百万千瓦核电机组高低压加热器制造中质量问题的处理

孙小石

(黑龙江省电力科学研究院， 哈尔滨 150030)



百万千瓦核电机组高低压加热器制造中质量问题的处理

孙小石

(黑龙江省电力科学研究院， 哈尔滨 150030)

针对百万千瓦核电机组常规岛高低压加热器制造过程中发生的一系列质量案例，分析了密封焊返修时划伤换热管、胀管超差及水压试验后锈蚀问题，提出了防范措施，为后续百万千瓦核电常规岛设备国内制造及监理提供了借鉴和参考。

核电； 加热器； 质量分析； 防范措施

百万核电机组高低压加热器(简称高加、低加)是回热系统中重要的加热设备，对其进行制造研发和国产化是我国核电常规岛产品发展的方向[1]。

中国目前正处于AP1000的引进-消化-吸收阶段。国内的几家大型制造厂多年以来一直从事辅机类产品的设计，在换热器方面，尤其用于AP1000核电常规岛的高加、低加，目前正处于设计和转化阶段。

笔者通过发生的一系列质量案例，阐述了高加、低加制造过程中的密封焊返修时划伤换热管、胀管超差、水压试验后锈蚀问题，依据图纸、标准和工艺规程等技术文件，采用VT目视检查、无损检测和其他有效的试验方法进行验证，最终达到了提升质量的预期成果。

1 质量案例分析及处理

高加、低加是采用管板-U形管为主要构件的表面式换热器。给水流经管程换热管内，并被壳程加热介质加热到设定温度，再供给至核岛蒸汽发生器；从汽轮机中抽取做过功的乏汽，流经高加筒体内换热管的外空间并放出热量，与给水进行热交换[2]。加热器主要由壳体、换热管支撑板及挡板、管束、水室、管板、接管、配件等组成。

核电常规岛单台机组分别设计两列(A列和B列)，每台机组的高加分别为6A、6B、7A、7B，低加分别为1A、1B、1C、2A、2B、2C、3A、3B、4A、4B。

1.1 3B低加密封焊后换热管划伤问题

3B低加管孔缺陷位置见图1。

图1 3B低加管孔缺陷位置

对3B低加管板进行密封焊后管孔抽检时发现，在管板上有一孔(位于管板B区-13-27)，内壁存在一处凹陷划伤，缺陷尺寸经测量为5.00 mm×1.00 mm×0.13 mm。

1.1.1 原因分析

3B低加穿管后，对伸出管板处的管端进行密封焊，焊后进行无损检测PT探伤时发现超标缺陷，用角挫修磨时操作失误导致。

1.1.2 处理及结果验证

(1) 制造厂开出外部不符合项NCR，考虑到缺陷区域换热管存在发生应力侵蚀裂缝的风险，最终管板进行了堵管孔处理。

(2) 监理人员对缺陷管孔(B区-13-27)及U形管另一头的管孔(A区-13-27)的堵孔、氩弧焊、PT探伤进行了全程跟踪，最终焊后PT探伤、目视检查合格。

1.1.3 防范措施

(1) 应提高制造厂操作人员的责任心，杜绝人为操作失误带来的质量风险。

(2) 驻厂监理人员应加强事前和过程中控制，依据标准和工艺规程，以最合理的方法进行处理。

1.2 4B低加胀管超差问题

4B低加胀管后用千分尺测量管孔一、二胀区域，内径有6个管孔存在超差问题。

1.2.1 原因分析

(1) 由于胀接工序由两个班组交替操作，可能造成部分管孔在胀接合格后被重复胀接。

(2) 胀接过程中没有逐一进行测量，导致出现部分管孔胀接超差。

(3) 胀接测量过程中没有及时对测量工具进行校准，测量时产生误差。

1.2.2 处理及结果验证

(1) 监理人员第一时间协调责任部门开启胀管超差的外部不符合项NCR。

(2) 根据图纸、工艺和标准要求，采用目视检查和内径千分尺，对胀管超差问题管孔进行胀区内径复测，且将复测区域进行扩大范围测量和记录，做好备案。

由胀管率公式z=1-(D-d)/(2t)推出d=D-(1-z)×2t，其中z为胀管率，D为管孔直径，d为胀后管直径，t为管壁厚。4B低加管孔内径理论极限范围见表1，最终由理论值推出d的范围为14.03～14.33 mm，以此作为扩大范围检查的理论依据。

