蒸汽發(fā)生器眼孔密封面修復(fù)研究

郭宏宇

（秦山核電有限公司，浙江　海鹽　314300）

蒸汽發(fā)生器眼孔密封面修復(fù)研究

郭宏宇

（秦山核電有限公司，浙江海鹽314300）

摘要:蒸汽發(fā)生器屬于核電廠(chǎng)的核一級(jí)設(shè)備，蒸汽發(fā)生器的眼孔更換密封墊屬于每年大修的計(jì)劃維修項(xiàng)目。由于在R9檢修中發(fā)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器B的180°方向眼孔密封面腐蝕嚴(yán)重，如果由于該缺陷而引起蒸汽發(fā)生器二次側(cè)發(fā)生泄漏，問(wèn)題將非常嚴(yán)峻，所以特制訂方案來(lái)修復(fù)缺陷。通過(guò)采用便攜式法蘭銑粗銑眼孔密封面，去除表面的斑點(diǎn)、坑、溝，再對(duì)密封面進(jìn)行精銑，通過(guò)調(diào)整便攜式法蘭銑氣動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為31 r/min來(lái)保證加工表面粗糙度，然后對(duì)密封面外止口臺(tái)階進(jìn)行銑削，使該加工切削量與密封面銑削量相同，通過(guò)控制加工深度即粗加工0.5 mm，精加工0.2 mm，使切削深度總量在達(dá)到修復(fù)要求的前提下對(duì)法蘭本體密封面的切削量為最少，最終為0.35 mm。最終成功地完成了修復(fù)工作并為其他類(lèi)似的工作提供了指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞：蒸汽發(fā)生器；眼孔；便攜式法蘭銑；修復(fù)

蒸汽發(fā)生器手孔、眼孔屬于二次側(cè)壓力邊界，二次側(cè)壓力來(lái)自主給水或輔助給水。其最高工作壓力為6.3 MPa，給水溫度≥220 ℃。在R7、R8、R9檢修中都觀(guān)察到蒸汽發(fā)生器手孔、眼孔密封面不同程度的腐蝕，屬于斑點(diǎn)、坑、溝狀態(tài)，最深處有0.5 mm左右。對(duì)缺陷的跟蹤觀(guān)察沒(méi)有明顯惡化的趨勢(shì)，且所有缺陷都沒(méi)有達(dá)到貫穿密封面的程度。R9檢修中對(duì)蒸汽發(fā)生器兩個(gè)眼孔都做了完全解體，通過(guò)對(duì)眼孔的仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)：在蒸汽發(fā)生器B的180°方向眼孔缺陷相對(duì)比較嚴(yán)重，見(jiàn)圖1。對(duì)此提交了狀態(tài)報(bào)告，其編號(hào)是ZTBG200610042。由于蒸汽發(fā)生器屬于核一級(jí)設(shè)備，假設(shè)由于該缺陷而引起蒸汽發(fā)生器二次側(cè)發(fā)生泄漏，那么問(wèn)題將非常嚴(yán)峻。綜上所述，特制訂本修復(fù)方案來(lái)對(duì)缺陷表面進(jìn)行處理。

圖1　R9時(shí)的蒸汽發(fā)生器B眼孔照片F(xiàn)ig. 1　Steam generator eyelet sealing face in R9

1　工藝分析

1.1缺陷及形成原因分析

蒸汽發(fā)生器眼孔密封面材料為低合金鋼，耐腐蝕性不強(qiáng)；在SG運(yùn)行初期，二次側(cè)眼孔密封墊片材料是石棉金屬纏繞墊片，由于石棉纏繞金屬墊圈釋放出較多的腐蝕性雜質(zhì)離子，主要是氯離子，導(dǎo)致密封面出現(xiàn)點(diǎn)狀腐蝕；二次側(cè)水質(zhì)又和一次側(cè)水質(zhì)不同，更容易產(chǎn)生腐蝕。在R2中發(fā)現(xiàn)二次側(cè)人孔密封面腐蝕嚴(yán)重，在當(dāng)時(shí)對(duì)密封面進(jìn)行了修復(fù)，并對(duì)一、二次側(cè)人孔墊片做了變更，更換為石墨金屬纏繞墊圈，多年下來(lái)，觀(guān)察效果很好。而二次側(cè)手孔和眼孔的密封墊片材料直到R6后才進(jìn)行更改。常年的氯離子腐蝕等因素，還有電偶腐蝕聯(lián)合作用下，在10多年的運(yùn)行中，腐蝕逐漸有所發(fā)展。

