范文一:核电站蒸汽发生器简介
福清核电工程
蒸汽发生器设备监造技术培训教材
苏州热工研究院有限公司
目 录
第一章 蒸汽发生器设备概述 第二章 蒸汽发生器材料采购 第三章 蒸汽发生器材料采购监造 第四章 蒸汽发生器的制造 第五章 蒸汽发生器焊接过程的监造 第六章 蒸汽发生器监造重点 第七章 蒸汽发生器监造的监督计划
第一章 蒸汽发生器设备概述
1、蒸汽发生器设备简述
核电站蒸汽发生器(简称SG)主要功能是作为热交换设备将一回路冷却剂中的热量传给二回路给水,使其产生饱和蒸汽供给二回路的动力装置。1000MW核电机组有三个环路,每个环路装有一台蒸汽发生器,每台容量是按照满功率的三分之一的反应堆热功率设计。
蒸汽发生器是连接一回路与二回路的设备,在一、二回路之间构成防止放射性外泄的第二道屏障。由于水受辐照后活化以及少量燃料包壳可能破损泄漏,流经堆芯的一回路冷却剂具有放射性,而压水堆核电站二回路设备不受到放射性污染,因此蒸汽发生器管板和倒置的U型管是反应堆冷却剂压力边界的组成部分,属于第二道放射性防护屏障之一。
蒸发器中的冷却剂压力边界的组成部分的部件安全等级1级,二次侧部件的安全等级是2级、抗震等级1I、质保等级1级、设计等级1级;每台核电机组有三台蒸汽发生器。
下图是1000MW核电站核岛主设备布置示意图。
核岛主设备连接示意图
2 蒸汽发生器工作原理
在大亚湾核电站、岭澳核电站均采用立式、自然循环、U型管式蒸汽发生器,其结构如上图。从反应堆流出的冷却剂经一回路热管段由蒸汽发生器的下封头的进口接近进入水室,然后在倒U型管束内流动,倒U型管的外表面与二回路给水接触,传热给二回路水,并使其汽化,完成一、二回路间的热交换。一回路冷却剂携带的热量传给二回路后,温度降低,再经过过下封头的出口水室和出口接管,流向一回路的过度管道然后进入主泵的吸入口。
二回路的给水由蒸汽发生器的给水接管进入给水环管,通过环管上的一组倒J形管进入下筒体与管束套筒之间的环状空间(即下降通道),与汽水分离器分离出的水混合后向下流动,直至底部管板,然后转向,沿着倒U型管束的管外(即上升通道)向上流动,被传热管内流动的一回路冷却剂加热,一部分水蒸发成蒸汽。汽水混合物离开倒U型管束顶部继续上升,依次进入旋叶式汽水分离器和干燥器,经汽水分离后,蒸汽从蒸汽发生器的顶部出口流向汽轮机做功,分离出来的水则往下与给水混合进行再循环。
需指出的是,蒸汽发生器二回路侧流体流动是依靠自然循环驱动的。管束套筒将二次侧的水分为上升通道和下降通道。下降通道内流动的是低温的水与汽水分离器分离出来的饱和水混合物,属单相水(过冷水)
,而上升通道流动的是汽水混合物,在相同的压力下,单
相水的密度大于汽水混合物的密度,两者密度差导致管束套筒两侧产生压差,驱动下降通道的水不断流向上升通道,建立自然循环。
下图为蒸汽发生器结构示意图:
蒸汽发生器主要参数(以岭澳为例):
设计压力 管程(一次侧)17.13MPa,壳程(二次侧)8.5MPa 设计温度 一次侧343℃,二次侧316 ℃
工作介质 管程除盐含硼水,壳层汽水混和物 设备外形尺寸 ?4484/?3286×20970δ×112
设备水压试验压力 管程 22.9 MPa,壳程12.9MPa 设备总重量 约 330000 Kg
第二章 蒸汽发生器材料采购
蒸汽发生器材料应满足采购规范以及购买方附加的采购要求。蒸汽发生器部件由于安全等级存在区别,设计如按RCC-M规范级别区分如下(除了非RCC-M部件,部件的规范分级只是制造过程中的检验要求有所区别):
一次侧为安全功能1级,RCC-M规范1级,包括下封头及其附件、分隔板、管板、传热管束、安全端等;二次侧为安全功能2级,RCC-M规范1级,包括筒体、上封头、人孔、接管等;上部内件为非RCC-M级部件,材料可以按普通工业标准进行采购。
反应堆蒸汽发生器的材料有大型锻件和轧件制(现在的蒸发器无铸件材料),下表是蒸发器主要结构部件材料
序号
描述
M2126
ASME II SA-508, Gr.3 Cl. 1 SA-508, Gr.3 Cl. 1 SA-508, Gr.3 Cl. 1 SA-508, Gr.3 Cl. 1
1 SA-508, 2 3 4 5
6 7 8 9 以上部件原材料采购过程需要进行源地驻厂验证监督。
蒸汽发生器材料主要是大型锻件和钢板轧制件,以岭澳二期为例,蒸汽发生器锻件材料如封头、管板、接管、安全端等,轧制件如筒体用钢板,管束,内件材料等。材料的制造需要有良好的炼钢、锻造技术和重大的生产设备,世界上能够做好这些材料的厂家不多,如日本JSW、法国CREUSOT工厂、韩国的斗山、法国法内诺等;目前国内主要材料制造商如一重、二重、上重、宝钢等都在对百万组机核电站蒸发器主要材料进行国产化研制工作,部分材料将国产化。
1、锻件采购
一般锻件制造流程:炼钢和浇注--熔炼分析--锻造--预备热处理--粗加工--尺寸检查--UT检查-- 性能热处理--尺寸检查--取试--试料模拟消应热处理--机械性能试验和成品分析--精加工--目视和尺寸检查--最终无损检测(超声波检测、磁粉检测、渗透检测)。
各种材料的制造工艺应视不同的制造商而有可能所不同。 1.1、炼钢和浇注 1.1.1原料
选用成分明确的生铁、优质废钢及铁合金冶炼原料。 1.1.2冶炼
用电炉粗炼。
用钢包精炼炉精炼。
在钢包精炼炉中用硅(锰\铝等)进行脱氧。 在钢包精炼炉中精炼和浇注加铝镇静。 在钢包精炼炉中进行脱气精炼。
1.1.3浇注
钢水精炼后在真空状态下用上注法浇注钢锭。
下图是日本JSW公司对蒸发器下封头钢锭冶炼浇注流程示意图:
1.1.4锭型
不同的锻件有不同的锭型,在岭澳二期蒸发器用锻件的几个示意图:
下封头锻件的钢锭类型 锥型筒节锻件钢锭类型
椭圆上封头钢锭类型 下筒节钢锭类型
管板钢锭类型
钢锭重量和尺寸允许存在一定的偏差;钢锭有小锥度。 1.1.5 熔炼分析
在钢包精炼炉浇注到中间包的过程中取熔炼成品样。氢含量分析可在钢锭上部切除部分取样进行分析。如氢含量超过0.8ppm,在后续的预备热处理就相应的增加消氢处理,使含氢量下降以满足要求。
每次取双样分析并取平均值。元素化学分析值须满足采购规范的要求。 1.2 锻造
锻件在水压机上进行热锻,锻件在锻造过程中要注意锻造比的控制,以及锻造温度的检查。不同结构形式的锻件和不同的制造商的锻造工艺不完全一致;下面介绍的是在岭澳二期中一些蒸发器锻件上使用的锻造工艺。 1.2.1 管板的锻造
第一步:初轧滚圆,并切除冒口和水口端; 为了确保管板锻件的内部质量,锻造过程中钢锭的水、冒口应有足够的切除量。
第二步: 镦粗(板压
)
第三步: 镦粗(锤镦
)
第四步:镦粗\成型
1.2.2锥形筒节锻件的锻造
下封头锻件的锻造的顺序见下表
1.2.3: 下封头锻件的锻造
下封头锻件的锻造的顺序见下表
上封头锻件的锻造工艺与下封头锻件的锻造工艺是类似的。其他的锻件如接管、下筒节的锻造工艺可参考压力容器教材。 1.3、预备热处理
为了改善毛坯锻造后的不良组织,消除锻造内应力,并改善其切削加工性,对锻件锻后进行预备热处理,对不同的制造商热处理的温度时间工艺曲线可能是不一样的,但对于规范中(如RCCM、ASME)规定的温度控制要求必须遵守。下图是日本JSW对岭澳二期蒸发器大型Mn-Ni-Mo低合金钢封头锻件预备热处理工艺曲线的例子
上图中“*”去氢时间根据钢锭氢含量而定(氢含量一般应低于0.8ppm),该段时间保温时间应与氢含量而定。
预备热处理前的下封头
预备热处理和其他热处理阶段一样,至少附两只热电偶记录温度,两个热电偶都要与工件接触,一支放在壁厚的最厚处,另一支应放在最薄处。下图中是封头热处理时热电偶放置示意图。
1.4、粗加工
在精加工尺寸基础上,对锻件厚度进行粗加工,为超声波探伤和性能热处理做准备。 1.5、超声波检测
粗加工后进行超声波检测。大型锻件厚度较大、质量要求高,超声波检测穿透力强、灵敏度高、效率快,因此超声波检测是核电大型锻件质量控制和保证的主要方法。只有超声波没有超标缺陷的锻件,方可继续进行下道工序。 1.6、性能热处理
对不同的制造商不同的锻件,性能热处理的温度时间工艺曲线可能是不一样的,但对于规范中(如RCCM、ASME)规定的温度控制要求必须遵守。下图是制造商JSW对蒸发器大型Mn-Ni-Mo低合金钢封头锻件性能热处理工艺曲线的例子。
下封头正淬火(水淬) 热处理后的下封头 锥型筒节出炉待淬火
在加温速度要求上,RCCM规范没有明确要求,如日本JSW规定最大的加温速度不宜超过150度/小时。
1.7 性能试验
1.7.1试验项目
验收检验项目包括常温拉伸、高温拉伸、冲击试验(20℃、0℃、-20℃)、落锤试验和冲击试验转变曲线试验。这些试验项目及其取样位置在制造大纲文件中列出,应符合技术规范要求,并经过业主的审查或认可。
下封头性能试验取样
1.7.2机械性能试验和指标
机械性能试验必须在符合规范要求试验设备上进行,人员是能胜任工作需有资格的人员担任。数据指标必须达到规范要求。机械性能试验和取样是作为材料监督的一个重点。
1.7.3模拟消应热处理
有些试验试料应完成以下模拟消应热处理后进行试验。(标识SSRHT),下图是按RCCM规范中规定的Mn-Ni-Mo某一锻件模拟消应热处理曲线要求。对400度以上的加热速度按规范要求(如RCCM)应控制加热速度。
温度
(℃)
1.8 精加工
对锻件进行加工以达到最终锻件采购尺寸的要求。 时间(小时)
下封头完成精加工
上封头完成精加工
1.9 最终无损检测
筒节UT检查 下封头PT探伤
锻件最终应进行以下检测:
-超声波检测;-磁粉检测;-渗透检测;-最终尺寸检查
最终阶段的无损检测是相当重要的的检查,应认真执行,也是监造关注重点阶段。注:锻件发现超标缺陷而导致需补焊的,这种情况下锻件应是拒收的。
1.10、进入最后发货阶段,包装运输按采购技术条件要求,制造商编制完工报告。
2、钢板的轧制
蒸发器的上筒节、管嘴筒节等采用轧制的板材卷制而成,内件还有一些轧制板材;岭
澳二期的筒节钢板是由法国INDUSTEEL生产,规范要求是RCCM2126,下面就筒节钢板法国INDUSTEEL工厂的轧制采购作一简明的描述。
2.1、钢锭
钢的冶炼和浇注与锻造用钢的冶炼和浇注工艺过程基本是相同的,冶炼时进行熔炼分析,轧制钢板用钢锭如下图:
2.2 钢板轧制
轧制前对钢锭加热到高温(大于1250度),保温时间应根据钢锭的尺寸和重量,不同的工厂可能工艺有所区别。
轧制分两部完成,第一步轧出板宽,第二步得到厚。但有的厂家可能分三步,如增加一步初轧。
对轧制后切除上、下端(冒口和水口),切除量应足够,INDUSTEEL工厂的上端切除量是7%,下部是3%。
轧制后采取缓冷措施冷却。
2.3 粗加和无损检测
对板材进行粗加以达到要求的外形尺寸,同时对板材进行无损检测,无损检测主要是超声波探伤,这个探伤是作为制造商内部质量控制的手段,防止不合格而继续流转。
2.4 性能热处理
下图是板材的热处理工艺曲线和热处理时热电偶放置示意图
:
:
热电偶的数量应根据板面的尺寸而定,热电偶放置时应致少有两支接触工件。
2.5 性能试验
验收检验项目包括常温拉伸、高温拉伸、冲击试验(20℃、0℃、-20℃)、落锤试验和冲击试验转变曲线试验。这些试验项目及其取样位置在制造大纲文件中列出,应符合技术规范要求,并经过业主的审查或认可。取样位置和取样数量在RCCM的M篇已列出。机械性能试验必须在符合规范要求试验设备上进行,人员是能胜任工作需有资格的人员担任。对试验设备应满足按RCCM的MC篇要求。
2.6模拟消应热处理
有些试验试料应完成模拟消应热处理后进行试验(标识SSRHT),RCCM规范中对Mn-Ni-Mo材料模拟消应热处理温度曲线要求作出了明确的要求,蒸发器的筒节钢板与本节
1.7.3中介绍的工艺类似。
2.7最终检验
钢板最终应进行以下检测:
-超声波检测;-磁粉检测;-渗透检测;-最终尺寸检查;—标识检验
最终阶段的检验是相当重要的的检查,应认真执行,也是监造关注重点阶段;最终检验完成后,进入包装发运阶段,在这一阶段,关闭质量计划,认真审查完工报告,根据运输条件,监督制造商选择适宜的包装手段和装车(船)方案的的执行。
3、传热管的采购
蒸汽发生器的型号常用换热面积和传热管直径来定义,如岭澳二期的蒸汽发生器型号55/19B,55表示换热面积是5500平方米,传热管直径19mm,岭澳二期核电站传热管是由法国Valinox Nucleaire生产,红沿河核电项目的传热管也由此家公司生产。
岭澳二期传热管采购规范是RCCM M4105,牌号是NC30Fe (A690),镍铬铁无缝钢管。下面就简述一下工艺流程。
3.1钢锭。
合金冶炼在电炉中冶炼,在经电渣重熔或真空电弧重熔,除去杂质,使化学成分均匀,铸成钢锭;不同的钢厂可能炉子的大小或工艺有区别,钢锭大小型式可能不一样,如法国Aubert & Duval 与Special Metal钢锭尺寸就有区别,Aubert & Duval钢锭尺寸有525、560圆钢锭,还有400多的方钢锭,Special Metal钢锭尺寸大一点有635的圆钢锭,重量重一点。这些钢锭再被热锻或热轧成圆棒,再粗加成直径为220mm棒料。
该工序是由法国DMV stainless France 工厂完成,通过热挤压直径为220mm棒料得到直径Ф73*11的管子,这作为坯料交付给Valinox Nucleaire工厂生产传热管。
3.3轧管。
在Pilger轧管机上将管子轧制到Ф37.5*3.5,为改善晶粒度,轧制后进行一次热处理,目标是得到ASTM中5-8级的晶粒度要求;热处理后对钢管在Pilger轧管机轧制得到要求的尺寸(Ф19.05*1.09),在轧制过程中要用涡流跟踪检测。轧制完的管子在40℃以上的碱液中除油,然后吹干管子,进行内外表面的清洁检查。
3.4 退火处理
为改善材料组织,减少残余应力,冷轧后应对管子按规范要求进行一次退火处理,在RCCM M4105中对此还规定了一些技术要求,如退火处理温度大于1060℃,保温时间大于1分钟;从900降至500℃时间应控制,冷却时间要小于3分钟。退火处理后应对管子进行机械性能、晶粒度的检查等。
3.5 矫直
退火处理后,在矫直机上对管子进行矫直,矫直后管子的屈服强度的增加不超过80Mpa。因此矫直前后应进行拉伸试验进行机械性能的比较;一般在矫直第一根管子上进行抽查,当然在更换矫直机或修整设备后均需进行对管子矫直后引起的屈服强度的增加进行检查。
3.6 外表磨削
对管子外表在磨削设备上进行磨削,选择的磨削材料应考虑不能引起对管子的污染,选择的磨削材料应对化学元素进行检查控制。
3.7 无损检查
对每根管子的表面和内部都要进行无损检查,主要采用的手段是超声波检查和涡流检查,以检查内部有无缺陷。管子的内外表面应清洁、光滑,不允许有氧化或碳化的痕迹,表面碳化的检查可采用涡流检验;不允许有超标的发纹、毛刺、划痕,检查的方法是与标准品进行比较。采用超声波对每根管子壁厚检查并做记录。
3.8 热处理
对矫直、磨削和喷丸处理后的直管进行热处理,热处理保温温度控制在715±15℃,保温应大于5小时,加热速度要适当控制,不要过快,如控制在300℃/h以下,热处理炉应在真空或保护气体(中性气体)下进行。对于后续生产中发现需重新矫直、磨削和喷丸处理的管子,仍需要执行本热处理。热处理后对每批管子抽样进行内表面质量检查,检查可使用传热管内窥视设备对管子全长范围内进行检查。
3.9 机械性能\理化试验
对管子按批试验,这些试验包括常温和高温拉伸试验、硬度检查、晶粒度检查、金相显微组织检查、化学分析、扩口试验等,这些试验的取样位置和数量要求,在RCCM M4105规范中也作出明确的规定。
按不同的弯曲曲率选用不同的设备进行弯管。
3.11 去应力处理
根据采购要求,若U型管曲率较小需要进行消应力处理的执行消去应力处理,消应力处理与前面3.8条所述热处理类似,热处理保温温度控制在715±15℃,保温应大于5小时,加热速度要适当控制,不要过快,如控制在300℃/h以下,热处理炉应在真空或保护气体(中性气体)下进行。
3.12 U型管水压试验
对每根U型管都要进行水压试验,水压试验用水应是除盐水,对水质进行分析,满足RCCM F篇中的B级水,保压时间不低于10秒,岭澳二期采购的管子水压试验的压力大于14.7Mpa.所有弯管水压试验均没有渗漏。
3.13 标识、尺寸、清洁、包装检查
用适当的方法对U型管进行标识,如用标签,应至少表明炉号和批号,标识的内容应具有可追溯性.
