) 管板堆焊結(jié)果,按 JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》規(guī)定進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn),均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均合格。

3.2 管板鉆孔超差問(wèn)題處理

深孔鉆試驗(yàn)參數(shù)的優(yōu)化涉及很多方面,包括操作者的熟練程度、刀具性能、深孔鉆床精度、管板材質(zhì)硬度分布等,這些因素都直接影響成品件質(zhì)量的好壞。所以通過(guò)持續(xù)的試驗(yàn)操作、優(yōu)選刀具和優(yōu)化鉆孔參數(shù),操作者熟練掌握了英賽深孔鉆的系統(tǒng)程序,提高了鉆孔效率。

經(jīng)上述處理措施后,按照?qǐng)D紙及技術(shù)文件要求,管板鉆孔后進(jìn)行VT目視檢查、塞規(guī)和內(nèi)徑百分表測(cè)量,管孔內(nèi)徑、孔橋尺寸實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果均符合圖紙要求。

3.3換熱管穿管同心度不一致問(wèn)題處理

1) 隔板裝配。將隔板固定在新體制管架裝配工裝上,利用定距工裝調(diào)整隔板間距、隔板水平及垂直方向的尺寸,使用水平儀測(cè)量各個(gè)隔板在同一水平面上,用準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡調(diào)整所有隔板孔在同一直線上,位置合格后將隔板固定。

2) 管架與管板組裝。調(diào)整管架與管板間距,穿直換熱管,查看穿管阻力及管子劃傷情況,并使用光學(xué)儀器對(duì)隔板的垂直度、直線度、同軸度反復(fù)測(cè)量和調(diào)整,控制同心度公差在允許范圍內(nèi)。

3) 穿管。根據(jù)低加圖紙,穿管力不得超過(guò)147 N[8],穿管時(shí)使用測(cè)力計(jì)進(jìn)行測(cè)量,一般在換熱器開始進(jìn)入管板時(shí)換熱管阻力最大,通過(guò)對(duì)管板、隔板管孔同心度的反復(fù)調(diào)試,最終將穿管力控制在80～120 N。

4) 在低加穿管過(guò)程中,采用水平測(cè)量?jī)x和準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡等儀器,通過(guò)VT目視檢查方法對(duì)隔板、管板同心度進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證,最終保證了低加穿管同心度一致。

3.4總裝水壓試驗(yàn)后銹蝕處理

1) 依據(jù)低加圖紙及技術(shù)文件,對(duì)低加水壓后的干燥、充氮前的抽真空等工藝規(guī)程進(jìn)行細(xì)化和完善。

2) 在低加質(zhì)量計(jì)劃加入充氮前的抽真空及充氮工序[9],由監(jiān)造人員、檢查員和操作者共同監(jiān)督、控制和實(shí)施,避免銹蝕的產(chǎn)生。

3) 根據(jù)圖紙及技術(shù)文件要求,首先對(duì)低加水壓試驗(yàn)后內(nèi)壁及管板等部位進(jìn)行擦拭試驗(yàn),經(jīng)化學(xué)分析和油份檢測(cè)結(jié)果合格,如表2所示。然后,采用VT目視檢查、內(nèi)窺鏡檢查等方法,解決低加銹蝕問(wèn)題。

表2擦拭試驗(yàn)化學(xué)分析結(jié)果

Table 2Wipe test results of chemical analyses mg/m2

NaKClF硫酸離子油分<0.01<0.01<0.05<0.05<0.05<5.00

4　結(jié)　論

1) 通過(guò)對(duì)AP1000核電常規(guī)島低壓加熱器管板焊前預(yù)校形處理、VT目視檢查、尺寸檢查、PT無(wú)損檢測(cè)、性能試驗(yàn)、化學(xué)分析方法進(jìn)行檢查和驗(yàn)證,解決了管板堆焊成型差、變形及探傷缺陷問(wèn)題。

2) 按照?qǐng)D紙及技術(shù)文件要求進(jìn)行鉆孔參數(shù)調(diào)整,在管板鉆孔后通過(guò)VT目視檢查、塞規(guī)和內(nèi)徑百分表測(cè)量,管孔內(nèi)徑、孔橋尺寸實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果符合圖紙要求,解決了低壓加熱器管板鉆孔尺寸超差問(wèn)題。

3) 通過(guò)采用水平測(cè)量?jī)x和準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡等儀器、VT目視檢查方法對(duì)隔板、管板同心度進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證,保證了低加穿管同心度一致,解決了低壓加熱器換熱管穿管同心度不一致問(wèn)題。

4) 在低加水壓試驗(yàn)后,采用VT目視檢查、內(nèi)窺鏡檢查方法進(jìn)行檢查,同時(shí)進(jìn)行擦拭試驗(yàn),其結(jié)果經(jīng)化學(xué)分析和油份檢測(cè)驗(yàn)證合格,解決了低壓加熱器水壓試驗(yàn)后銹蝕問(wèn)題。

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(責(zé)任編輯侯世春)

Problems in the manufacture of AP1000 nuclear power unit low pressure heater and the treatments

SUN Xiaoshi, WANG Yuxi

(Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China)

Aiming at the problems found in the manufacture of AP1000 unit conventional island low pressure heater in Sanmen Nuclear Power Station, the author expounded the structure of the low pressure heater of the conventional island single unit in the first phase project of Sanmen Nuclear Power Station, according to the manufacturing drawing and technical documents of nuclear power low pressure heater, analyzed the reason for the problems of tube plate surfacing appearance, deformation, drilling, pipe lining concentricity and corrosion during the manufacture, and proposed the treatments. Through the inspection and detection, it is proved that the proposed treatments solve the problems, realizing the good quality control.

AP1000; conventional island; low pressure heater; treatment; inspection and detection

2016-01-18;

2016-03-18。

孫小石(1983—), 男, 工程師, 主要從事火電和核電汽輪機(jī)主輔機(jī)及壓力容器無(wú)損檢測(cè)和設(shè)備監(jiān)造工作。

TK266

A

2095-6843(2016)04-0367-04