某型核岛除盐器滤头国产化开发研究分析

易学静

【摘 要】阐述某型核电站核岛除盐器滤头装置国产化研发的技术方案、加工工艺、试验方案以及后续的改进建议。

【Abstract】This paper explores the technology scheme， construction process， test scheme and following up improvement suggestions of the localization development and research of the nuclear desalter filter head in a nuclear station.

【关键词】核岛除盐器； 国产化； 线切割； 过流缝隙

【Keywords】nuclear desalter； localization； wire-electrode cutting； over current gap

【中图分类号】TM623 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）02-0173-02

1 引言

在压水堆核电站建设中，核电站的水处理设备除盐器（阴床、阳床、混床）的进料口和出料口均安装有滤头装置，用于阻止离子交换树脂通过，但能使净化后的水通过，以此来获得净水。核岛核二、三级除盐器需要用到一百多只同类型不同规格的滤头。国内火电厂除盐器上应用的滤头装置结构形式为绕丝型，该结构形式的滤头滤管部分采用一根T型钢丝螺旋绕制在若干根支撑筋上并进行点焊，绕丝和绕丝之间形成过流缝隙。绕丝型滤头装置在钢丝绕制时需要点焊在支撑筋上，焊接变形大，焊点易腐蚀脱落，钢丝强度低，易变形，钢丝与钢丝之间的缝隙难以控制，可靠性低，不适合应用于核电项目。

2 研发前景

在某项目之前的核电项目中，该类除盐器所用的滤头装置为进口产品，结构形式为垫片式， 由接管、上盖、滤管、骨架、下盖，以及螺柱、螺母、垫片等组成，骨架外的滤管由若干片相同结构的滤片叠加组合构成，每片的一面十字向均有相对称的小凸台，因而若干片叠加组合后在轴向形成四条筋、相邻两片之间沿圆周形成等距间隔的四条过水缝隙，这种叠片型滤头装置片与片之间的过水缝隙靠四个部位的小凸台接触控制形成，加工精度难以保证，因而过水缝隙有时偏大，有时偏小，易产生离子交换树脂流失现象，严重影响净化后的水质。

无论是国外叠片式滤头还是国内的绕丝型滤头，都存在一定的技术缺陷，因此，在国内研发一种更可靠，更安全的滤头装置取代国外滤头产品势在必行。

3 国产化进程

滤头研发过程中充分考虑了核电设备的高可靠性要求，吸取叠片式滤头和绕丝型滤头的技术优点，完善其性能不足，提出合理化解决方案，新型滤头由接管、上盖、滤管、骨架、下盖，以及螺柱、螺母、垫片等组成。关键在于滤管上的过流缝隙是线切割而成，缝隙与缝隙不相连，滤管在一定长度上为一整体结构。

通过上述技术方案可以看出，新型滤头，强度高，无焊接变形，可通过数控机床精加工而成，缝隙均匀，精度高，水流缝隙得到保证。

3.1 设计方案

根据研发两条主线的要求，首先对试验用滤头图纸和PL核电第一批滤头图纸进行了设计。滤头分进料滤头和出料滤头两种，设计成型的进料滤头结构如图所示，滤头由接管1、连接环2、滤管4、支撑架3、托板8，以及螺柱5、螺母6、垫片7构成，接管1的一端焊接于连接环2上，滤管4中内衬支撑架3，滤管4、支撑架3固定于连接环2和托板8之间，并由螺柱5、螺母6、垫片7将滤管4、骨架3连接固定成整体结构。滤管4为整体结构，且沿圆周具有等距、一体的四条轴向隔离筋，隔离筋之间按规律排列若干过水缝隙。滤管4为一定长度时由两段或两段以上对应碰触连接，每段为整体结构，各段滤管4在径向上切割多道割缝形成过流缝隙，相邻过流缝隙端具有隔离筋11，滤管4在轴向上切割多道割缝形成过流缝隙，割缝与割缝之间不相连。 对应过流缝隙的滤管4外壁处加工有导流口。出料滤头和进料滤头的结构相似，两者之间的区别是出料滤头的导流口在滤管的内壁。

3.2 试验方案

试验内容为首先建立一个试验回路。回路应由泵、阀门、压力容器、测量仪表（压力表、流量表、温度计）等部件组成。在将容器内充各方向尺寸不得小于0.3mm的树脂。试验回路应保持温度，流量35t/h，连续运行不小于24小时，再进行反冲洗试验。试验完成后，对滤头进行外观检查。滤头应无脱落变形、无跑漏树脂等现象。

根据对滤头功能性试验的要求，滤头供应商联合相关厂家，讨论可行的技术方案。该试验的难点是：水温达到110℃，已经超过了水的沸点，容易产生蒸汽。水温110℃，蒸汽和高温对所选择的仪表也是一种考验。经过综合考虑，滤头供应商提出功能性试验方案，将整个回路密闭，通过提高压力使得水的沸点升高，通过调节阀门排出热膨胀的水。

试验装置的设计分为机械设计、电气设计以及仪表设计三部分。机械设计主要完成试验回路中的三个压力容器（容器罐、加热水箱、树脂捕捉器）设计，回路管路铺设，电气设计主要完成电气控制柜的设计，可对回路进行控制操作，仪控设计主要完成各个传感器信号的采集，计算机记录，显示。

3.3 加工制造难点

3.3.1管口变形控制

当滤头供应商工人在给滤管下料时候，发现割断的管口变成椭圆形，无法进一步进行加工。滤头供应商立即组织人员对该现象进行技术分析，经过分析讨论，认为由于钢管的壁厚较薄，钢管内部存在内应力，一旦切割就会释放钢管内部应力，使得钢管管口变成椭圆形，无法进一步加工滤管。如何解决该问题，一是加厚管壁的厚度，留足够加工余量，即使切割钢管时有少许的应力变形现象，也可通过后期加工满足尺寸要求，二是购买的管材必须经过固溶处理，最大限度消除内应力。最终采用定制的加厚钢管加工，有效解决了此问题。

3.3.2 刀架变形控制

在镗制滤头内管壁的导流口时，滤头供应商采用高精度数控镗床加工。如果滤管较长，则由于镗床刀架悬臂过长，会发生刀架受力变形现象，从而影响零件的精度。滤头供应商发现此问题后，及时修正图纸，将较长的滤管分成两段加工，在组装时候再将两段滤管拼接成一根管，起到明显效果。

滤管上的割缝精度是滤头国产化研发是否成功的关键，滤头供应商采用先进的线切割方法进行加工。经过大量反复试验，经历无数次失败，不断总结经验，修正程序控制參数，终于找到一个令人满意的加工工艺方法。滤管上的每个割缝采用线切割分三次切割成型，并且线切割钼丝进丝方向保持一致，严格控制切割速度。这样不但减小了机床的累计误差，也保证了割缝的精度要求。

连接环零件的初始设计中间的支撑架与外围的环分两个部分加工后焊接成型，经考虑采用一整块材料线切割成型，无焊接变形现象。

3.4 试验与验收

在调试过程中，发现水温从常温升至110℃，热膨胀大，容易将回路胀破，经及时调整方案，将高温的水从排气口排出一部分，以减少膨胀压力。在调试过程中还发现高温对测量仪表产生影响，经及时调整仪表参数，使得仪表正常工作。试验结论：试验严格按照《除盐器滤头功能性试验程序》要求进行。在回路温度≥110℃，流量≥35t/h的条件下，回路持续试验>24小时，并进行了反冲洗试验。试验完成后，对滤头进行外观检查，滤头无脱落变形，无树脂跑漏现象，滤头性能符合除盐器滤头技术要求。endprint