水压试验后对管子取长度,端面应切平齐。对每一管子都要尺寸检查,包括外径检查(检查时机也可放在弯管前)、弯曲半径、两边直管长度、间距及平直度、弯管部分的均匀度、对小曲率的每根管子用超声波检查拱背部位的最小厚度和弯曲部位截面的椭圆度、对于大曲率的管子抽样检查弯管拱背部位的最小厚度和弯曲部位截面的椭圆度。
对最终的管子要进行清洁处理,如用符合RCCM要求的水冲洗,塞子通过弯管,用无油的压缩空气吹干,用酒精浸泡过的白布擦拭外表面,清洁处理后对清洁情况进行检查。清洁后用塞子堵塞管子两端后方可装箱,装箱管子内外表面都要得到妥善保护,管子在箱内要固定好,防止发生位移。
最终检验完成后,进入发运阶段,在这一阶段,关闭质量计划,认真审查完工报告,根据运输条件,监督制造商选择适宜的包装手段和装车(船)方案的的执行。
第三章 蒸汽发生器主要材料采购监造
1. 实施监造前的文件审查
在制造蒸汽发生器材料之前,制造商是否按技术规范的要求(如按RCCM M140)分别对材料的生产工艺和生产车间进行评定。
按RCCM的要求,蒸汽发生器下列材料需要进行RCCM M140评定,封头、圆形筒体、锥筒体、管板、支撑环、传热管等材料。作为监造人员应重点审查M140评定件相关报告与合同及其相关文件的符合性。
1.1 车间评定报告
车间评定报告主要包括车间设备及生产业绩两大部分:
设备:车间(制造商)必须具备符合要求的设备。车间评定报告必须提供下述设备的使用说明(包括所在位置的说明):
(1) 炼钢和成形用的主要设备;
(2) 热处理设备(包括:淬火水槽);
(3) 破坏性试验设备和无损检测设备;
(4) 化学分析和金相研究的主要设备。
如果原材料制造商的车间不具备相应的热处理设备或检验设备,必须在评定报告注明分包商从事这些活动具备的条件,并必须提供有关使用方面的资料。
生产业绩:对每一种熔炼工艺和制品的加工过程须提供以下资料:
(1) 每种类型牌号(钢种)能供给的吨位
(2) 制品的外型和(或)允许的尺寸(重量、厚度、长度等);
(3) 新产品的主要用户和主要用途;
(4) 通常使用的技术规范类型(规范、标准、规则等);
要使供货商制造的产品(必要时经过鉴定)尽量同其总体产品及其同类型产品(牌号、尺寸、成形方法)相似。
人员:所从事相关工作的人员必须具有规定要求的技能,与所在车间(单位)存在劳动关系(不是临时工)。
1.2 部件评定
1.2.1制造技术大纲的审查:
原材料制造商应按照材料的采购技术规格书的要求,编制工艺评定制造技术大纲。对锻件的要求,可参看《反应堆压力容器监造技术》教材中工艺评定制造技术大纲要求,本教材不作重复介绍,这里介绍传热管的工艺评定制造技术大纲,其内容至少应包括:
(1) 原材料要求(冶炼用的原材料);
(2) 熔炼工艺;
(3) 化学成份要求;
(4) 钢锭的重量及类型;
(5) 钢锭头尾切除的最小百分率,零件在钢锭中的位置;
(6) 列出操作顺序:
熔炼(重熔,如有的话);
锻或热轧,除氧化皮;
机加;
穿孔(如有的话)
挤压(如有的话);
轧制或冷拔;
热处理;
取样和试验;
矫直、弯曲、切割、磨削、抛光、清洁;
无损检测
(7) 中间热处理和最终热处理(性能热处理)工艺;
(8) 验收试验用试料在零件上的位置,以及试样在试料上的分布位置图及各种试样数 量要求;
1.2.2 工艺评定试验大纲
对工艺评定件进行检查和试验,以实现以下目的:
(1) 验证评定件的内部质量;
(2) 考核化学成份的均匀性和产品的机械力学性能;
(3) 对制造大纲中指出的特定区域进行深入的研究,当需要时,也可以通过试验来采集这些区域中材料性能的有关数据;
(4) 确保验收试验具有代表性,确保无损检验与零件形状和生产中的缺陷类型相适 应;
(5) 确保无晶间腐蚀倾向(主要是不锈钢件),适用于制品和零件。
原材料制造商应按照采购技术规格书的要求,编制材料工艺评定试验大纲。其内容至少包括:试验项目、试验条件(包括试验温度和热处理状态等)、试验数量和方位、试验合格标准。
1.2.3工艺评定报告
原材料制造商应提供工艺评定报告,证明按所采用的制造工艺能生产出满足所有相关技术要求及质量要求的制品,从而确认这个制造工艺可以用于产品的制造。工艺评定报告内容至少应包括:
(1) 评定所依据的文件(上面所包含的制造大纲、试验大纲);
(2) 用于评定的产品试验和附加试验结果,其内容包括:熔炼化学成分和成品化学成分、热处理参数、机械性能、无损检验等;
(3) 评定结论:所确定的制造工艺评定合格,可以用于制品的制造。
注意:针对U型传热管,除按照M140评定外,材料生产商还应进行按M170进行预制批鉴定,对预制批进行生产进行监督,对预制批文件和预制批鉴定报告进行审查。针对具体采购的钢管批而进行评定检查:
——规定实际制造条件和参数,制订预制批实施程序(见M170.5)中要求的无损检验方法,并注明达到质量等级遇到的困难;
——评定由制造程序、材料种类、或制品尺寸特性引起的特有类型缺陷,以便建立缺陷一览表(M170.6);
——在上述结果的基础上制订一批钢管的加工程序(见M170.5)
2. 工厂设备监造的实施
2.1先决条件检查
在原材料制造以前,应对制造厂的开工先决条件进行检查,除评定文件已经获得业主批准或同意外,还应确认:
(1) 制造大纲已提交,并已由业主认可;质量计划已提交,并获业主批准;应核实 制造大纲是与评定要求的一致性,确认工艺评定是否已覆盖采购的原材料的范围;重点要
检查一下制造参数与工艺评定是否存在差异。
(2) 相关操作程序已提交并获批准。
(3) 应对车间评定报告的内容进行检查和验证。
2.2炼钢和铸锭
炼钢和钢锭按制造大纲的要求进行,钢水需在电炉内冶炼,钢包内精炼,在浇注前和浇注钢锭的过程中进行真空处理,加铝镇静,以便得到纯净的钢水。可以通过在钢水中加入如硅、锰、铝来达到去除氧的目的。在这过程中主要是验证操作工艺过程是否符合制造大纲的要求。
炼钢和铸锭一般不作为见证点来进行控制,但可在开工前或首件对相关操作进行检查或抽查,主要内容一般包括:
(1) 炉料的质量控制、存放保管;
(2) 理化分析人员培训,授权;理化分析设备标定;
(3) 相关操作符合操作规程要求;
(4) 炼钢和铸锭工艺符合制造大纲的要求。对有关的过程记录进行检查,包括浇注 温度、镇静时间、熔炼分析等记录,以及铸锭的尺寸形状重量等记录。
2.3锻造
锻造作为锻件制造过程中的一个重要步骤,对整个锻件的最终质量起着决定性的作用,在质量计划上一般不设锻造的W见证点,但在项目开始的早期或重要锻件锻造时应向制造商提出进行现场见证,临时调整一下质量计划设点要求,了解制造商的设备情况,现场管理及对锻造工艺的执行和记录情况,另外还应向制造商了解人员的培训和授权情况。
锻造过程中要注意检查:
(1)锻造设备的能力与工艺要求的符合性(包括起吊设备及工装、加热设备、水压机等);
(2)锻造温度的控制,检查坯料在炉中加热保温时间记录、始锻温度和终锻温度(包括温度测量仪表的标定情况);
(3)检查整个锻造过程和火次符合工艺要求,以及锻件的尺寸检查等。
2.4热处理
材料通过热处理获得所需的金相组织和机械性能,在材料制造大纲中给出了热处理的详细要求,至少包括何时进行热处理,热处理零件尺寸,热处理温度-时间图,工件放置位置,热电偶数量及位置,是否需要焊接缓冲块,温度控制公差等。
对热处理的监督应注意检查以下几个方面:
(1) 热处理炉的验收记录(包括最高温度、恒温区域、升温能力、炉体尺寸等)、吊 装工具是否合适。
(2) 加热及控制系统、记录仪标定,热电偶标定(注意标定的周期是否符合要求);
(3) 车间流转卡的检查,应检查车间流转卡中的热处理要求与与制造大纲一致,流转卡上的记录与实际操作一致;
(4) 工件放置位置,热电偶位置等;工件表面在进炉前进行目视检查,特别是对不 锈钢或镍基合金部件,去除可能引起的污染的杂物、标识等。
(5) 温升情况,记录系统工作是否正常;
(6) 热处理过程是否有操作人员监控;
(7) 热处理温度、炉氛检查;
(8) 出炉冷却的控制;淬火应注意检查工件出炉转移的时间,冷却水的温升。
(9) 记录、报告检查。
由于热处理工序持续时间长,热处理装炉和出炉时应进行跟踪、热处理过程中进行抽
查。监造实践中,热处理出现问题的情况比较多,如中途断电或电炉丝中途熔断造成温度失控、天然气气压不足造成温度升不上去、出炉时吊装工具出现故障而无法出炉;因此在监造前充分预估一下可能出现的问题,进行预防控制,如热处理前设备的保养、吊装工具是否可靠,用电用气事前有没有与相关部门沟通,特发情况发生有没有应对预案等。
2.5取样
为验证材料的性能,在完成性能热处理后将取样以完成机械性能试验,同时还要求制造商在制造大纲中必须明确试样的具体位置;锻件取样的一般原则:1、对于单个锻件来说,试样取自水口侧(bottom),2、两组试验的试样取自180度相对位置,3、试样取自内侧1/4壁厚处或距离锻件表面一定距离处,4、冲击试样开槽轴线与锻件表面垂直。轧制钢板件也是类似要求。
对取样的见证一般分为两个步骤:首先确定试板在材料上的位置,也就是确定上述原则的第一和第二条;在试板取下后再确定每一件试样在试板上的位置和方向。进行见证检查时注意:
(1) 根据有效版本的制造大纲进行检查;
(2) 注意试板在圆周方向上的角度位置应和制造大纲中一致;
(3) 试板或试样上钢印转移清晰,包含足够的信息,保证有唯一的可追溯性;
(4) 试板的尺寸应符合制造大纲,试样尺寸满足试样加工尺寸要求;
(5) 在试板从工件上取下后,试板的位置和方向仍有可追溯性;
(6) 试样上的钢印可以在最终做机械性能试验时看到,但不能对试样的试验结果有 影响;
(7) 注意试板的标识检查。
纵向和横向冲击试样标识 拉伸试样标识
取样是材料采购监造的一个重点,取样监督必须认真细致,材料采购中取样数量非常多,就同一种试验在材料上的取样位置有多个,还有对每种试样钢印标识内容做到清晰,有唯一的可追溯性,这是需要细心和耐心的一项监督工作。在实际监造中发生过由于标识不具有唯一性,事后发现质量问题无法对材料进行科学评价的事件:在国内一材料供应商进行一材料采购时,对冲击试样标识发生过问题,一组冲击有3个试样,3个试样冲击发现其中一个数值很低,试验后要进行原因分析,然而由于这一组3个试样为同一标识,而无法判别是3个中的哪一个是不合格试样,造成了冲击质量原因无法分析。
2.6试板模拟焊后热处理
为了解材料在经过焊后热处理以后的性能,部分试板要进行模拟焊后热处理,模拟焊后热处理温度为615℃或620℃,保温时间由制造工艺决定,400℃以上的升温和降温速率应小于55℃/小时,制造大纲应包括模拟焊后热处理的详细要求。
模拟焊后热处理一般在实验室的电加热炉中完成,检查时应注意设备及热电偶的标定、
热处理炉的精度应为±5℃,试板位置不应离电加热装置太近,热电偶应与试板保持接触等。这个过程监督应与热处理监督方法是一致的。
2.7机械性能试验
机械性能试验试验方法应该按照要求(如RCCM、ASME等)进行,在试验项目方面,技术规范(如RCCM)采购篇里给出了规定,但有些试验项目在采购篇里并没有明确规定是必须的要求,而是根据合同和采购规范的要求进行,如在岭澳二期工程中,为提高设备使用寿命,材料落锤试验值比规范要求更严格。
对机械性能试验的监督检查一般应注意以下几个方面:
(1) 试验设备的标定。按RCC-M规定,设备的标定应按照EN10045-2的要求来进行,要美国ASTM 标准要求按ASTM E23进行。在材料生产实现国产化以后,对试验仪器设备如何进行标定(尤其冲击试验设备标块试验)仍然是一个需要解决的问题;
(2) 人员的培训和授权;
(3) 对试样的检查。包括试样的标识和尺寸,对于采用同一刀具加工而成的尺寸可以通过抽查的方式,如冲击试样的开槽尺寸。应注意RCC-M中的一些特殊要求,如落锤试验采用P3试样等;
(4) 环境和试样温度的检查,这里也包括对温度计和热电偶标定的检查;
(5) 试样装夹、热电偶布置;
(6) 试验过程的检查。特别应注意一些特殊要求。如按RCC-M要求,高温拉伸时,拉伸速率在屈服极限以前应小于每分钟80 Mpa;
(7) 试验报告的检查。
2.8机械加工
对锻件的机械加工包括粗加工和最终锻件订货尺寸的加工,机加的尺寸一般会在制造大纲中给出。粗加工的目的是为进行性能热处理做准备,也可以用来进行初步的超声探伤,或者对于因形状关系在最终机加后无法进行超声探伤的部位事先进行检查。最终机加工的尺寸来自锻件订货图,这一尺寸有时并不是锻件的最终使用尺寸,对尺寸进行监督检查时一般因注意:图纸的有效性、量具的标定、标识是否正确,包括水口、冒口的方向与图纸要求一致、若对于薄壁筒状锻件应采用立放的位置进行检查等。
2.9无损探伤
对锻件和板材的无损探伤一般包括目视检查、超声波探伤、渗透探伤和磁粉探伤,对传热管还需进行涡流检查,具体探伤方法的使用已经在制造大纲中给予规定,制造厂还应该编制专用的操作规程用于指导无损探伤的执行。对于无损探伤操作的设备监造应注意以下几点:
(1) 对操作规程的检查,验证相关要求符合规范和合同的要求;
