AP1000汽水分离再热器（MSR）管子管板胀接技术研究及应用
2014-11-14 05:08孟巍于均刚魏占超
科技资讯 2014年12期
孟巍+于均刚+魏占超
摘 要：本文根据国产首台AP1000 MSR管子管板胀接的制造工艺过程，从胀接设备及工具选型、工艺试验、工艺参数选定、产品胀接应用等方面进行了详细描述，为类似核电站产品的制造提供了经验借鉴。
关键词：AP1000 汽水分离再热器 管子管板胀接
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0082-02
汽水分离再热器是核电站常规岛的重要设备之一，核岛蒸汽发生器产生的主蒸汽在高压缸中逐级膨胀做功，蒸汽的压力和温度逐级降低，离开高压缸末级叶片的排汽湿度高，需经过MSR分离段实现蒸汽中的汽水分离，然后经过MSR中的一、二级再热器分别用抽汽和新蒸汽进行加热，加热后的蒸汽由热段再热管道输送到汽轮机低压缸做功，以减少对低压缸叶片的腐蚀，增加汽轮机低压缸的出力。其作用概括为[1]：（1）实现高压缸排气的汽水分离；（2）实现高压缸抽气、系统主蒸汽的对高压缸排气的两次加热，以提高核电站的经济性和改善汽轮机低压部分工作条件。每个核电站机组包含2台MSR，每台MSR对称包括4台再热器（2台一级再热器、2台二级再热器），其中的一、二级再热器管子管板胀接是产品制造的关键工序，其胀接结构复杂，胀管率公差严格，制造难度较大。
1 管板结构特点及技术要求
如图1所示，以二级再热器管板为例。二级再热器管板外圆直径1720 mm，内圆直径1430 mm。管板材质为SA-266Gr.2，母材厚度为245 mm，管板一次侧中心圆Φ1430 mm范围内堆焊镍基合金AWS-ER-NiCr-3。镍基堆焊层最终机加厚度为7 mm。管板钻孔数量1334个，管孔排列呈正三角形，管孔直径Φ19.30 mm，管孔中心距为26 mm。
2 管子管板胀接技术难点
管子管板胀接工艺是管壳类换热器制造的关键技术之一，基本原理为通过管子的径向膨胀，实现与管板孔的连接。其主要作用包括[2]：（1）吸收由于管束振动作用在管子管板焊缝上的交变应力，保护管子与管板焊缝，对于没有管子管板密封焊的换热设备，隔绝管壳程；（2）消除管子管板间隙，防止换热器壳侧杂质沉积渗入而腐蚀换热管；（3）提高换热管与管板连接的机械强度，减小运行时换热管震动造成的磨损。
AP1000 MSR一、二级再热器管子管板胀接长度较长，一级再热器有效胀接长度为50 mm，二级再热器有效胀接长度为75 mm，胀管尺寸公差严格。产品机械胀接有如下难点：
由于其管子管板胀接长度较长，如采取单段胀接，根据现有胀管器的类型，胀管器采购困难，胀管机扭力输出不够，换热管胀接后整体均匀性也较难控制，故需采取多段胀接，但相邻两段胀接部分区域重叠，后一段胀接对相邻前一段胀接效果产生影响，每段的胀管率均需保证5%～8%，同时一级再热器管子管板胀接后拉脱力需≥24.5 kN，二级再热器管子管板胀接后拉脱力需≥29.4 kN，胀接后目视检查，换热管内表面不得有明显划痕。
每根换热管各段胀接质量的均匀性将直接影响换热管胀接的整体质量，胀接参数选定，操作控制难度大。胀接过程中，操作者胀管操作是否规范将直接影响胀接质量。
如图2所示，一、二级再热器管板胀接结构特殊，有效胀接长度、叠胀尺寸公差要求严格。
3 解决措施
3.1 胀管设备及工具的选择
根据一、二级再热器管子管板胀接要求和结构特点，选用机械胀接的方式，配备了进口TCEM的胀接设备，提制并使用3滚珠可调式通用胀接工具，通过调节胀管器止推轴承在支架的相对位置实现一、二级再热器不同深度胀区的胀接，保证了胀接质量，降低了产品胀接制造成本。如图3所示。
3.2 胀接工艺试验及评定
产品胀接之前，按照专项技术条件，选择与产品同材质、同规格、同热处理状态的试样进行胀接工艺试验，通过开展工艺试验进行胀接参数摸索，选定每一段胀区最优的胀接参数，并按照专项技术文件要求开展胀接工艺评定。如图4所示。
3.3 目视、尺寸及拉脱力检查
掌握胀接过程操作控制要点，胀接后进行目视检测、胀接尺寸检查，同时按照专项技术文件要求进行拉脱力检测，一、二级再热器管子与管板胀接后均需满足相应拉脱力要求。