表1 理论值推出d值范围表

(3) 根据不符合项要求，设计方要求制造厂进行胀接拉脱力验证试验和热疲劳试验。责任部门对试验件进行胀接、水压试验和拉脱力验证试验，同时对试验件进行室温→230 ℃→室温、循环100次的热疲劳试验，并出具相应的数据。最终试验结果需要得到设计方的认可，胀管超差涉及到的6个管孔不需要堵孔，现状回用。

1.2.3 防范措施

为避免类似问题再次发生，对换热管胀管工序监督需要注意以下事项：

(1) 胀管前需对操作者进行胀管区域划分，不得随意跨区域胀接，并做好区域划分记录。

(2) 避免电流过大造成过胀现象，胀接焊接参数调试过程由检查员和监理人员全程跟踪。

(3) 采用多个胀管器进行循环胀管，过程中必须使用润滑油，且定期对测量工具进行校准。

1.3 6A、7A、7B高加水室内部积水及锈蚀问题

高加水室内部存在严重锈蚀，见图2、图3。

图2 6A水室内部存在锈水深达6 mm

图3 7A高加水室内侧隔板锈蚀

核电站安装现场开盖检查时，发现在充氮密封条件良好的情况下，3台高加6A、7A、7B水室封头内部存有锈水。其中，7A锈水深3.5 cm，7B锈水深5 cm，而6A锈水深达6 cm，并且部分传热管、水室封头、隔板也存在严重锈蚀。

1.3.1 原因分析

(1) 干燥时间不充分，U形换热管因为结构存在死角留有存水。干燥过程是长时间持续的过程，标准要求连续36 h以上，制造厂进行热风干燥时，没有温度仪表测量热风是否达到了标准要求的250 ℃，所以存在热风温度未达标的情况，干燥是否充分存在盲点。

(2) 充氮前抽真空不充分，导致内部留有残存空气、温差而导致结露。制造厂标准充氮部分表述过于简单，没有真空度的相关要求。充氮前真空泵压力表能达到-0.09 MPa，但由于标准中没有要求，也没有记录，最终也就无法追溯充氮前真空到底达到多少。

1.3.2 处理及结果验证

(1) 用钢丝刷、抛光机去除高加水室内表面存在的铁锈，并充分干燥，重新在内表面涂刷水溶性的防锈剂。

(2) 根据图纸及技术文件要求，对高加水压试验后内壁及管板等部位进行擦拭试验，经化学分析和油分检测结果合格，见表2。

表2 擦拭试验化学分析结果

mg/m2

1.3.3 防范措施

(1) 对水压后的干燥、充氮前的抽真空要求，在制造厂标准和工艺规程中进行细化和完善。

(2) 对制造厂操作人员进行新标准和工艺的宣贯和培训；并对此次质量事件进行专项调查，杜绝类似事件再次发生。

(3) 从监理角度出发，在低加质量计划加入充氮前的抽真空及充氮工序，采用W点现场见证方式进行监督，将引起锈蚀的可能性解除。

2 结语

高加、低加的生产，实现了我国第三代百万千瓦核电站常规岛部分设备制造自主化的目标；但因为国内首次试制，制造厂在高加、低加制造过程中，暴露出了经验不足、执行力差等问题，所以制造厂应重视质量管理，从根本上保证核电产品质量。

[1] 王立昆,王新红,刘银河. AP1000核电机组高压加热器制造技术研究[J]. 压力容器,2014,31(5): 75-78,35.

[2] 唐卉. AP1000核电机组高压加热器技术特点[J]. 电站辅机,2012,33(4): 4-7.

Treatment of Quality Problems Occurring in Manufacture of High/Low-pressure Heaters in a 1 000 MW Nuclear Power Unit

Sun Xiaoshi

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

To solve the problems occurring in the manufacture of high/low-pressure heaters in conventional island of a 1 000 MW nuclear power unit, such as scored heat exchange tubes produced in repairing of seal welds, out-of-tolerance expanded tubes and corrosion failure after water pressure testing, for which preventive measures were put forward. This may serve as a reference for manufacture and supervision of domestic equipment in conventional island of 1 000 MW nuclear power units.

nuclear power; heater; quality analysis; preventive measures

2016-05-09；

2016-06-17

孙小石(1983—)，男，高级工程师，主要从事火电、核电机组设备监造工作。

E-mail: 15124569527@163.com

TM623.4

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1671-086X(2017)02-0114-03