(2) 操作条件检查:设备标定检查、人员资格确认和检查环境、表面状态的检查; 超声波设备涉及到探头的选择是否符合规范、探伤仪的标定、探头和探伤仪使用前组成系统的调校。
(3) 过程的验证;
(4) 报告检查。
对无损检测监督是一项专业性相当强的监督,监造人员应尽可能应具有无损检测资格的人员,若由于客观条件的限制,最起码监造人员应进行无损检测知识的专门培训。
总之,对材料的采购监督具有如下特点,原材料制造时,通过质量计划等方式确认了从原材料选择到最终产品形成的主要的制造工艺工序以及质量检验。在原材料制造阶段,关键之处是确认原材料化学成份、力学性能试验的试样取样位置与业主批准的技术规范的规定位置一致,并且成份、强度、韧性,材料机械性能等各项指标也与之相符合;另外为
了确认材料内部的质量指标,进行超探等无损检验,为确认表面质量而进行磁粉探伤,或液体渗透探伤,对不锈钢和镍基合金件应注意清洁控制,通过上述质量控制措施,确保原材料表面质量、内部质量以及机械性能等指标达到原材料采购技术要求。
第四章 蒸汽发生器的制造
将采购合格的原材料及毛坯件转入蒸汽发生器制造厂,进入设备制造阶段。蒸汽发生器的制造基本能实现国产化;如东方锅炉(东方重机)承担了岭澳一期和二期的蒸汽发生器制造。
1、蒸汽发生器结构
下图是1000MW压水堆蒸汽发生器示意图。
蒸汽发生器由下部构件(蒸发段)和上部构件(汽水分离段)两大部分组成。下部构件主要有:下封头、管板、下部筒节、U
型传热管、管束套筒、支撑隔板等;上部构件主
要有:一级分离器、二级分离器、给水环管、限流器、上封头、上部筒节等。
1.1下部构件
1.1.1 下封头
下封头是整体锻造而成的半球体,内表面堆焊5-6mm左右厚的不锈钢(内层堆焊309型不锈钢,外层堆焊308型),下封头与管板焊接,并由20mm左右厚的因科镍板把下封头分出进水和出水两个水室。每一水室有一个接管(进水室为进水接管、出水室有一个出水接管)和一个人孔;人孔用螺栓连接的低合金钢平盖板封闭,盖板与一回路冷却剂之间设置一块圆型不锈钢薄板。
1.1.2管板
管板是一块饼型厚锻件,在与冷却剂接触的表面堆焊因科镍合金,管板钻有几千个孔(岭澳二期8948个孔),U型传热管插入孔内,端面与堆焊层焊接,焊后管子在管板内的全部插入部分进行胀管,消除管子与管孔的间隙,防止在使用中由于间隙的存在而引起腐蚀。
1.1.3下筒体组件
岭澳二期的蒸发器下部由两段圆柱筒体和一段锥形筒体组焊而成,每个筒体均为整体锻件,下面筒节还焊有小接管。(注岭澳一期的蒸发器下部由三个卷焊而成筒体和一个整体锥形筒体组焊而成)。
1.1.4 U型传热管
传热管是因科镍690材料, 尺寸Ф19.05*1.09,几千根传热管(岭澳二期4474根)以倒U 型排列成传热管束,管端与一回路侧的因科镍堆层相焊,传热管与管板间的全长度胀管。冷却剂的热量通过传热管传递给二次侧的水使水不断发生蒸发,水中的垢物浓缩积聚在管板上,因此在管板上表面水平地装有两个多孔管道(排污管)。
1.1.5管束套筒
管束套筒包围着传热管束,把二次侧水分隔成上升通道和下降通道,其下端用支撑 块支承,使管束套筒下端与管板上表面之间留有空隙,供下降通道的水通过,进入管束区。管束套筒是薄钢板卷制拼接而成。
1.1.6 支撑隔板
在沿管束直管段上每隔一段距离就有一块隔板(不同的设计数量不一,岭澳核电站是9块隔板),隔板材料是马氏体不锈钢材料,厚约30mm左右,起固定管束,防止受流体流动而产生振动。支撑隔板的管孔是四叶梅花孔,其形状只有一小部分与管子接触,因而围绕管子有更大的流量,腐蚀产物和化学物质不易在支撑板和传热管之间沉淀下来。支撑板由支撑块支撑,支撑块通过管束套筒将载荷传至蒸汽发生器外壳。
在管束的上部弯曲部分还装有防震条,以防止水流动引起的振动。
1.2 上部构件
1.2.1 一级分离器
在管束套筒顶部,装有16只旋叶式汽水分离器,对蒸发段产生的汽水混合物进行第一级汽水分离。每个分离器内装有一组固定的螺旋叶片,使汽水混合物向上流过时由直线运动变成螺旋运动,密度较大的水由于离心力作用被甩向外围,这样在中心形成蒸汽柱,而筒壁内壁形成环状的水层,在筒壁沿切线方向开有若干个疏水口,水沿壁面螺旋上升至这些疏水口时就顺着它们流出汽水分离器,往下与从给水环管出来的给水混合流入下降通道再作循环。
1.2.2 二级分离器
一级分离器除去蒸汽中大多数的水,为满足设计要求还需要二级汽水分离。二级汽水分离器是六角形带钩波形板分离器,在六角形内部还有六块波纹形分离器。携带小水滴的蒸汽进入分离器后,在波纹板中被迫通过曲折流程,蒸汽通过时很容易改变方向,而水因密度大而不能,水不断附在波纹板上,随后流入二次侧环状空间。蒸汽进入三角形小室再通
过波纹状分离器再一次将微小水滴除去,水分进入中央集管往下流,干燥的蒸汽进入主蒸汽管道。
1.2.3 给水环管
给水环管位置稍低于旋叶式分离器(一级分离器)。在给水环管顶部焊接了一些倒J型管,给水进入环管后,从J形管流出,进入下降通道。这样可避免水位降到给水环管以下时环管内的水被排空,防止给水再次进入时由于环管内蒸汽冷凝结而产生汽锤现象(正常给水时环管淹没在水下)。J型管的数目沿筒体周边不均匀分布,使80%给水流向传热管束的热侧(一回路冷却剂入口侧),20%流向冷侧。这样使蒸发量大致相等,避免两侧发生热虹吸现象。
1.2.3 限流器
蒸汽发生器顶部蒸汽出口接管内,其作用是当蒸汽管道破裂时限制蒸汽流量,以防止一回路过冷造成反应堆重新临界及减轻对安全壳产生的压力。流量限制器是锻件,内装7只文丘里管,蒸汽流过时产生压降,使得流量减低。
1.2.4 上封头和上部筒节
上部筒节包括上筒节与接管筒节组焊而成,这两个筒节均由轧制的钢板卷制焊接而成;上封头是整体锻造,流量限制器就设在上封头的出口端;上封头与上部筒李环焊缝焊接连接而成。
2、 蒸汽发生器制造
不同的制造商制造工艺不一定相同,下图是蒸汽发生器制造的一个流程图的事例,从总体上可以了解一下蒸汽发生器主要部件分解、制造工序路线。
蒸汽发生器制造时分两大模块制造,上部组件和下部组件,最后将两大模块组焊成 一个完整的蒸汽发生器。下面描述蒸汽发生器的制造工艺过程,但要说明的下面所述的蒸汽发生器制造过程,没有列出如焊前、焊中和焊后等阶段的NDE检查和焊缝热处理,相应的检查和热处理时机应阅读制造商的工艺文件、跟踪文件(质量计划)或车间工艺流转卡,焊接数据包中也有相应的要求,所有的制造工序以实际制造的为准。
2.1 下部组件制造流程
2.1.1 下封头
下封头是一回路部件,中间的分隔板是一回路冷热段分界,冷却剂从一侧进入,通 过传热管传热后从另一侧流出蒸器发生器。
下封头的主要制造工艺
– 封头和接管内壁不锈钢堆焊
– 接管预堆边
– 支撑座、人孔螺栓孔机加
– 冷却剂进出口接管安全端焊接
– 分割板焊接与下封头的焊接
– 下封头机加(焊缝坡口准备、接管、人孔等)
下封头内壁不锈钢堆焊 下封头内壁不锈钢堆焊打磨 接管预堆边焊接
2.1.2管板
管板(1级部件)的主要制造工艺
– 管板粗机加
– 一次侧堆焊A690材料
– 机加(堆焊层、环缝坡口、排污管孔等)
– 分隔条焊接
– 管板钻传热管管孔,约9000个Φ19.5或Φ17.5的高精度深孔(需要用高精度的
数控深孔钻床加工,加工难度大)
管板完成堆焊 钻孔后的管板
2.1.3 下部筒体
下部筒体由两段圆柱筒体和一段锥形筒体组成,筒体间用窄间隙环焊缝焊接,筒体上还焊有一些小接管等;岭澳二期核电站蒸汽发生器下部每个筒体均为整体锻件(岭澳一期是钢板卷制)。
下部筒节制造的主要工艺路线:
– 中筒节、锥筒节坡口加工
–
–
–
–
–
– 下筒节手孔、眼孔堆焊 下筒节机加(坡口、手孔、眼孔等) 下筒体与管板对接焊,内部手工焊+外部清根+外部窄间隙自动埋弧焊 下筒体与管板的组件与中间筒体的焊接(内外侧窄间隙自动埋弧焊) 筒体与管板的组焊件与锥形筒体焊接(内外侧窄间隙自动埋弧焊) 小接管
? 手工焊接
? 机加孔
完成管板与筒体的组焊 下部筒体组件
2.1.4下部组件内件
下部组件内件零部件比较多,主要有管束套筒(围板)、流量分配板、管束支撑 板、管束、整流罩等,涉及的制造工艺也比较多,主要制造工艺是焊接和相关的工艺如热处理、焊缝检验等,还有质量要求的机加流量分配板钻孔、管束支撑板的梅花孔加工、至关重要的管束装配时的穿管、胀管等重要的工序和相关的检验。
2.1.4.1管束套筒(围板)等内件的制造
管束套筒(围板)的作用是将冷的给水与加热后的蒸汽和热水分开,造成加热流程。围板为薄钢板卷制成的圆柱筒体,纵缝焊接,外侧焊有分隔条,装在下部筒体中,内部是传热管管束,围板与下部筒体间由防振块支撑,围板底部有水流分配板。
管束套筒 管束支撑板
管束支撑板用来支撑管束,每台9块,材料是马氏体不锈钢,上面有9000个左右的四叶梅花孔(形状见下图)。
管束支撑板制造精度要求非常高,主要制造工艺:
– 高精度钻孔
– 拉床拉梅花孔
– 孔边倒角,去毛刺
2.1.4.2下部组件的组装
下部组件主要分三个阶段,一个管束套筒的组装,第二阶段是管束的组装,焊接整流罩,最后焊接下封头
(1) 管束套筒的组装过程
– 安装围板和调整
– 清洁和清洁度检查
– 安装管束支撑板
– 固定杆固定
– 激光整直对中
– 要求支撑板的传热管孔与管板上的管孔一一对应
(2) 管束装配过程
管束装配所有工序必须在清洁的环境中进行:
– 穿管和防振条安装
– 穿管从管板中间与分隔板垂直的面向上穿(一半)
– 穿管每层从中间向外侧穿
– 每穿一层安放一层防振条
– 一半穿完后旋转180度开始穿另外一半
– 机械定位胀管
– 管子管板封口焊(焊接采用不用焊材直接熔化母材焊接方式)
– 氦检漏
– 胀管采用超高压液压胀管全胀(注意避免胀管对传热管的损伤)
– 管子冲洗和清洁
– 胀管完成后采用涡流检测技术对胀管段进行检查
– 焊接必须同时焊试板,拉脱试验和破坏性试验
– 管子管板封口焊执行100%PT检验和抽样RT检验
– 防振条焊接
穿管 封口焊 封口焊示意图
整流罩的装配,整流罩是开有孔的焊接件,位于下部构件的上端,其作用是蒸发区蒸汽出口的汇集,防止给水和上部疏水直接进入蒸发区。
– 整流罩与围板筒体焊接
– 整流罩最后与上部内件焊接
整流罩已装配在下部组件 下封头与管板窄间隙自动埋弧焊
(3)下封头与下部组件的装配
下部组件与下封头的焊接,焊缝为一级焊缝。主要制造过程如下:
– 内壁手工焊接
– 外部清根后窄间隙自动埋弧焊
– 焊封内壁手工堆焊
– 分隔板与分隔条的焊接
– 热处理前探伤
– 焊缝局部热处理
– 最终探伤(RT探伤困难需要大型RT探伤室)
焊缝局部热处理
2.2上部构件的制造流程
2.2.1 椭圆封头
椭圆封头组件包括整体锻件的椭圆封头、出口安全端、流量限制器、支撑筒节组焊而成。
椭圆封头主要制造工艺流程
– 粗加工(支撑筒节凸台、出口接管等)
– 干燥器围板(支撑筒节)与封头的焊接
– 蒸汽出口安全端焊接
– 封头内壁蒸汽出口处局部堆焊镍基合金
– 与筒体和安全端焊缝坡口准备
完成出口安全端焊接 支撑筒节与封头的焊接
2.2.2上部筒体
上部筒体由上筒节(人孔筒节)、接管筒节、人孔、给水接管、不接管和内壁附件(如防旋块)等零件组焊而成。
上筒节(人孔筒节)、接管筒节均由轧制钢板卷制焊接而成,因此有一条纵缝,纵焊缝坡口为X型,双面埋弧自动焊(需要清根)。人孔和接管都是翻边锻件与筒体的焊接为对接全焊透焊缝。由棒材机加工的多个小接管,手工焊接在筒体外部。
上部筒体制造工艺流程:
– 上筒节和接管筒节的制作(卷制、焊接)、各接管的机加; – 上筒节和接管筒节对接焊(内外侧窄间隙自动埋弧焊); – 筒体上机加各接管孔;
– 接头、接管等与筒体的焊接; – 筒节与椭圆封头组件的对接焊接。 – 文丘里管安装和焊接
。
初卷后筒节及坡口磨削 接管与筒体的焊接接头
2.2.3 上部构件内件
上部内件主要包括给水环、一级分离器(旋风叶片式汽水分离器)和二级分离器(板式干燥器)等。一级分离器(旋风叶片式汽水分离器)和二级分离器(板式干燥器)是钢结构件,非RCCM规范部件,其工作原理见原理图;给水环为不锈钢管上面焊接多个倒J形接管。
给水环 一级分离器 二级分离器
上部构件制造工艺流程:
– 给水环制作
– 一级分离器(旋风叶片式汽水分离器)制作 – 二级分离器(板式干燥器)制作
– 二级分离器(板式干燥器)与支撑筒节焊接
– 一级分离器(旋风叶片式汽水分离器)装配就位焊接 – 给水环装配焊接 – 上部内件清洁
2.3 最终装配
上、下两大模块制造完成后,最后将上、下总成通过焊接联接赶起来。接管筒节与锥形筒节焊接、内部上部管件与下部构件的整流罩焊接形成一个完整的蒸汽发生器。
最终装配工艺流程:
– 内壁手工焊接
– 外部清根后窄间隙自动埋弧焊 – 内部上部管子与整流罩的焊接 – 热处理前探伤 – 焊缝局部热处理
– 上部管子与整流罩的焊接 – 蒸发器清洁、检查,封闭
最终探伤(RT探伤困难,需要大型RT探伤室)
2.6水压试验、油漆发运
对蒸汽发生器一次侧和二次侧分别进行水压试验,两次水压试验的压力是不一样的,岭澳二期的蒸汽发生器一次侧水压试验为22.9Mpa,二次侧为11.5Mpa,这种水压试验也可在工地进行,但质量责任应是制造商的。