3.4 胀接参数分析选定
通过充分的工艺试验，较准确摸索出后一段对前一段胀接区域的影响效果，分别确定了每一段胀区合适的胀接参数，摸索出阶梯递减式参数规律。产品胀接过程中每段胀区设定不同的胀接参数，确保同一根换热管不同胀区整体的胀接效果及质量，有效保证每段胀区胀接效果的均匀性。
3.5 设置胀接班前试样，确保产品胀接质量
操作者每班首次胀接、更换胀管器、调整胀接参数时，需在产品正式胀接前，在班前试样上至少进行一次模拟胀接，经测量并核算胀管率合格后，方可在产品上进行正式胀接。
3.6 胀接清洁度控制
为管子管板胀接提供了一个良好的操作环境，提制并设计了专用移动式临时清洁室，有效保证了胀接工序的清洁度要求，同时也进一步保证了胀接质量。
3.7 胀接工艺固化
制定一套AP1000 MSR一、二级再热器管子管板胀接专项工艺规程，并应用于产品，对胀接过程进行有效指导和控制。
4 结论
通过进行胀接工艺试验及评定，确定了科学合适的工艺方法和技术参数，制定了专项制造工艺规程，有效地保证了国产首台AP1000 MSR管子管板胀接的质量，产品胀接完成后，对胀接见证件及实际产品胀接后的尺寸检查、目视检查，胀管的合格率为100%，顺利通过监造、业主的验收。
参考文献
[1] 朱继洲.压水堆核电厂的运行[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：本文根据国产首台AP1000 MSR管子管板胀接的制造工艺过程，从胀接设备及工具选型、工艺试验、工艺参数选定、产品胀接应用等方面进行了详细描述，为类似核电站产品的制造提供了经验借鉴。
关键词：AP1000 汽水分离再热器 管子管板胀接
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0082-02
汽水分离再热器是核电站常规岛的重要设备之一，核岛蒸汽发生器产生的主蒸汽在高压缸中逐级膨胀做功，蒸汽的压力和温度逐级降低，离开高压缸末级叶片的排汽湿度高，需经过MSR分离段实现蒸汽中的汽水分离，然后经过MSR中的一、二级再热器分别用抽汽和新蒸汽进行加热，加热后的蒸汽由热段再热管道输送到汽轮机低压缸做功，以减少对低压缸叶片的腐蚀，增加汽轮机低压缸的出力。其作用概括为[1]：（1）实现高压缸排气的汽水分离；（2）实现高压缸抽气、系统主蒸汽的对高压缸排气的两次加热，以提高核电站的经济性和改善汽轮机低压部分工作条件。每个核电站机组包含2台MSR，每台MSR对称包括4台再热器（2台一级再热器、2台二级再热器），其中的一、二级再热器管子管板胀接是产品制造的关键工序，其胀接结构复杂，胀管率公差严格，制造难度较大。
1 管板结构特点及技术要求
如图1所示，以二级再热器管板为例。二级再热器管板外圆直径1720 mm，内圆直径1430 mm。管板材质为SA-266Gr.2，母材厚度为245 mm，管板一次侧中心圆Φ1430 mm范围内堆焊镍基合金AWS-ER-NiCr-3。镍基堆焊层最终机加厚度为7 mm。管板钻孔数量1334个，管孔排列呈正三角形，管孔直径Φ19.30 mm，管孔中心距为26 mm。
2 管子管板胀接技术难点
管子管板胀接工艺是管壳类换热器制造的关键技术之一，基本原理为通过管子的径向膨胀，实现与管板孔的连接。其主要作用包括[2]：（1）吸收由于管束振动作用在管子管板焊缝上的交变应力，保护管子与管板焊缝，对于没有管子管板密封焊的换热设备，隔绝管壳程；（2）消除管子管板间隙，防止换热器壳侧杂质沉积渗入而腐蚀换热管；（3）提高换热管与管板连接的机械强度，减小运行时换热管震动造成的磨损。
AP1000 MSR一、二级再热器管子管板胀接长度较长，一级再热器有效胀接长度为50 mm，二级再热器有效胀接长度为75 mm，胀管尺寸公差严格。产品机械胀接有如下难点：
