关于AP1000蒸汽发生器穿管过程传热管凹痕的产生与控制研究

辛成举

中核辽宁核电有限公司 辽宁 兴城 125112

正文：

1.引言

传热管凹痕一般情况下不会造成管壁减薄，但有可能因应力集中导致降质失效。若传热管存在凹痕，在电站运行中将增加蒸汽发生器传热管破裂的风险，因此传热管的质量控制在SG制造过程有着举足轻重的作用。

2.现状描述

当前世界范围内的AP1000堆型SG制造普遍存在穿管工序完成后其传热管表面产生凹痕，涡流检测发现DNG信号的现象。某项目蒸汽发生器（SG1）穿管后在449根传热管上发现了941处凹痕，与其他国内同堆型蒸汽发生器对比，该台蒸汽发生器传热管凹痕数量更多、情况更严重。

根据涡流检测结果，对449根传热管上的941处凹痕在传热管轴向的位置进行分析，凹痕集中在第9块（最靠近管板的定义为第1块）支承板以上的位置，根据SG结构，第9和第10块支承板之间的距离理论值为931.5mm，管板厚度为798mm，可判定99%以上的凹痕是传热管穿至管板区域后产生的。

3.原因分析及预防措施

3.1 管板孔对穿管卡涩的影响及预防措施

3.1.1 影响因素分析

综合考虑管板孔径、管孔一次侧表面位置度公差、垂直度公差、二次侧表面任意两孔间最小孔桥、传热管外径及管板孔与换热管之间的最小间隙，一旦管板孔孔径、位置度及垂直度出现偏差，穿管卡涩的几率将增大。

通过数据对比SG1、SG2的管孔尺寸数据差异不大，且总体满足图纸要求，因此可判定管孔尺寸不是SG1穿管卡涩的主要因素。

3.2 支承板孔对穿管卡涩的影响分析及预防措施

3.2.1 影响因素分析

支承板孔内切圆直径与传热管间隙范围为0.17～0.55mm，由于装配后支承板孔的相互同心度还存在一定的误差，因此支承板孔内切圆直径越大，与传热管之间的间隙也越大，穿管发生卡涩的几率将更小。

SG1支承板梅花孔内切圆直径使用Φ17.802mm通规检查，属于图纸要求范围的中间值。SG2使用的是Φ17.745mm的通规检查，孔径直径满足图纸要求，但只比图纸要求的下限大0.005mm，且以Φ17.802mm的通规检查支承板孔较多不能通过。

根据SG1与SG2的对比，若其他方面差异不大，可判定支承板孔径尺寸是影响穿管阻力的重要因素之一。

3.2.2 预防控制措施

从穿管角度分析，支承板孔内切圆直径偏图纸要求上限，严格控制位置度、垂直度，则对穿管有利。对支承板的加工可从以下几个方面控制：

1) 加强支承板内切孔尺寸控制，使支承板内切孔尺寸接近图纸要求上限。

2) 由于加工后，支承板的重量剩下不足35%，刚度不到加工前的1/4，需设计专用胎具进行找正、装夹固定，保证加工变形及不平度在控制范围内。

3) 拉孔时严格控制拉刀与支承板孔的对中定位精度（偏差±0.1mm），从而保证支承板孔位置度的精度（要求Φ0.3mm）。

4) 保证支承板孔孔口圆角成型尺寸在图纸要求范围内（0.5mm≤R≤2.3mm）。

5) 保证孔表面完成情况良好，表面无损坏、粗糙度合格。

6) 保证孔轮廓线的曲率符合图纸要求。

3.3 支承板装配对穿管卡涩的影响及预防措施

3.3.1 影响因素分析

综合考虑支承板孔内切圆直径、传热管直径、传热管和支承板孔的间隙范围。在支承板孔尺寸偏下差的情况下，安装精度低会增大穿管卡涩的几率。

由安装数据对比可知，SG1支承板的安装精度低于SG2。因此可判定支承板的装配精度低也是穿管卡涩的重要因素之一。

3.3.2 预防控制措施

从穿管角度分析，装配时严格控制支承板孔与管板孔同心度、支承板平面度，对穿管是否顺畅起到关键性的作用。具体控制措施如下：

1) 内套筒组件装配完成后将最远的一块（即第10块）支承板模拟安装，提前确认管板和第10、第9块支承板安装情况，减小误差。

2) 严格控制第一组定位杆的安装力矩，保证支承板安装后的松紧度和平面度；同时控制每根定位杆受力均匀，保证支承板能够处于合适的位置。

3) 确保楔形块和支承板外圆无间隙并用塞尺进行检查，检查及装配好后进行焊接固定，保证支承板径向调整定位和防止旋转。

4) 支承板平面度在不同区域选定5个孔进行检查，确认是否满足安装要求。

5) 在第一块支承板安装并调整后进行检查，使用带有传感器的前后两段专用探测杆进行检查，从管板孔一次侧伸入到第一块支承板相对应孔中并记录下仪器显示的相应偏差数值。

6) 通过光学校准及模拟穿管试验检查支承板孔的直线度：通过一次侧的光学校准仪检查校准，通过调整，最后要求管板一次侧孔中专门放置的十字线在支承板相应孔十字双线内，记录下相应调整数据。

7) 采用与实际U形管外径一致的直管进行穿管模拟试验，一般选5个孔，检查穿管时有无卡涩现象。

3.4 管系安装对穿管卡涩的影响及预防措施

3.4.1 影响因素分析

穿管阻力异常是凹痕产生的客观条件。根据SG1穿管记录，穿管过程中共发生98次严重卡涩，仅有17根传热管存在涡流信号幅值。说明穿管阻力异常未必一定产生凹痕，穿管人员的操作是产生凹痕的主观条件也是另一重要因素。

3.4.2 预防控制措施

根据穿管记录，说明传热管卡涩后操作人员加以控制可避免凹痕的产生，但卡涩后具体如何操作才能避免凹痕则较为复杂，基本决定于操作者的经验、相互配合默契度等人为因素，因此可考虑从以下几点进行控制：

1) 通过培训提高专业人员操作技能，在穿管异常情况能够及时察觉并有初步的判定；增加穿管过程监督检查，对穿管人员操作的正确性加以督导。

2) 对于R段较大的传热管穿管，推动传热管直段部分时，严格保持推进速度和推进长度相同，最终使R段两侧部分同时到达支承板。

3) 在轻微卡涩的情况，可改进穿管操作，使推力沿传热管轴向方向，避免产生大的横向分力；在严重卡涩的情况，应严格按照程序要求，停止穿管，分析根本原因，制定解决方案充分论证后实施。

4.结论

由于管板孔与换热管之间的间隙较小，在支承板孔径偏下差、支承板安装对中精度偏低的因素共同影响下，使SG1穿管发生较多数量的阻力异常情况；同时由于穿管人员经验不足，对卡涩的传热管操作时使传热管与支承板受力接触造成了凹痕。

通过采取预防措施控制管板孔尺寸、支承板孔尺寸、支承板装配精度等影响因素，可防止穿管发生卡涩，避免产生凹痕；而一旦发生传热管卡涩，通过调节穿管操作方法，也可避免凹痕的产生。