发运前,应做好:
– 充氮
– 油漆、包装和发运
。
等待发运的蒸汽发生器
? 图中设备的油漆黑色的永久性油漆,白色的可剥落临时油漆;完工的蒸汽发生器安
放在专用的运输鞍座上,鞍座上装设有充氮系统可以检测内部压力,储存和运输途中保持一定的氮气压力
3、蒸发器制造阶段主要关键的工艺总结: ? 上封头:机加、堆焊和焊接 ;
? 下封头:不锈钢堆焊、镗孔、装焊安全端. ? 管板:镍基堆焊和深孔钻
? 管系:穿管、定位胀、封口焊、液压胀、封口焊RT以及涡流检测、管束清洁 ? 管子支撑板 :拉孔
? 上部内件的制造:给水环的制造、成组装配
? 筒体:上部筒节卷制、纵缝焊接、各筒段环缝焊接 ? 最终环缝:下封头与管板、上下组件装焊 ? 局部热处理。
第五章 蒸汽发生器监造重点
蒸汽发生器结构比较复杂,质量要求非常高,我们已经了解了蒸汽发生器从材料采购到制造的主要工艺过程,这章主要让大家了解蒸汽发生器的采购和制造的关键和难点、掌握蒸汽发生器从采购到制造的监造重点。 1蒸汽发生器的技术关键和重点
1.1 材料采购关键和难点:
? 上下封头 ? 锥形筒体 ? 管板锻件 ? 接管锻件
? 筒体钢板和锻件 ? 传热管 ? 管束支撑板 ? 水室分隔板 ? 不锈钢堆焊材料
? 不锈钢材料的清洁度控制 1.2焊接技术关键和难点:
? 筒体与筒体、筒体与上封头、筒体与管板的窄间隙大厚度环缝焊接 ? 筒体纵焊缝焊接
? 给水和人孔接管与筒体的焊接 ? 给水环及其喷嘴的焊接
? 一次侧下封头大面积不锈钢堆焊 ? 管板一次侧表面因科镍合金堆焊 ? 传热管管口焊
? 下封头接管安全端焊接 ? 分隔板与下封头的焊接
? 下封头与管板的对接焊(包括环缝和分隔板与肋板的焊接,以及焊缝的局部
不锈钢堆焊)
? 不锈钢材料或部件的清洁度控制 1.3机加工技术关键和难点
? 管板钻孔
? 管束支撑板钻孔和拉孔 1.4装配技术关键和难点:
? 传热管束支撑板装配精度要求高
? 传热管穿管和防振条安装精度和清洁度要求 ? 传热管胀管
? 下封头与管板的装配
? 不锈钢材料或部件的清洁度控制
2设备监造重点
2.1材料采购
? 审查材料熔炼分析、热处理报告
? 见证材料取样、标记转移、机械性能试验,审查机械性能试验报告 ? 见证材料无损探伤并审查报告
? 不锈钢材料的清洁度控制 ? 材料采购完工报告审查 2.2焊接工艺
? 开工授权:验证所用材料、部件的标识,现场工艺文件(工艺流转卡、焊接
工艺评定和焊接数据包)和图纸的符合性及有效性检查 ? 见证新的或更新恢复的焊接工艺评定过程 ? 焊接材料的评定和验收文件审查或现场验证 ? 焊工资格确认,抽样见证焊工考试
? 焊接过程见证,按现场焊接文件对焊接过程进行检查和见证,包括:坡口尺
寸、预热、层间温度、填充材料、焊接参数控制、焊后热处理等。特别注意: 9 18MND5材料(筒体、封头等)焊接需要控制预热温度、层间温度和焊
后热处理等参数(按合同要求) 9 传热管管口焊接、见证件焊接控制等 9 不锈钢材料的清洁度控制
? 见证焊缝及热影响区无损探伤,见证焊后变形的检查(如果有),报告审查 ? 对不锈钢材料注意清洁度要求,特别注意焊接接头加工和焊接过程中(包括
无损检验)所用材料(包括水质)的有害元素控制 ? 焊接不符合项处理的跟踪监督 2.3机械加工
? 设备能力的确认,包括:最大加工尺寸(吨位)、加工精度、关键设备和新
设备(或经大修后的设备)样品试加工(或重要零件加工业绩) ? 检查设备操作规程有效性,检查操作人员上岗培训及相关资格 ? 检查加工后检测手段,或相关量具是否有效
? 开工授权:验证所用材料、部件的标识、划线位置或定位标记,检查现场工
艺文件的有效性
? 验证重要尺寸的测量
? 见证加工面无损检测(如果有)
? 对不锈钢材料注意清洁度要求,特别注意加工过程中(包括无损检验)所用
材料(包括水质)的有害元素控制 ? 报告检查 2.4设备装配
? 检查并确认工作场地和工装情况(场地清洁、起重设备、变位器和滚轮架等) ? 人员培训情况及资格确认
? 授权开工:验证所用材料或部件的标识,检查现场文件的有效性
? 见证现场制造按工艺步骤、按规程要求完成,如使用专用检测设备,验证设
备标定的有效性
? 见证相关操作符合图纸或规范要求(传热管穿管、胀管等)
? 对不锈钢材料注意清洁度要求,特别注意制造过程中所用材料(包括水质)
的有害元素控制 ? 报告审查
在监造过程中要特别注意除规范标准要求外,合同及采购规范中一些特别要求和提高了的要求。 3 质量计划
质量计划审查、设点和调整见证点原则请参照压力容器教材中的要求。
第六章 蒸汽发生器监造的监督计划
设备监造活动实施前,监理单位要认真研究采购合同、消化技术规范书和相关标准要求,由具有丰富监造经验和熟悉制造工艺的人员,编写监造的专用监督计划,用以指导监造人员尽快了解和掌握设备合同技术性息和质量特征,同时也指导监造人员在如何实施具体的监督,明确监督的重点要求。监督计划是开展监造活动刚领性文件。在实施监造前,监督员要充分发挥自已专业技能,分析可能影响质量的因素,控制好影响质量的系统因素,每一次监督都应从:人、机器设备、材料、工艺方法和文件、环境和质保体系等方面进行仔细的检查和和验证。
监造活动主要分两大阶段,第一阶段是材料采购阶段,第二阶段是蒸汽发生器设备制造阶段。蒸汽发生器是非常重要的设备,应做到全过程的监督,除了应按见证点要求实施见证外,对没设见证点的工序也要做好过程或巡视监督。 1 材料采购阶段的监督计划
下表中列出了蒸汽发生器采购阶段监督的重点项目,这里推荐一些见证点的设置,监造单位在编制监督计划时可作为参考资料。
部件或活动 采购条件 主要锻件采购 (典型部件有下封头、管板、柱状筒体、锥形段筒体、椭圆封头等)
监造项目 制造条件检查 铸锭 锻造
性能热处理 取样
性能热处理和模拟热处理后机械性能试验
物理-化学分析和试验 无损检测 标识
完工报告审查 铸锭
监造执行方式 备注 ● 含开工和各主要工序制造条件
● ● ●
●
● 含室温拉伸、高温拉伸、冲击
试验、落锤试验和RTNDT测定等
● 含化学分析、晶间腐蚀试验、
晶粒度检查、铁素体含量测试等
● 含渗透探伤、磁粉探伤和超声
波探伤等
● ● ● ●
● ● ●
●
含化学分析等
含室温拉伸、高温拉伸、弯曲试验、冲击试验等
含渗透探伤、磁粉探伤和超声波探伤等
主要承压轧制钢板采购 开坯和轧制 (典型部件有压制钢板性能热处理上封头、上部筒体、取样 接管筒体、孔盖等)
物理-化学分析和试验
钢板性能热处理和模拟热处理后机械性能试验 钢板的无损检测钢板缺陷的焊补
紧固件用棒料采购 性能热处理 (典型部件有用于取样
●
● ● ●
部件或活动 人孔、眼孔、手孔的螺栓、螺母、垫片等)
监造项目 物理-化学分析和试验
机械性能试验 无损检测
监造执行方式 备注 ● 含化学分析、硬度试验等
● ● ● ● ●
●
含室温拉伸、高温拉伸、冲击试验等
含渗透探伤、磁粉探伤和超声波探伤等
零件在热成形或硬化时需要 进行过热处理时需要 进行过热处理时需要,含室温拉伸、设计温度拉伸、冲击试验等
含渗透探伤、磁粉探伤等
●
含室温拉伸、设计温度拉伸、冲击试验等
含渗透探伤、磁粉探伤等
含化学分析、硬度试验、金相检查、表面粗糙度检查等 含室温拉伸、高温拉伸、扩口试验、压扁试验等
含涡流检查、超声波探伤等
含超声波探伤、磁粉探伤等
含室温拉伸、设计温度拉伸等含化学分析、金相检查等
完工报告审查
紧固件成品采购 性能热处理 (典型部件有螺取样
栓、螺母、垫片) 机械性能试验
无损检测 尺寸检查 完工报告审查
锰镍钼钢小锻件 (典型部件给水进口接管、二次侧人孔等)
性能热处理 取样
性能热处理和模拟热处理后机械性能试验 无损检测 尺寸检查
完工报告审查 性能热处理 取样
物理-化学分析和试验
机械性能试验
无损检测 弯管
小半径弯管消应力热处理 水压试验 尺寸检查 清洁度检查 包装检查
完工报告审查
NC30Fe(A690)钢热处理 板或轧制件 无损检测 (典型部件有一回取样 路分割板、肋板等) 机械性能试验
物理-化学分析
● ● ● ● ●
传热管
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
● ●
部件或活动 监造项目 和试验 标识
完工报告审查 热处理 取样
机械性能试验 物理-化学分析和试验 无损探伤 标识
完工报告审查 热处理 取样
机械性能试验 物理-化学分析和试验 无损探伤 标识
完工报告审查 固溶处理 取样 机械性能试验 物理-化学分析和试验 无损检测 标识
完工报告审查 性能热处理 机械性能试验
监造执行方式 备注
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
含室温拉伸、高温拉伸等 含化学分析等
含超声波探伤、磁粉探伤等
含室温拉伸、高温拉伸等 含化学分析等
含超声波探伤、渗透探伤等
含室温拉伸、高温拉伸、冲击试验等
含化学分析、晶间腐蚀试验、晶粒度检查、铁素体含量测试等
含渗透探伤和超声波探伤等
含室温拉伸、高温拉伸、扩口试验、压扁试验等 含化学分析等
含超声波探伤等
含化学分析、硬度试验等 含室温拉伸、高温拉伸等 含渗透探伤和超声波探伤等
重要碳钢锻件或冲压件
(典型部件有蒸汽出口管安全端、小接管等)
不锈钢钢板
(典型部件有管束支撑板、分流挡板等)
不锈钢锻件轧制件采购
(典型部件有一次侧接管安全端等)
给水管
(典型部件有给水环、J形管等)
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
物理-化学分析和试验 无损检测 水压试验 标识
完工报告审查
其他二回路非承压取样 结构材料 物理-化学分析(典型部件有干燥和试验
器框架、支撑、导机械性能试验 向管、排气管等) 无损检测
完工报告审查
焊材的采购 焊材尺寸检查
焊丝松卷、传送
部件或活动 监造项目 性能检查 试板焊接操作 消应力热处理 无损检测 取样
物理-化学分析和试验
机械性能试验 标识和包装 焊材的评定报告、验收报告审查
监造执行方式 备注
● ● ● ● ● ● ●
●
含渗透探伤、磁粉探伤、射线探伤和超声波探伤等
含化学分析、铁素体含量测试、晶间腐蚀试验等
含室温拉伸、高温拉伸、冲击试验、弯曲试验等
2 蒸汽发生器制造阶段的监督计划
下表中列出了蒸汽发生器制造阶段监督的重点项目,这里推荐一些见证点的设置,监造单位在编制监督计划时可作为参考资料。
部件或活动
监造项目
监造执行方式 制造条件
筒体卷制成形
(典型活动有上部筒体、接管筒体) 容器主要部件焊接 (典型活动有上部筒体/接管筒体纵缝、管板与筒体、封头与筒体、筒体与筒体、二次侧人孔、给水接管、一次侧安全端、水室分割板等) 产品焊缝见证件 (典型活动有筒体与管板、筒体与筒体、管板、上部筒体纵焊缝等)
制造条件检查成形
筒体尺寸检查焊接工艺评定焊接操作 热处理 无损检测
● ●
● ● ● ● ●
含开工和各主要工序制造条件
含焊前、焊后及热处理后的渗透、磁粉、超声波和射线探伤
含焊前、焊后及热处理后的渗透、磁粉、超声波和射线探伤
含化学分析、硬度试验、金相检查等
含室温拉伸、高温拉伸、冲击试验、弯曲试验等
备注
缺陷返修补焊焊接操作 热处理 无损检测
●
● ●
●
取样
物理-化学分析和试验 机械性能试验标识
● ● ● ●
部件或活动 监造项目监造执行方式 备注
堆焊 焊接工艺评定(典型活动有管板、焊接操作 下封头一次侧、接管物理-化学分等) 析和试验
消应力热处理无损检测
缺陷返修补焊清洁度检查 尺寸检查 焊接 无损检测 焊接操作 无损检测
●
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
筒体开孔处堆焊 (典型活动有筒体上手孔、眼孔等) 附件焊接
(典型活动有临时吊耳、氨检漏用试块、管束包壳支撑块、管板短接板、上封头裙座、小接管等)
主要部件机加
(典型活动有筒体环缝坡口、管板与筒体/封头接头坡
口、堆焊层、管板深孔、流量分配板、管束支撑板、接管开口、二次侧人孔、给水接管、安全端等) 其它机加
(典型活动有筒体上接管处预钻孔、眼孔/手孔堆焊面、预钻管板排污孔、短接板等) 部件装配
(典型活动有筒节与筒节、筒节与管板、筒节与封头、流量分配板、管束支撑板装配等)
管束装配、焊接和胀管
含化学分析、铁素体含量测定等
含焊前、焊中、焊后及热处理后的磁粉、超声波探伤
包括焊接前及焊接后磁粉、超声波探伤的检查
含焊前、焊后及热处理后的渗透、磁粉、超声波和射线探伤
机加过程 尺寸检查 标识
清洁度检查
● ● ● ●
尺寸检查 清洁度检查
● ●
● ●
装配 尺寸检查
装配 焊接 氦检漏
● ● ●
部件或活动 监造项目监造执行方式 备注
胀管 无损检查 清洁度检查
部件总装和试验
部件的装配 清洁度检查 水压试验
设备包装和发运
外观检查 包装、装箱检查
装车(船)检查
运输过程 完工报告审查