由于其管子管板胀接长度较长，如采取单段胀接，根据现有胀管器的类型，胀管器采购困难，胀管机扭力输出不够，换热管胀接后整体均匀性也较难控制，故需采取多段胀接，但相邻两段胀接部分区域重叠，后一段胀接对相邻前一段胀接效果产生影响，每段的胀管率均需保证5%～8%，同时一级再热器管子管板胀接后拉脱力需≥24.5 kN，二级再热器管子管板胀接后拉脱力需≥29.4 kN，胀接后目视检查，换热管内表面不得有明显划痕。
每根换热管各段胀接质量的均匀性将直接影响换热管胀接的整体质量，胀接参数选定，操作控制难度大。胀接过程中，操作者胀管操作是否规范将直接影响胀接质量。
如图2所示，一、二级再热器管板胀接结构特殊，有效胀接长度、叠胀尺寸公差要求严格。
3 解决措施
3.1 胀管设备及工具的选择
根据一、二级再热器管子管板胀接要求和结构特点，选用机械胀接的方式，配备了进口TCEM的胀接设备，提制并使用3滚珠可调式通用胀接工具，通过调节胀管器止推轴承在支架的相对位置实现一、二级再热器不同深度胀区的胀接，保证了胀接质量，降低了产品胀接制造成本。如图3所示。
3.2 胀接工艺试验及评定
产品胀接之前，按照专项技术条件，选择与产品同材质、同规格、同热处理状态的试样进行胀接工艺试验，通过开展工艺试验进行胀接参数摸索，选定每一段胀区最优的胀接参数，并按照专项技术文件要求开展胀接工艺评定。如图4所示。
3.3 目视、尺寸及拉脱力检查
掌握胀接过程操作控制要点，胀接后进行目视检测、胀接尺寸检查，同时按照专项技术文件要求进行拉脱力检测，一、二级再热器管子与管板胀接后均需满足相应拉脱力要求。
3.4 胀接参数分析选定
通过充分的工艺试验，较准确摸索出后一段对前一段胀接区域的影响效果，分别确定了每一段胀区合适的胀接参数，摸索出阶梯递减式参数规律。产品胀接过程中每段胀区设定不同的胀接参数，确保同一根换热管不同胀区整体的胀接效果及质量，有效保证每段胀区胀接效果的均匀性。
3.5 设置胀接班前试样，确保产品胀接质量
操作者每班首次胀接、更换胀管器、调整胀接参数时，需在产品正式胀接前，在班前试样上至少进行一次模拟胀接，经测量并核算胀管率合格后，方可在产品上进行正式胀接。
3.6 胀接清洁度控制
为管子管板胀接提供了一个良好的操作环境，提制并设计了专用移动式临时清洁室，有效保证了胀接工序的清洁度要求，同时也进一步保证了胀接质量。
3.7 胀接工艺固化
制定一套AP1000 MSR一、二级再热器管子管板胀接专项工艺规程，并应用于产品，对胀接过程进行有效指导和控制。
4 结论
通过进行胀接工艺试验及评定，确定了科学合适的工艺方法和技术参数，制定了专项制造工艺规程，有效地保证了国产首台AP1000 MSR管子管板胀接的质量，产品胀接完成后，对胀接见证件及实际产品胀接后的尺寸检查、目视检查，胀管的合格率为100%，顺利通过监造、业主的验收。
参考文献
[1] 朱继洲.压水堆核电厂的运行[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：本文根据国产首台AP1000 MSR管子管板胀接的制造工艺过程，从胀接设备及工具选型、工艺试验、工艺参数选定、产品胀接应用等方面进行了详细描述，为类似核电站产品的制造提供了经验借鉴。
关键词：AP1000 汽水分离再热器 管子管板胀接
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0082-02
汽水分离再热器是核电站常规岛的重要设备之一，核岛蒸汽发生器产生的主蒸汽在高压缸中逐级膨胀做功，蒸汽的压力和温度逐级降低，离开高压缸末级叶片的排汽湿度高，需经过MSR分离段实现蒸汽中的汽水分离，然后经过MSR中的一、二级再热器分别用抽汽和新蒸汽进行加热，加热后的蒸汽由热段再热管道输送到汽轮机低压缸做功，以减少对低压缸叶片的腐蚀，增加汽轮机低压缸的出力。其作用概括为[1]：（1）实现高压缸排气的汽水分离；（2）实现高压缸抽气、系统主蒸汽的对高压缸排气的两次加热，以提高核电站的经济性和改善汽轮机低压部分工作条件。每个核电站机组包含2台MSR，每台MSR对称包括4台再热器（2台一级再热器、2台二级再热器），其中的一、二级再热器管子管板胀接是产品制造的关键工序，其胀接结构复杂，胀管率公差严格，制造难度较大。
1 管板结构特点及技术要求