●
● ● ● ● ●
根据项目业主的要求确定
● ● ●
●
注:表中所列监造项目和见证点设置是指导性的,监造单位在质量计划上设置见证点时,还应根据选用设备的标准规范和采购技术规范书的要求适当地调整见证点的设置。
监造人员应该针对每个设备的制造,选用已批准的最新版本设备规格书、采购要求和设计图纸来实施监造活动,同时也需要关注与设备有关的相关会议纪要、来往信函等文件,可能对设备技术要求所作的相应修改。
监造人员应该注意制造厂可能自己编制其外购的材料采购\焊接材料采购\制造工工
艺等文件,这些文件不能违背设备供应合同的技术要求、设计院的设备规格书和设计图纸,以及标准和规范的更新版本等技术标准规范的相关技术要求。
监督过程中如果出现不符合项,应按照相关程序进行处理,对处理过程中出现的相 关操作,并按程序要求进行监督(重点是外部NCR)。对外部NCR返修的处理和结果验证应设置H点。
监督过程中应注意监督的频度和抽样:本文主要叙述了重点的工艺监督,其他辅助 工艺应抽样监督;对于检验类监督可在整个合同范围内按供应商或制造厂执行抽样监督,同时注意对合同和/或设备规格书所要求的特殊试验至少执行一次相应的监督;对于最终的性能检验和完工报告审查则要对每个设备或部件执行相应的监督;
对于允许执行抽样检查的部件或工艺,监造人员应根据实际质量状况确定抽样比例, 对采取抽样监督时应保证在整个合同范围内对一个供应商或制造商有一定的监督广度。但对一个供应商或制造厂按相应的监督计划要求至少应执行一次相应的监督,如果抽样监督的结果不满意,则对该部件或工艺加倍抽样监督,同时注意加强对其他部件或工艺的监督,如仍有不满意,则执行全面监督。
范文二:核电站蒸汽发生器的建模及仿真
核电站蒸汽发生器的建模及仿真张腾,等
核电站蒸汽发生器的建模及仿真
ModelingandSimulationofsteamgeneratorinNuclearPowerPlant
张腾张海霞祁小兵
(华北电力大学控制与计算机工程学院河北保定071003)
[摘要]针对立式U型自然循环蒸汽发生器进行建模与仿真研究。采用集总参数法,依据均相模
90仿真支撑系统得到系统的仿真模型,并进行型的基本假设,给出了各个部分的数学模型。基于STAR-实时动态仿真实验,验证了此系统模块化模型的合理性。
[关键词]
蒸汽发生器;核电;仿真
TL48
[文献标识码]
A
机运转产电。其一、二回路流程图如图1所示
。
[中图分类号]
引言
我国国民经济的快速发展拉动了能源需求的快速增长,世界能源组织给出的最新报告的结
[1]
论:“核能是唯一可替代煤、石油、天然气等燃
。碳物质,并可满足作为电力基本要求的能源”
我国核电技术的发展方针是“积极推进核电,并且已自主实现了60万千瓦压水堆机组建设”
设计国产化,基本掌握了百万千瓦压水堆核电厂的设计能力,自主研发了CNP1000以及改进了法国的M310技术。国家的长期科技发展规划为重点开发第三代核电技术,积极跟踪第四代技术,掌握较多的设计资料,积累大型核电站的工程建设和项目管理经验,提高国产化的能力。
蒸汽发生器是核电站核岛的核心装置,它的性能直接影响到整个核电站的安全与经济运行。
本文采用集总参数法建立立式U型管蒸汽发90仿真支撑平台上构建其仿生器模型,在STAR-真模型。
图1
核电站工质流程图
2蒸汽发生器的工作原理和流程
一回路的载热剂从蒸汽发生器的底部进入入
口水室,然后流经传热管并将热量通过传热管传递给二回路工质。传热管即U形管的传热特性决定了整个蒸汽发生器的传热特性,是蒸汽发生器的核心组件。二回路的水从蒸汽发生器上部给水接管流入蒸汽发生器,沿管体流到底部,再折回从管体中部流回上部。在这个过程中二回路工质通过U形管壁吸收一回路载热剂的热量产生蒸汽,以汽水混合物的形式流入蒸汽发生器上部的汽水分离器。汽水混合物经过两级汽水分离器,分离出蒸汽。此时蒸汽湿度低于0.25%,再经过干燥器干燥,成为主蒸汽流出蒸汽发生器去推动汽轮机做功。汽水分离器分离出的水流回给水接管处继续加热。
1压水堆核电站蒸汽产生机理
在压水堆核电机组中反应堆产生的热量由一
回路载热剂携带通过蒸汽发生器与二回路循环水对流传热,以此来产生蒸汽。汽轮机则是通过将蒸汽所携带的热能转化为机械能,进而转化成电能,因此,蒸汽质量的好坏,直接影响汽轮机的运行及安全状况。在压水堆核电站中,蒸汽发生器的U型管作为换热介质,将载热剂携带的热量传递给二回路工质,最终产生饱和蒸汽带动汽轮
3蒸汽发生器的数学模型
根据蒸汽发生器的工作特性宜采用分段集总
—19—
《仪器仪表与分析监测》2011年第4期
参数法建立式U型蒸汽发生器的过程数学模。将其划分为几部分,说明如下:
二次侧,分为给水室、下降区段、二次侧一段、二次侧二段、上升段、蒸汽空间六部分;一次侧,沿流程依据二次侧不同区段的换热分为四段;金属侧,依据一次侧分为四段。分段示意如图2所示
。
金属壁能量守恒方程:
MmCm=
dTm
=Qc-Qxdt
(2)
一回路传热量计算如下:
Qc=αlAp,thl(Tp-Tm)
Tp=
T1+T2
2
(4)(3)
P2=P1-ρgl-kλG2G———工质流量;
M———控制体内工质总质量;Mm———金属质量;
——控制体的入口焓值、出口焓值;式中:h1、h2—
Cm———金属比热,本文建模时假设其值
为恒定值;
Qc———一回路传热量;
Qx———二回路吸热量,由二回路吸热区
段计算获得;
图2
蒸汽发生器分段示意图
Tp———一次侧载热剂的平均温度;Tm———金属壁温;
——液相传热系数,由换热公式Dit-αl—
tus-Boelter计算得到;
Ap,——一回路单位长度换热面积;th—l———一回路控制体的长度;k———管道结构参数;——流阻系数。λ—
3.3
二回路流量计算模型
Gse=
yd∑kiλi
图2中的M表示金属壁,P表示一回路。给水室、下降通道的工质为单相液态非吸热段;二次侧一/二段为吸热段,分别经历过冷吸热、饱和吸热和沸腾吸热;汽水混合物不吸热段为上升段;单相汽态不吸热段为蒸汽室。
据此划分,可分别建立各段的模型,各段模型的有机结合即构成蒸汽发生器的整体模型。3.1
模型的初始假设
本文采用均相模型来描述蒸汽发生器的流动特性:定义两相混合物的平均参数,把两相流当作遵循单相流体基本方程的流体。
均相平衡模型的基本假定是:1)两相有相同的线速度;2)两相之间处于热力平衡;3)使用确定的单相摩擦系数。3.2
一次侧的数学模型
一次侧工质在主泵的驱动下流经反应堆,经过堆芯带走核燃料组件裂变过程中产生的热量。
此区域模型主要考虑一回路载热剂与金属壁的传热,四个区段的机理相同。
回路工质的能量守恒方程:
dh2
M==G(h1-h2)
dt
—20—
-Qc
(1)
3.4
Syd=hxjg-∑hiig
——驱动压头;式中:Syd—
Gse———二回路的循环流量;——二回路工质总流阻。∑kiλi—
二回路一段的数学模型能量守恒方程:
M
dhft
=Gse(hdc-hft)dt
+Q1
(5)(6)
(7)
——入口工质焓值;式中:hdc—
hft———出口工质焓值。Q1=αlAlTml-
[
(
T1+T2T+T2
+ArTmr-1
22
)()]
(8)(9)
Pout1=Pout-ρgl-k2λ2G2se
——此段相接触的左侧和右侧;式中:下标l、r—
A———单位长度换热面积;Tm———金属温度;Q1———此段的吸热量。
达到饱和态所需要吸收的热量:
Q0=Gse(hs-hdc)
则欠饱和段的长度为:
lg=
Q0
lQ1
(11)(10)
型稳定运行一段时间后,在其他条件不变的条件下,使给水流量减小做动态扰动试验,给水流量变化的响应曲线如图4所示,得到水位和蒸汽流量的响应曲线如图5所示、蒸汽压力的响应曲线如图6所示
。
——饱和水焓值。式中:hs—3.5
二回路二段的数学模型
在这个区段中会得到饱和水并产生少量的蒸汽,因此会出现一些特性参数,如干度x和空泡份额α。其中空泡份额是气液两相流动的基本参数之一,在核反应堆中,该参数对堆芯的稳定性、堆芯中子动力学和传热特性以及运行的安全性产生很大的影响。
此段工质的存在方式是汽水混合物,假定汽水混合物中汽水两相的流速是相同的,则混合物的体积应为汽水两部分体积相加之和。此段的基本方程见式(12)
能量守恒方程:
M
dhft
=Gse(hft-hro)dt
+Qx
(12)
~式(15)。
欠饱和工质吸热:Qx1=αllgAlTml-
[
(
T1+T3T+T3
+ArTmr-1
22
)()])]
(13)
饱和工质吸热:Qx2=αCHEN(l-lg)AlTml-
[
(
T2+T3T+T3
+ArTmr-2
22
)(
(14)
总吸热量为:
Qx=Qx1+Qx2
(15)
4蒸汽发生器模型的建立与仿真
90仿真支撑系统可视化图形建模环在STAR-改变一次侧载热剂的初始流量进行动态仿真实验,以对模型的适应性进行检验。在实验中,先让模型稳定运行一段时间后,在其他条件不变的条件下,使一回路载热剂流量增大。一次侧载热剂流量的响应曲线如图7所示,得到水位和蒸汽流量的响应曲线如图8所示、蒸汽压力的响应曲线如图9所示。
—21—
境下,用编制好的算法和图元搭建蒸汽发生器仿真模型。
压水堆核电站立式U型蒸汽发生器仿真模型示意图如图3所示。
改变初始状态下的给水流量进行仿真实验,以对模型的适应性进行检验。在实验中,先让模
相一致,表明该模型具有一定的使用价值。另外由于采用了模块化方法,此蒸汽发生器也可作为一个系统被调用。参考文献
[1]舒申.我国核电产业的发展现状和前景[J].中国高
2004,9:68~70校科技与产业化,
[2]宋京凯,郭海红,姚祺峰等.蒸汽发生器工作过程建模及
J].核科学与工程,2007,27(1):27~31仿真分析[
[3]张贵勤,单建强.整体式预热器U型管蒸汽发生器数学
1995,16(2):171~176模型及动态模拟.核动力工程,
[4]蒸汽发生器编写组.蒸汽发生器[M].北京:原子能
1982出版社,
[5]杨晨,唐胜利,何祖威.U型管蒸汽发生器数学模型的
建立及其仿真研究[J].系统仿真学报,1999,11(3):168~171
[6]刘敏珊,刘彤,董其伍.蒸汽发生器U形传热管动态
J].核动力工程,2008,29(2):特性影响因素分析[43~47
[7]FodilMS,SiarryP,GuelyF,etal.AFuzzyRuleBase
fortheImprovedControlofaPressurizedWaterNuclear
5结论
从以上仿真实验的响应曲线可以得到如下结
Reactor[J].IEEE-FS,2000,8(1):1~10[8]VladimirDStevanovic,ZoranVStosic.HorizontalSteam
GeneratorThermal-HydraulicsatVariousSteady-StateC].Proc10thInternationalConferenceonPowerLevels[
NuclearEngineering,ICONE~10,2002
论:该数学模型和仿真程序能在STAR-90仿真支撑软件上实时运行,仿真曲线与实际运行变化规律
—22—
范文三:核电站蒸汽发生器的清洗技术
核电站蒸汽发生器的清洗技术核电站蒸汽发生器的清洗技术
丁训慎
(核动力运行研究所,湖北 武汉 430074)
摘 要 核电站蒸汽发生器的清洗分为预防性清洗和恢复性清洗。预防性清洗一般为泥 渣枪 水力清洗、低压喷淋清洗、鼓泡清洗和上部管束水力清洗。恢复性清洗为采用污垢 调节剂的 CECIL 装置清洗、鼓泡清洗和上部管束水力清洗。鼓泡清洗加化学清洗可应用 于预防性清洗 ,但更普遍的是作为恢复性清洗。
关键词核电站 蒸汽发生器 清洗技术
中图分类号TM621.2文献标识码B
Cleaning technique for steam generators in nuclear power station
DING Xunshen
(Research lnstitute of Nuclear Power Operation,Wuhan,Hubei 430074) Abstract Cleaning for SG in NPS included preventive cleaning and restorative cleaning.General lancing,andupperbundlehydrauliccleaningwereincludedinpreventativecleaning.CECIL,pressure
pulsecleaningandupperbundlehydrauliccleaningwereincludedinrestorativecleaning.Chemical cleaningwiththepressuseplusecleaningcouldbeappliedinpreventivecleaning,buttheyweremore typicallyappliedinrestorativecleaning.
Key words nuclear power station; steam generator; cleaning technique
清洗。预防性清洗是指对于未发生问题的蒸汽发生在压水堆核电站的运行中,化学杂质和在二回路
器,清洗是为了防止和避免出现传热管腐蚀、热效率 生成的氧化物(包括粒子和离子)将汇聚于蒸汽发生器,
下降和水位不稳等问题,保证蒸汽发生器的可靠性和 并沉积在管板、支撑板、管束表面和缝隙中。这些物
满负荷运行。恢复性清洗是指对于已经发生问题的蒸 质有的呈固态,从细微的粉末到疏松的泥渣,有的集
汽 发生器,清洗是为了阻止已经发生的问题进一步严 中在缝隙内的浓缩液中。这些沉积物中许多都具有活
重和扩大,并避免新的问题的发生,恢复蒸汽发生器 泼的化学性质,它们堆积在管板和支撑板上会引起蒸
的可靠性和满负荷运行。 汽发生器管子腐蚀破损。
蒸汽发生器的清洗已经发展成为一整套技术,主 为减轻蒸汽发生器管子的腐蚀破损,已研究了许
要清洗技术为泥渣枪水力清洗、低压喷淋清洗、 多清除积聚的腐蚀产物和杂质的技术。一般根据泥渣
CECIL 清洗、鼓泡清洗、上部管束水力清洗和化学清 的堆积和管子腐蚀的程度,分为预防性清洗和恢复性
收稿日期:2004-03-19
作者简介:丁训慎(1936-),男,教授级高工,主要从事核电站蒸汽发生器的设计、研究和在役检查工作。
4 6
CECIL(检查和清洗一体化)装置主要是清洗管板 鼓泡清洗是利用在管束区里产生的水力震荡和水上堆积的硬泥渣,同时可进行清洁度的检查 ,外来物 流冲刷来除去支撑板和管束内疏松的沉积物的清洗方
法,在鼓泡清洗后再用泥渣枪来清洗管板。鼓泡清洗 的搜巡和取出。CECIL4 装置如图 2 所示。
原理如图3所示,在瞬间向蒸汽发生器二次侧水 中迅 5速释放高压氮气,当氮气在水中猛烈膨胀时,引起锅
水剧烈运动。水的运动、氮气膨胀 产生的压力波以及
1随后的水力振荡,可使管外壁、缝隙中的污垢以及管
板上的泥渣发生松 动和脱落。这些脱落的污垢及溶解 2
腐蚀产物的锅水,随清洗系统的水循环而排出、过滤。
346
图2 CECIL 4装置 1.摇摆部件 2.冲洗部件 3.弯曲喷射枪
4.移动部件 5.支撑轨道 6.支撑架
装置通过手孔安装在导轨上,沿导轨作纵向移
动,并可沿轴向转动。泥渣枪的喷头和视频探头通过
机械传递可进入所需冲洗的 管间,能伸长或收缩,在
鼓泡装置管板上方和第一块支撑板以下进行冲洗和检查。 鼓泡装置
S/L系统 CECIL 4 装置具有下列 3 种功能:
1) 泥渣枪以2270 L/h和41 MPa的水来冲洗管板 上管间硬泥渣; 图3 鼓泡清洗原理示意图2) 泥渣枪以2725 L/h和28 MPa的水来冲洗传热
图 4 为鼓泡清洗系统。2 台水泵使进入蒸汽发生管上的污垢和周围环状硬泥渣;
器的清洗水产生循环。分离器和过滤器可将泥 渣微粒 3) 泥渣枪以2270 L/h和17 MPa的水来冲洗管板
滤出。清洗水返回蒸汽发生器前,经离子交换系统将 上管间软泥渣。
水净化。清洗开始时,补给水将蒸汽发生器的水位补 在附加冲洗中,CECIL 4 装置还可提供大容量中
到超过第一块支撑板。然后,每隔一段时间用装在蒸 压水(9085 L/h和10 MPa),以8个喷嘴冲洗中间管廊
汽发生器两侧的2台鼓泡装置从靠近管板的手孔将氮 的软泥渣和松动外来物。CECIL 4装置进一步完善了
气注入。提高水位直到淹没整个管束,在这个过程中 外来物的搜巡和取出功能,具有取管间和外管廊中杂
逐 步加大注入气体的压力,迅速膨胀的气体使二次侧 物的抓具。
中的水向上运动,水流与水波将蒸汽发生 器内的腐蚀 CECIL 技术已被允许三菱重工用于日本核电站, 产物搅松。用控制台监测和控制氮气压力和水流量这 SRA 公司用于法国和其他认可的欧洲国家。适用于西 两个主要参数。注入的氮气 通过蒸汽发生器蒸汽管道 屋公司的 44 型、51 型和法马通公司的 CPO 型蒸汽发 上的安全阀排入大气。用辐射监测仪对排气进行监 生器。 测,以防止放射性物质进入大气。连续地给水和疏水
34
操作,包括用过滤器除去腐蚀产物微粒和用离子交换洗,把高压水射流引到管束上部两块支撑板的中间管
系统除去离子,可把大量被鼓泡清洗出来的疏松腐蚀廊,对两侧支撑板进行泥渣冲洗,除去支撑板上部和产物除去。 下部的沉积物,也能除去管壁上一定数量的污垢。一
13个垂直的驱动系统经管板附近的手孔,把旋转泥渣枪 12伸入到不同高度的支撑板之间的位置。泥渣枪的头部 由几对相反方向的喷嘴组成,喷嘴以20 MPa的水压喷 N2N1 32 2 4 向管间的支撑板上部和下部。清洗效果可用全管束视 11
频检查技术(VBIB)来进行,它可以对蒸汽发生器进行
10 5全范围的管束视频检查。 67 8 9
图4 鼓泡清洗系统 1.蒸汽发生器;2、3.鼓泡装置;4.水泵;5.分离器;
6、7.过滤器;8.贮水箱;9.水泵;10、11.离子交换床;
12.监测器;13.蒸汽安全阀 化学清洗是利用化学溶剂来溶解蒸汽发生器内的
鼓泡清洗用来清洗整个管束和支撑板缝隙,起初 硬泥渣和污垢,主要是铁和铜的化合物。溶剂可以在 用于运行中的新蒸汽发生器,后来推广为对蒸 汽发生 蒸汽发生器内加热和进行再循环,来达到提高清洗的 器的定期清洗。可将该清洗与水化学处理相结合,使 效果。为了增强缝隙中对泥渣的清洗,还研究了缝隙 腐蚀产物减少。也可将该清洗与化学清洗或水力冲洗 清洗工艺,提高了清洗温度,例如 EPRI/SGOG 工艺为 结合,以提高清洗效率。 150 ?,KWU 工艺为 160,170 ?。目前,化学清洗
工艺有美 国 EPRI/SGOG 工艺、德国 KWU 工艺和法
国 EDF 工艺,如表 2 所示。EPRI/SGOG 工艺缓蚀剂中
含硫 ,需要分步来溶解氧化铁和铜,废液排出较多;
上部管束水力清洗是对上部管束进行高压水冲
表2 蒸汽发生器化学清洗工艺
工艺类型 美国EPRI/SGOG工艺 德国KWU工艺 法国EDF工艺
EDTA:10% ,15%NTA:2% ,6% 柠檬酸和葡萄糖酸
还原剂:有缓蚀剂(P6):0.8% 联氨(N H ) :1% 2 4 除铁工艺pH:3.3 温度:缓蚀剂(CCI801) :0.75%,1% 缓蚀剂:无
85? pH(NH ?H O 调) :7.0pH :碱性有调节剂 3 2 温度:95?温度:140,175?
EDTA :5% ,10% NTA:2% ,4% 除铁后溶液用于除铜
O) :2%,3% 氧化剂:联氨和空气 氧化剂:空气过氧化氢(H 22除铜工艺 pH(NH ?H O 调) :7.0pH 高碱性温度:50?3 2 温度:25,55?
联氨(N H ) :300 mg/kg———— 2 4 pH(NH ?H O 调) :10.2 3 2 钝化工艺 温度:95 ?
KWU 工艺EDTA:20%EDF 工艺
缓蚀剂(CCI801) :1% 温度:160,170 ?缝隙工艺 pH(NH ?H O 调) :6 32温度:150?
注:表中各组分含量均为质量分数
35
KWU 工艺无含硫缓蚀剂,对管材的腐蚀性较 大,需原子能科学研究院已研制出蒸汽发生器化学清洗
要控制浸泡时间;EDF 工艺缓蚀剂中含硫,能在同一的化学清洗剂(以 EDTA 为主)和工艺(温度低 于 100溶液中除铁和铜,废液最少。 要确定一个具体的化?),化学清洗的监测技术,废液处置和清洗系统,以
学清洗工艺,应根据蒸汽发 秦山一期蒸汽发生器为模式进行了工程试验。 生器内泥渣的组成和结构,经过多次试验研究,决定 ,)美国西屋公司根据核电站现场经验,对蒸汽 对管材的腐蚀率、泥渣的溶解率,提出最佳的清洗工 发生器的清洗提出了建议,对预防性清洗以考虑附加 艺。在现场,对管材的腐蚀率要进行连续监督。化学 泥渣收集器作为可选方案。我国秦山一期和大亚湾核 清洗能够对全部管束、部分管束或者管板进行清洗。 电站蒸汽发生器没有设计泥渣收集器。蒸汽发生器中 如果化学清洗与其他清洗(例如鼓泡清洗或水力清洗) 安装泥渣收集器则可在运行过程中始终发挥作用。具 相结合,则能起到化学清洗和机械清洗各自的优点。 有多层格板的泥渣收集器在上筒体汽水分离器的底板 到1996年底,清洗了66个核电站中的蒸汽发生器,国 上,再循环水进入泥渣收集器后以较低的速度在隔板 外电力公司认为,大多数核电站的化学清洗是成功的 , 间流动,可获得需要的相对静止环境,使悬浮在水中
的非溶性固体颗粒得到有效的重力沉降,为泥渣提供 是延长蒸汽发生器使用寿命的有效措施之一。
了一个远离传热管的沉积场所。它是一种非能动设
备,结构简单、效果明显收集的泥渣可在停堆期间用
高压水清洗出来。国外的试验表明,泥渣收集器可收
集进入蒸 汽发生器的非溶性固体泥渣的 50% 以上。
,)根据法国核电站的经验,大亚湾核电站采用,)美国西屋公司建议管板恢复性清洗时,在泥 法国 SRA 公司的泥渣枪水力清洗装置对蒸汽发 生器 渣枪水力清洗、CECIL清洗和化学清洗前用污 垢调节 管板表面进行冲洗,并制订了严格的清洗和清洁度检 剂(SCA)处理。管束恢复性清洗时,在泥渣枪水力清 查规程,确保调试结束前管板的清洁度符合要求,并 洗、上部管束水力清洗和化学清 洗前用污垢调节剂处 在每次停堆换料时对管板上的泥渣进行冲洗和清洁度 理,以提高清洗过程的有效性。 的检查。实践证明, 在核电站运行初期,蒸汽发生器
管板上大量堆积泥渣以前,进行泥渣枪水力清洗,较
易清除 泥渣。秦山一期在第4次停堆换料期间,采用
德国ABB Reaktor公司的泥渣枪水力清洗装置对 蒸汽 参考文献
发生器管板上泥渣进行冲洗和清洁度检查。 BergePh,FiguetJM.Theneedforcleansteamgenerators[J]. [1]Nucl.Energy,1993,32(2):115. ,)核动力运行研究所从德国西门子 KWU 引进 Benjamin L Dow,Thomas J R and Robertc. Update:repair and [2]replacementtrends[J].NEI,1998,(2):38. 了一套柔性泥渣枪冲洗装置,相似于CECIL装置, 枪
Benjamin L Dow,Thomas J R and Robertc. Chemical cleaning 体为柔性,可直接将高压喷嘴导入传热管管间,对准 [3]review[J].NEI,1995,(10):38. 丁训慎.核电站蒸汽发生器的机
械清洗和化学清洗[J]. 化学 清洗,1999,15(5):20. 丁训泥渣层进行冲洗,冲洗压力较高,主要用来冲洗硬泥
慎.蒸汽发生器的清洗与检查一体化装置[J]. 核动力运 行[4]渣。该所已经开始了对鼓泡清洗技术理论分析和计算 研究,1996,9(4):40. 程慧平.核电厂蒸汽发生器二次侧泥
渣的沉积与清除[J].核 动力运行研究,1998,11(1) :50. 研究,并计划适时开展实验研究,该清洗技术具有费 [5]刘鸿运,程慧平. 鼓泡清洗技术(PPC)在蒸汽发生器泥渣清 用低廉、工艺简便、对停堆计划影响小和对蒸汽发生 洗中的应用[J].核动力运行研究 ,1999,12(4): 43. [6]器内部构件无损伤等优点。
[7]
36
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file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56
范文四:压水堆核电站蒸汽发生器的制造
11 核电站2003年第4期 专论与译文
压水堆核电站蒸汽发生器的制造
核动力运行研究所 丁训慎
1. 前言
在压水堆核电站中蒸汽发生器是一回路系统
中的一个主设备具有尺寸大重量重设计制造复杂作用重要的特点在设计和制造方面被称为当代热交换器技术的最高水平长期以来国际上压水堆核电站蒸汽发生器经常发生传热管腐蚀破损在可靠性上存在严重问题是核蒸汽供应系统的唯一的致命弱点保证蒸汽发生器的制造质量有助于提高其安全可靠性由于蒸汽发生器制造相当复杂技术密集程度高要求制造质量符合技术任务书的要求因此
整个制造过程都处于受控状态各个环节都有质保监督
蒸汽发生器的制造基本上覆盖了核容器的基本制造技术其制造难度在核设备中具有相当的代表性能反映工厂核容器制造能力的水平管板和筒体锥形体是核电站设备大锻件中生产难度较大的零件管板因直径大厚度厚采用普通的锻造方法时管板中心部位不能锻透缺陷不能焊合筒体锥形体的形状特殊如果锻成直筒状金属利用率低机械加工量大质量不能得到保证所以管板和筒体锥形体都必须采用特殊的锻造方法
蒸汽发生器一次侧的水具有放射性为了避免管道与设备中形成很高的活性必须保证所接触材料在给定的参数下在一次侧水中具有很高的抗腐蚀和抗侵蚀的稳定性这就要求在管板下表面与一次侧水接触表面堆焊因科镍690在一次侧下封头内堆焊不锈钢堆焊保护层是蒸汽发生器制造中非常重要的工序在堆焊耐腐蚀的衬里时应保证每条焊缝成型的质量对蒸汽发生器一次侧的密封性提出了很高的要求
为了保证所要求的密封性传热管与管板的连接一次侧进出口接管与下封头的连接都采用焊接焊接是蒸汽发生器制造中重