如图1所示，以二级再热器管板为例。二级再热器管板外圆直径1720 mm，内圆直径1430 mm。管板材质为SA-266Gr.2，母材厚度为245 mm，管板一次侧中心圆Φ1430 mm范围内堆焊镍基合金AWS-ER-NiCr-3。镍基堆焊层最终机加厚度为7 mm。管板钻孔数量1334个，管孔排列呈正三角形，管孔直径Φ19.30 mm，管孔中心距为26 mm。
2 管子管板胀接技术难点
管子管板胀接工艺是管壳类换热器制造的关键技术之一，基本原理为通过管子的径向膨胀，实现与管板孔的连接。其主要作用包括[2]：（1）吸收由于管束振动作用在管子管板焊缝上的交变应力，保护管子与管板焊缝，对于没有管子管板密封焊的换热设备，隔绝管壳程；（2）消除管子管板间隙，防止换热器壳侧杂质沉积渗入而腐蚀换热管；（3）提高换热管与管板连接的机械强度，减小运行时换热管震动造成的磨损。
AP1000 MSR一、二级再热器管子管板胀接长度较长，一级再热器有效胀接长度为50 mm，二级再热器有效胀接长度为75 mm，胀管尺寸公差严格。产品机械胀接有如下难点：
由于其管子管板胀接长度较长，如采取单段胀接，根据现有胀管器的类型，胀管器采购困难，胀管机扭力输出不够，换热管胀接后整体均匀性也较难控制，故需采取多段胀接，但相邻两段胀接部分区域重叠，后一段胀接对相邻前一段胀接效果产生影响，每段的胀管率均需保证5%～8%，同时一级再热器管子管板胀接后拉脱力需≥24.5 kN，二级再热器管子管板胀接后拉脱力需≥29.4 kN，胀接后目视检查，换热管内表面不得有明显划痕。
每根换热管各段胀接质量的均匀性将直接影响换热管胀接的整体质量，胀接参数选定，操作控制难度大。胀接过程中，操作者胀管操作是否规范将直接影响胀接质量。
如图2所示，一、二级再热器管板胀接结构特殊，有效胀接长度、叠胀尺寸公差要求严格。
3 解决措施
3.1 胀管设备及工具的选择
根据一、二级再热器管子管板胀接要求和结构特点，选用机械胀接的方式，配备了进口TCEM的胀接设备，提制并使用3滚珠可调式通用胀接工具，通过调节胀管器止推轴承在支架的相对位置实现一、二级再热器不同深度胀区的胀接，保证了胀接质量，降低了产品胀接制造成本。如图3所示。
3.2 胀接工艺试验及评定
产品胀接之前，按照专项技术条件，选择与产品同材质、同规格、同热处理状态的试样进行胀接工艺试验，通过开展工艺试验进行胀接参数摸索，选定每一段胀区最优的胀接参数，并按照专项技术文件要求开展胀接工艺评定。如图4所示。
3.3 目视、尺寸及拉脱力检查
掌握胀接过程操作控制要点，胀接后进行目视检测、胀接尺寸检查，同时按照专项技术文件要求进行拉脱力检测，一、二级再热器管子与管板胀接后均需满足相应拉脱力要求。
3.4 胀接参数分析选定
通过充分的工艺试验，较准确摸索出后一段对前一段胀接区域的影响效果，分别确定了每一段胀区合适的胀接参数，摸索出阶梯递减式参数规律。产品胀接过程中每段胀区设定不同的胀接参数，确保同一根换热管不同胀区整体的胀接效果及质量，有效保证每段胀区胀接效果的均匀性。
3.5 设置胀接班前试样，确保产品胀接质量
操作者每班首次胀接、更换胀管器、调整胀接参数时，需在产品正式胀接前，在班前试样上至少进行一次模拟胀接，经测量并核算胀管率合格后，方可在产品上进行正式胀接。
3.6 胀接清洁度控制
为管子管板胀接提供了一个良好的操作环境，提制并设计了专用移动式临时清洁室，有效保证了胀接工序的清洁度要求，同时也进一步保证了胀接质量。
3.7 胀接工艺固化
制定一套AP1000 MSR一、二级再热器管子管板胀接专项工艺规程，并应用于产品，对胀接过程进行有效指导和控制。
4 结论
通过进行胀接工艺试验及评定，确定了科学合适的工艺方法和技术参数，制定了专项制造工艺规程，有效地保证了国产首台AP1000 MSR管子管板胀接的质量，产品胀接完成后，对胀接见证件及实际产品胀接后的尺寸检查、目视检查，胀管的合格率为100%，顺利通过监造、业主的验收。
参考文献
[1] 朱继洲.压水堆核电厂的运行[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