要的组成部分还包括筒体的环焊缝A508-钢
与镍基合金和不锈钢异种金属间的焊接等
蒸汽发生器体积大机加工的要求相当高工艺又复杂要求在专用车间和专用设备上加工用专用工艺装备和非标准设备其中管孔深孔加工难度最大大量深孔的几何精度孔径孔距公差要求都很高大大超过常规产品的要求又由于蒸汽发生器另部件尺寸大安装精度要求高制造过程中另部件公差的积累给安装带来很大的难度其中支撑板和流量分配板的装入内套筒U形管穿入支撑板流量分配板和管板时不允许使用强力这对安装和测量均提出了新的要求
在蒸汽发生器的制造过程中必须十分注意清洁度
因为一次侧表面的沾污会引起腐蚀的加剧活性的提高堆内流通截面的堵塞以及释热元件的烧毁等由于蒸汽发生器在运行中的检修比其他常规设备要困难所以要求可靠性更高更要严格
地遵守工艺规范相应地对检验提出了更高的要求 2
锻造与锻压
2.1 管板的锻造
管板是饼状锻件锻造工艺为镦粗成形一般管板锻件中心部件会存在密集性缺陷例如非金属类杂质白点和疏松非金属类杂质和白点可以在冶炼浇注热处理等方面采取措施予以解决
而疏松则是钢锭中固有的缺陷只能用锻造来消灭镦粗工序能否焊合锻件内部疏松取决于镦粗比的大小必须采取特殊的锻造方法例如双重压实
法即下料时采用
WHF
宽砧强压进行一次压实然后再用翻身中心压实进行第二次压实 2.2 筒体锥形体锻造
为了使锻件的形状和尺寸接近产品一般采用变截面筒体进行扩孔的方法第一步扩孔时上砧与坯料的凸出部分接触金属沿直径方向延伸内
专论与译文 12 核电站2003年第4期
外径增大此时没有同砧子接触的坯料由于金属的
整体性也在沿直径方向延伸但其量很小由于这种沿长度方向的不均匀延伸使坯料形成锥形第二步上砧与锥形坯料整个长度上接触此时锻件的锥度达到要求值并在以后扩孔中保持不变扩孔仅使壁厚减薄和坯料内外径沿整个长度均匀增大
最近又改进为锥形体折角处带有一段与上下和筒体直径的过渡段这样使锥形体与上下筒体的焊接更简易并提高了焊接性能 2.3 下封头的锻压
法马通公司把下封头由铸造改为18 MND5合金钢园形锻锭模压并顶出进出口接管和人孔法兰等钢锭采用电弧炉冶炼并加铝镇静和真空脱气
下封头成形后进行下列热处理温度在850
925
之间的奥氏体化热处理
浸水淬火为达到一定的机械性能还要进行635665之间的回火处理随后在静态空气中冷却锻造下封头与管板为相同材料保证了焊接性能锻造成型比烧铸工艺简单并能保证机械性能 2.4 上封头与蒸汽限流器的锻压
法马通公司把上封头从低合金钢板冲压成形再与蒸汽限流器锻件焊接改进为上封头与蒸汽限流器整体锻造后热旋压成型材料为
18 MND5如图1所示这样能避免上封头与蒸汽限流器的焊接减少了役前和在役检查的工作量由于上封头锻造时已留有突出端干燥器固定围板与上封头由角焊改为对接焊结构性能更好
图1 上封头与蒸汽限流器
3管子与管板的焊接与胀接
3.1 管子与管板的焊接
大亚湾核电站蒸汽发生器管子与管板焊接接头如图2所示坡口形式为管子微缩于管板孔的堆
焊层里焊接前先在管端胀接10 mm经检验合格后采用自动TIG脉冲焊机进行焊接正式焊接前至少先焊10根工艺评定管产品焊接时利用被焊管周围呈120度布置的三个孔定位机头焊枪与被焊连接缝的调整极为方便机头自动旋转一周即
完成焊缝的焊接个别需修理的焊缝允许重焊一次焊缝尺寸g>0.9管子的壁厚焊后的焊缝须径无损检验100%的外观检验和100%的液体渗透检验射线检验采取抽查方式检验数目为焊接接头总数的
6%
抽查位置在管板中均匀分布操作方法如图3所示最后为氦气探漏来检验其密封性
图2 管子与管板焊接接头
图3 管子与管板焊接接头的射线检验
3.2 管子与管板的胀接
13 核电站2003年第4期 专论与译文
大亚湾核电站蒸汽发生器管子与管板的连接
采用管端焊接和沿管板全厚度的机械胀能消除间隙防止腐蚀也起到防止管子拔脱的作用如图4所示胀管机为旋转滚柱机械式电脑控制全自动操作容许最大未胀合长度<5>5>
60 cmkg胀头的状态滚柱的有效胀接长度为28 mm下一步胀接和上一步胀接的搭接量为3 mm胀接工序共分22次每胀10根管子利用内窥镜作一次外观检查每胀50根后重新调整胀管器扭矩每个班次胀的最后1根管子和更换胀管器前所胀的最后1根管子须用内窥镜作外观检查管板上的管子胀完后进行自动消除应力胀接操作在全厚度胀后
在二次侧胀管根部进行微胀产生微小的径向变形使过渡区的变形平缓一些降低管子表面的拉应力提高抗腐蚀能力
图4 带机械微胀的全厚度胀管
管子与管板的胀接改进为液压320 MPa胀管即用去离子水在320 Mpa压力下把管子胀到管板里其中99.9%的管子能胀到离管板顶部小于6.35 mm大部分管子则在3.56 mm以内与机械胀管比较液压胀管有以下优点一次胀管成形工艺简单能更准确地控制管子胀到离管板顶部的距离使胀管过渡处圆滑过渡减少过渡处的残余应力 4. 堆焊和焊接 4.1 管板镍基合金堆焊
堆焊时应保证每条焊缝的质量即焊缝应是平滑的均匀层叠的无凹陷和焊瘤焊缝的高度以及焊缝间的重叠度都不应超过规定的数值堆焊过程中出现的个别缺陷需在堆焊下一条焊缝前用机械方法除去当在较大的堆焊区域内经常出现缺陷时或发现堆焊层脱开时应停止堆焊直到查明和消除产生缺陷的原因为止
大亚湾核电站蒸汽发生器在基体金属16 MND5的管板上堆焊因科镍690堆焊前管板的预热温度为150
250为带极自动堆焊边缘自动堆焊无法堆敷的地方则采用手工电弧焊补焊如图5所示堆焊层先进行100%头色检验然后将管板置于一个专用水槽内进行100%的自动超声检验最后用超声测厚仪进行厚度的测量
图5 管板上镍基合金堆焊
4.2 管板和下封头的焊接
焊缝坡口见图6首先在管板和下封头上焊接
马镫式的组装定位装置对装配质量进行外观检验并按圆周均匀地分为16
点进行组装尺寸测量使其满足公差要求在焊缝内侧进行手工电弧焊预热温度为
150按图6专用磨具磨焊根7 mm清根后进行外观检查和渗透检查在焊缝外侧进行埋弧自动焊对焊缝内外表面进行外观检查和磁粉检验对整条焊缝进行超声检验
焊缝内表面复面层堆焊如图7所示首先在下封头侧坡口斜边手工电弧堆焊一层24Cr-12Ni不锈钢然后在焊缝上部堆焊二层同种材料不锈钢在两道底部堆焊层的基础上用手工电弧焊继续堆焊20Cr-10Ni不锈钢直到堆满为止最后在焊缝
专论与译文 14 核电站2003年第4期
的管板侧手工电弧堆焊因科镍690堆满为止
图6 管板和下封头焊缝坡口
图7 管板和下封头焊缝内表面复面层堆焊
4.3 上下筒体最终焊接
焊接坡口如图8所示首先进行上下筒体组装将管束外壳上部敞口部分用帆布进行封闭放置保温材料软垫安装风机和导管安装并点焊马镫式垫块定位装置调整上下两筒体方位并进行组装对接用千斤顶进行接头调整调整上下两筒体在水平和垂直方向上的对中对组装整体进行复查复核接头内外两点间的高程差在马镫式定位装置和堆焊台上装配点焊楔块手工电弧焊焊接组装附件对组装质量进行外观检查和尺寸测量用瞄准器对整体进行最后检查
焊缝的焊接如图8所示图中的
1
2
3
45等部位采有手工电弧焊而部位
6
7
采用埋弧自动焊手工电弧焊焊接坡口底部坡口外部为埋弧自动焊碳弧气刨除装配附件手工电弧焊焊接马镫定位装置内部区域埋弧自动焊焊接马镫定位装置外部区域并最后完成整个环焊缝的焊接取消底部板条磨削内部焊根对焊缝的内外表面作100%液体渗透和磁粉检验外还作100%的超声检验
图8 上
下筒体最终焊缝坡口
5. 机加工
5.1 管板钻孔
5.1.1 大亚湾核电站蒸汽发生器管板直径为3497 mm一次侧表面镍基堆焊层厚度为8 mm管板总厚度达555 mm管板上开有8956个管孔管孔直径为ф19.4+0.08-0.05 mm管孔以节距27.43 mm作正方形排列相邻两管孔节距公差在一次侧为0.127
mm二次侧要求孔桥相邻两孔缘最小距离为6.7 mm法马通公司从意大利引进三轴数控深孔钻床钻孔能满足管孔加工的技术要求法马通公司认为机床报警系统很重要对保证产品质量起着相当大的作用具有4
种报警系统扭矩通过电流来控制报警轴向力的控制报警钻孔深度用时间控制报警顶紧力的控制报警
5.1.2 秦山一期蒸汽发生器管板直径3296 mm一次侧表面镍基堆焊层厚度为9 mm管板总厚度达
525 mm管板上开有5954
个管孔
管孔直径22.33+0.08-0.08 mm管孔以下节距31 mm作正方形排列管板示意图见图9管孔技术要求如下
相
15 核电站2003年第4期 专论与译文
邻两管孔间距偏差在堆焊侧不大于0.15 mm在另
一侧不大于0.3 mm ;任意两管孔间距偏差在堆焊侧不大于0.3 mm在另一侧不大于0.5 mm各管孔轴线相对于管板轴线不平行度为0.26 mm管板深孔加工工艺如下
图9 秦山一期蒸汽发生器管板示意图
工件的装夹管板组合件在钻孔时管板承受轴向力和扭矩加之管板直径较大加工周期较长要使工件在整个加工过程中不发生位移采取将管板组件放在二块V型铁上用链条抱紧后边用二块刚性三角铁和千斤顶支撑住并装有监督水平仪
加工过程用机床主轴按管板十字中心线校正管板平面与机床主轴的垂直度由于受机床Y向行程的限制将管板5954个孔分上下两部分光钻下半部分水平地一排排钻然后再转身重新校正再钻另半块
切削用量的选择切削用量对钻孔质量起着很大的作用切削用量与工件材料精度要求刀具寿命和生产效率有关经过多次试验确定切削用量为钻头转速1180转/分进给量为0.080.09 mm/转
加工工艺和数控程序在反复试验的基础上编制了钻孔工艺钻孔规程检查规定等一系列工艺文件以指导操作人员工作同时编制了钻孔数控程序要求机床在校对加工原点后按数控程序钻孔并要求数控程序输入微机后经两人两次校核无误后方可开机钻孔
管板深孔钻的检查为了及时掌握钻孔质量发现问题采用纠正措施当天钻好的孔当天检查完毕如果发现问题立即停机查找原因具体检查项目有孔径相邻孔距孔直线光洁度 5.2 支撑板加工
大亚湾核电站蒸汽发生器支撑板为线接触四
叶孔型板厚30 mm材料为Z10Cr13即含Cr13%的不锈钢板类似于美国的AISI405不锈钢用数控多轴钻床钻孔其数控系统带用使钻床按XY坐标定位装置和液压系统支撑板的加工工艺如下
检查平面度
整个平面应5 mm;在1000 mm范围内3 mm
钻孔钻孔孔径为22+0.4-0在多轴龙门钻床上用12只钻头孔2块支撑板叠在一起先钻下半部分然后再转身钻另半块
四叶孔的拉削拉削在4轴拉床上进行4轴同时动作并用一专用毛刷机来去毛刺 6. 装配
6.1 支撑板的装配
大亚湾核电站蒸汽发生器支撑板的装配是在已经完成了管板下部筒节中部筒节上部筒节和锥形筒节的4条环焊缝后并在下部筒体内安装了套筒法国SaintMarcel厂采用了激光发射器找正技术调整管板上分隔板的位置呈垂直方向筒体呈水平放置该厂利用车间横跨将激光发射器装置于东侧的发射室内共发射出3支光束从筒体管板端进入由锥形筒节穿出射于西樯的靶面上光束呈一规则的小圆型亮点3个光点呈等边
三角形其边长约为管板直径的1/3支撑板的装配首先从接近于管板的第一块装起利用激光器定位并用垫铁在固定块上调整支撑板的位置使穿过支撑板的3支激光束不受阻地打于靶面上光点形状保持原形然后将支撑板焊接于12个固定块上这样依次将9块支撑板装好焊牢由于激光为3束激光定位保证了支撑板对筒体的垂直度以及支撑板之间和管板的平行度因靶面光点清晰保持原形就保证了支撑板上各对应的四叶形管孔间的同心度给下一步U形管的安装带来了方便 6.2 U形管的装配
下部筒体内支撑板装配完毕后进行整体清洁清除焊渣和污物然后整体吊入一个清洁密闭的小型装配车间内进行穿管筒体放置于一个专用的转胎上纵向排列着一个U形管箱放置台架台架可液压操作自动升降如图10所示U形管在专业制造厂Vallourec-Monbord经100%的外观检验及100%的涡流和超声检验合格的U形管按其在
专论与译文 16 核电站2003年第4期
蒸汽发生器内的排列位置装箱发货现场穿管以装
箱顺序进行U形管放于装配台架开箱后首先要对U形管进行外观检查经检验合格后按管箱顺序开始穿管管箱的开口处朝向筒体的大头由站立于管箱两旁的两个工人手工操作采用一层管一层防振杆的布管方法穿管前在筒体内先装一标准基准支撑架基准面高度与支撑板的横向中线齐平基准面位置的调整使得第一层U形管顶部放置于台面上的位置和端部插入管板的位置在同一水平面上穿管顺序为从支撑板的横向中线开始由内向外穿完第一层在其上部组装一层防振杆适当压紧其端部与管子用不锈钢丝捆牢然后再穿上一层这样一层管一层防振杆的工序穿下去直至上半个筒体全部完成台架的上下由液压装置自动调节上部管束穿完后用专用设备临时固定然后将转胎旋转
180再由支撑板中线开始穿对称的另一半穿管时每根管的两端装有不锈钢制的子弹导向头被穿好的管端在管板部位用带钢丝把的毡塞堵住
图10 U形管穿管用台架及转胎
6.3 防震杆的装配
U形管束弯头是通过每层传热管之间的三排防震杆及防震杆端部板条连成一体的结构固定的如图11所示防震杆方形截面尺寸见图11右图对防震杆材料法马通公司采用因科镍600加外表面镀铬30 m左右后来由于因科镍600加外表面镀铬的工艺复杂主要是镀层的均匀性控制和表面处理为简化工艺和节约成本自90年代后法马通公司经过大量的实验研究采用了OCr13不锈钢代替因科镍600加外表面镀铬
防震杆末端结构采用Ocr13防震杆与外固定结构铆接后末端焊接大约每隔10排或20排的防震杆带加强筋与管子相连如图12所示防震杆的外固定结构中所有材料均为因科镍600与传热管
接触部分的外表仍要镀铬
图11 三排防震杆示意图
图12 Ocr13 防震杆末端结构
当运行时管子与防震杆间的间隙与振动有关法马通公司开发了一层管子同时固定一层防震杆的管层装配法的新布管工艺严格检查每层管子与防震杆的间隙如超过公差必须调整或更换防震杆该工序采用新的杆管间隙测量仪来测量间隙管杆间留有适当的间隙是为了防止高温下管子的膨胀 7. 清洁度
制造时应特别注意把一次侧零部件如管子管板和下封头等保持在清洁的条件下制造厂应用清洁间用作贮存U形管和进行管束组装管子与管板的焊接等清洁间应与其他材料和人员通道隔离
大亚湾核电站蒸汽发生器在下封头内用清洁空气2 Mpa 压力将羊毛毡塞子打入管子每根管至少要用10个羊毛毡塞子若管子还不够清洁则继续清理当管束全部清洁完毕由检查员抽查一部分检查完后用塞头塞住管孔下封头水室用清洁水灌入水室浸泡24小时放净水干燥后再进行清洁度检查
秦山一期蒸汽发生器一次侧包括管子内壁在总装和水压试验后用漂白布擦试白布应无变色清洁度才算合格 8. 检验
氦气检漏和水压试验
8.1 无损检验
17 核电站2003年第4期 专论与译文
表1 秦山一期蒸汽发生器制造时的无损检验 制造时无损检验是为了查明缺陷造成缺陷的
原因可分下列3类在原材料生产过程中所产生
RT UT PT MT ET 的初始缺陷例如化学成份的改变表面裂
项目
纹和内部裂纹在制造另部件的工艺过程管板
锻件
毛坯的制备机械加工和热处理中所产生
堆焊层
的缺陷例如疏松裂纹
缩孔和气孔 下封锻件
装配过程中所产生的缺陷例如焊缝的气孔头
堆焊层
和未焊透等选择无损检验方法时应考虑下列一次锻件
因素材料的种类加工工艺几何形状和表侧 面状态预计的缺陷大小检验方法的灵敏度筒体
堆焊层
等各种检验方法之间不能替代只能互为补二次侧筒体和封头的锻件
充蒸汽发生器制造时的无损检验比一般工业传热管
的无损检验方法要求更加严格灵敏度和分辨管接头锻件
能力更高 焊缝
秦山一期蒸汽发生器制造时的无损检验筒体环焊缝
如表1所示各种检验应符合ASME规范第
蒸汽和给水管接头与筒体焊卷的要求所采用的无损检验方法包括射线检缝
验
RT超声检验
UT渗透检验
PT
支座架焊缝
磁粉检验MT和涡流检验
ET下面对上管子与管板焊缝
述各种检验方法作简单介绍
仪表接管焊缝一二次侧
射线检验
RT当射线穿透被检另部件临时附件去除后的部位
时产生可见图像由此检查部件内部是否存水压试验后
在缺陷通常使用射线照相胶片记录图像
所有焊缝
超声检验
UT向缺陷部位发射超声波
可接近焊缝
接受其反射波由此发现缺陷的方法但超声下封头堆焊层代表性部位
波易受材料和缺陷表面的性质及形状受检部安全端焊缝
件的形状等影响确定缺陷的尺寸比较困难 堆焊层下封头管板一次
渗透检验
PT将渗透剂和显示剂涂在侧筒体焊缝补堆层一次侧筒表面开口型缺陷上由于毛细管作用它们将体与管板焊缝的补堆层
渗入缺陷内缺陷就能显示出来
磁粉检验
MT适用于检验铁磁性材料的表8.2 氦气检漏 面和接近表面的缺陷将受检另部件磁化如加一
大亚湾核电站蒸汽发生器在管子与管板焊接
定磁场
如表面有缺陷就会使磁场产生局部畸后进行氦气检漏其目的是检查焊接接头的密封变或漏磁由此显示缺陷
性在全厚度胀管前进行一次单管的泄漏检查能
涡流检验
ET当导电材料处于交变磁场中保证制造质量其步骤如下蒸汽发生器水平放置时其内部会产生感应电流它就是涡流被检材用封板把二次筒体的锥形体端密封好堵住观察孔料如尺寸和结构异常或其内在性质如磁导率和手机把二次侧抽真空至10 毫巴随后再充20%电阻变化都会使涡流的分布形状受到扰动而氦气和80%空气的混合气体至16巴用塞头在施感线圈的阻抗是直接与涡流的分布形状相关的接近焊缝处把传热管堵住4根管子为1组进行检涡流检验方法就是通过分析施感线圈的阻抗变化查若发现有泄漏则单根检漏 来查找被检材料中的缺陷 8.3 一次侧最终水压试验
秦山一期蒸汽发生器在水压试验前要对水压
专论与译文 18 核电站2003年第4期
试验部份进行过最终热处理并按有关工艺规
定进行超声射线
磁粉或渗透等无损检验合格并确认所设置的试样经考核全部合格后才能进行水压试验
水压试验时容器壁和试验用水温度都应大于TNDT
+33.3试验用水质应符合下列规定
氟离子
0.15 ppm氯离
子
0.15 ppm电导
率10 s/cm总固体物10.0 ppmPH=68
25
无油污和沉淀物应均匀缓慢地升压每一级保压时间不小于15分钟停压时检查人孔及受压焊缝和受压另件不允许有渗漏冒汗和异常情况发生再以每分钟0.2 MPa的速率升压到试验压力21.48 MPa在试验压力下保压时间不大于1小时保压30分钟检查压力表热电偶人孔密封受压焊缝和受压另件不允许有渗漏冒汗和异常情况发生压力表读数应保持不变检查完毕后卸压以每分钟0.2 MP速率降压到17.2 Mpa并保
持压力不大于1小时再重复上述检查再以每分钟0.20 Mpa的速率降压直到压力表读数为零
参考文献
1. 丁训慎.秦山30万千瓦核电站蒸汽发生器的监造点及其制造工艺.核动力运行研究1989
23
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范文五:压水堆核电站蒸汽发生器水位控制
压水堆核电站蒸汽发生器水位控制
潘竟斌,石舒健,尤志芳
(中广核(北京)仿真技术有限公司,北京 100094) 摘要:本文论述了压水堆核电站的蒸汽发生器水位控制的原因、水位测量的方法、影响水位变化的因素以及水位控制的方法。
Abstract: This article discusses the steam-generator level adjustment of pressurized
water reactor from the aim of adjustment, the measurement of water level, the reasons
of level changing, and methods of level adjustment.
关键词:压水反应堆,蒸汽发生器,测量,调节
Key words: Pressurized Water Reactor, Steam-generator, Measure, Adjustment
引言:
压水堆核电站的蒸汽发生器工作原理是把反应堆产生的热量传给二回路的水,使水蒸发产生的饱和蒸汽,进入到汽机高压缸做功。蒸汽发生器水位是电站运行的重要监视参数之一,水位控制的好坏直接影响电站的安全运行和蒸汽的品质。
一、水位控制原因
蒸汽发生器水位调节系统的目的,就是为了维持蒸汽发生器二次侧的水位在需求的整定值上。水位不能过高,否则将造成出口蒸汽含水量超标,加剧汽轮机的冲蚀现象,影响机组的寿命甚至使机组损坏。而且,水位过高还会使得蒸汽发生器内水的质量装量增加,在蒸汽管道破裂的事故工况下,对堆芯产生对大的冷却而导致反应性事故的发生。同样地,水位也不能太低,否则,将会导致U型管顶部暴露,甚至可能导致给水管线出现水锤现象。这样,堆芯余热的导出功能恶化。因此,加强对蒸汽发生器和汽包的水位的监视和调整是至关重要的。 二、水位测量
通常,蒸汽发生器水位测量设置于下降通道环形空间,上引压管连接到一个冷凝罐上,以便得到一个稳定的参考液柱,参考液柱与差压传感器左侧相连,下引压管接到右侧。其测量原理如图1所示。
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图2.1 压水堆核电站蒸汽发生器水位测量原理
被测水位与?P是线性关系,其系数是蒸汽发生器内二次侧测点对应的下降h
通道流体的密度和参考管内水的密度的函数。下降通道内流体的温度和压力是变化的,测量的精度性也随之变化。
三、影响水位因素
影响蒸汽发生器主要是因为蒸汽发生器和汽包的外扰和内扰造成的。当出现外扰和内扰时,将使蒸发设备的物质平衡关系(即蒸发量与给水量之间的平衡关系)发生破坏,或者工质状态发生变化(当蒸汽发生器和汽包的压力变化时,水和蒸汽的比容发生变化),从而造成水位发生变化。
1、蒸汽流量变化对水位的影响
随着蒸汽负荷的增加,蒸汽压力快速下降,在上升通道将产生更多的汽泡,使循环流动阻力增大,循环流量减小,给水将积聚在下降通道的上部空间,使水位上升。过渡过程初期水位迅速上升,这一现象称作“水位膨胀”现象,过渡过程之后,由于蒸汽流量大于给水流量,水位下降,如图3.1。
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图3.1 蒸汽流量增加时水位变化
蒸汽负荷突然减小将导致蒸汽压力上升,在上升通道中,部分蒸汽被凝结成水,使得汽泡产生的量和尺寸减小,使循环流动阻力减小,循环流量增加,从而使下降通道的水位下降。在过度过程中,水位先迅速下降,这一现象称作“水位收缩”现象,过渡过程之后,由于蒸汽流量小于给水流量,水位将上升,如图3.2。
图3.2 蒸汽流量减小时水位变化
2、给水流量变化对水位的影响
给水流量突然增大,由于蒸汽空间变小,水位稍微有上升,后来由于给水流量增加,使下降通道中水的过冷度增加,使水在上升通道中达到沸腾的高度增加,然而传热管长度是固定不变的,这就使沸腾区段缩短,沸腾减弱。由于两相流区段的长度缩短,且含汽量减小,从而使流动阻力减小,流体加速,下降通道水位降低,使过渡过程第一阶段水位降低,发生“水位收缩”现象。水位降低之后,流动的驱动压头减小,使循环流量减小,这将使上升通道的沸腾区又增大起来,水位在第二阶段得以恢复上升。最后由于给水流量大于蒸汽流量,水位将不断上升,直到给水流量等与蒸汽量为止,如图3.3。
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图3.3 给水流量增加时水位变化
给水流量突然减小,将发生水位“水位膨胀”现象,其原理与上述相反。
3、热负荷变化对水位的影响
如果一回路平均温度阶跃增加即蒸汽发生器热负荷增加,水位暂时升高而后下降,由于吸热量增加,汽泡增多,体积膨胀,水位升高,汽压也升高,饱和温度也相应提高了,汽泡数量又随之减少,水位下降。如果一回路平均温度阶跃降低,水位暂时降低而后上升。
四、水位控制方法
蒸汽发生器水位调节是通过控制给水流量来改变其水位稳定在设定值的。蒸汽发生器水位调节原理如图4.1,它包括给水阀调节和给水泵转速调节两部分。蒸汽发生器实际水位由差压传感器N测出,与水位整定值一起输入水位调节器R1。R1的输出信号为了消除实际水位与整定水位偏差所对应的给水流量调节量。蒸汽流量与给水流量分别由流量变送器Q和Qa测出,其差值(汽水失配信号)V
作为前馈信号与水位调节器R1的输出量一起输入到流量调节器R2,引入前馈信号的目的是加快调节速度,因为蒸汽流量与给水流量不平衡将引起水位变化。R2的输出量是对应上述流量调节量所需的给水阀门开度改变量。送到给水调节阀V1使其动作,从而改变给水流量。
但给水流量的变化将导致给水泵出口压力发生变化,这就影响了另外并联的两台蒸汽发生器的给水量(因而影响它们的水位)。此外,为了保证给水调节阀V1的调节特性,阀门的开度也应保持在适中位置,为此要求保持阀门的前后压差为定值。
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汽机
主蒸汽母管
Qv GV2 GV3 GV1 蒸汽流量与给水 QV! QV2 QV3 蒸汽流量 流量的比较 ΔQ 3号 G测量值 G整定值 蒸 函数发生器 R2 发 V1器 11 水位定值 ΔP 1
N ΔP测量值
R R3 N测量值 1 ΔP测量值
随负荷而变 化 QG
N整定值
给水母管 GV GV GV
V2
汽动给水泵
图4.1 蒸汽发生器水位调节原理
根据分析,如果使给水母管与蒸汽母管之间的压差ΔP随二回路负荷按一定的函数变化,既可维持调节阀前后压差恒定。所以,由总蒸汽流量(代表二回路负荷)计算得到给水母管与蒸汽母管之间的压差整定值ΔP,它与实测值ΔP在0
R3中进行比较(即相减),调节器R3按其偏差大小和方向来输出信号到给水泵转速调节机构V2(对于汽动给水泵为汽轮机进汽阀),改变给水泵的转速,使得给水调节阀V1的前后差压保持不变。
五、总结
蒸汽发生器采用了三冲量调节系统,能及时克服负荷蒸汽量和给水流量的干扰作用,调节精度高。蒸汽流量和一回路负荷的变化是产生"虚假水位"的根源,所以在给水控制系统里引入蒸汽流量和给水流量差值作为前馈信号,以改善外部扰动时的控制品质,同时也减少了由于"虚假水位"现象而使给水量向与蒸汽负荷相反方向变化的趋势,从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量。大亚湾、岭澳等压水堆核电站蒸汽发生器水位控制采用上述方法,实践证明效果良好。
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