1.2檢修及施工方案分析、說(shuō)明

本次修復(fù)工作主要針對(duì)蒸汽發(fā)生器B的180°方向眼孔進(jìn)行，通過(guò)修復(fù)的實(shí)施，恢復(fù)眼孔密封面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，下面就設(shè)計(jì)要求及修復(fù)的方案進(jìn)行說(shuō)明。

蒸汽發(fā)生器眼孔座設(shè)計(jì)要求，如圖2和圖3所示。

圖2　蒸汽發(fā)生器眼孔座設(shè)計(jì)（側(cè)視）Fig. 2　Steam generator eyelet sealing seat design (side-glance)

圖3　蒸汽發(fā)生器眼孔座設(shè)計(jì)（正視）Fig. 3　Steam generator eyelet sealing seat design (confrontation)

根據(jù)圖紙中的要求，可以了解密封面的表面光潔度要求是Δ5，按照新的標(biāo)準(zhǔn)就是表面粗糙度為3.2，與螺栓孔中心線(xiàn)的垂直度為0.6 mm。在經(jīng)過(guò)修復(fù)后，眼孔的相關(guān)要求應(yīng)該達(dá)到設(shè)計(jì)的要求?；谝陨系目紤]，并且經(jīng)過(guò)多方調(diào)研和大量的模擬操作試驗(yàn)，選定了眼孔密封面修復(fù)工具為：美國(guó)CLIMAX公司的PORTABLE FLANGE FACER（便攜式法蘭銑，見(jiàn)圖4)，為了能夠保證修復(fù)后的密封面達(dá)到設(shè)計(jì)及密封的要求，主要考慮以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：

（1）便攜式法蘭銑是利用四爪安裝夾盤(pán)安裝在眼孔筒體內(nèi)，依照眼孔原密封面為原始基準(zhǔn)，利用調(diào)平裝置及千分表，對(duì)密封平面和止口進(jìn)行徑向、軸向的找正。通過(guò)以上的找正過(guò)程，可以保證加工后的密封平面與原眼孔加工軸線(xiàn)的垂直度在0.05 mm之內(nèi)，密封平面的平面度在0.02 mm以?xún)?nèi)，見(jiàn)圖5和圖6。

圖4　便攜式法蘭銑Fig. 4　Portable flange milling machine

圖5　便攜式法蘭銑找正裝置（找端面）Fig. 5　Portable flange milling machine’s centering device (finding end surface)

圖6　便攜式法蘭銑找正裝置（找徑向）Fig.6　Portable flange milling machine’s centering device (finding radial)

（2）完成便攜式法蘭銑的安裝后，通過(guò)開(kāi)啟或關(guān)閉氣體控制閥來(lái)調(diào)整氣動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，為了對(duì)本次加工進(jìn)行控制，所以對(duì)氣動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行了計(jì)算，具體如下：

刀具切削速度V=π×D×n/1 000=π×刀具回轉(zhuǎn)直徑×轉(zhuǎn)速/1 000 。

本次加工中選用的刀具為白鋼刀，根據(jù)相關(guān)表面粗糙度及機(jī)械加工的要求，建議選擇切削速度V≈15 m/min。

測(cè)量刀具回裝直徑D=150 mm

n =15×1 000/π×150=31 r/min

通過(guò)以上計(jì)算可以知道最佳的轉(zhuǎn)速調(diào)整在31 r/min左右。

（3）由于密封面上腐蝕的是坑點(diǎn)形式，完全測(cè)量腐蝕點(diǎn)的深度比較困難，所以考慮利用循序進(jìn)刀的方式進(jìn)行加工。對(duì)此與機(jī)械加工人員進(jìn)行討論，控制粗加工切削深度0.5 mm左右（對(duì)該值的選擇主要依照目測(cè)腐蝕坑點(diǎn)深度，具體視現(xiàn)場(chǎng)情況確定），徑向走刀量每轉(zhuǎn)0.257 mm，按照以上方式進(jìn)行進(jìn)刀，一直加工到密封表面上基本沒(méi)有腐蝕坑點(diǎn)，再進(jìn)行一次精加工，按照切削深度0.2 mm，徑向走刀量每轉(zhuǎn)0.127 mm的切削參數(shù)對(duì)整個(gè)密封表面進(jìn)行精車(chē)。切削深度總量的控制以在達(dá)到修復(fù)要求的前提下對(duì)法蘭本體密封面的切削量為最少。

（4）完成密封平面加工后，利用測(cè)量工具測(cè)量實(shí)際加工的止口深度尺寸。

（5）由于對(duì)密封面進(jìn)行加工，密封面到外平面止口的尺寸會(huì)產(chǎn)生變化，為了保證密封墊片的壓縮量在密封面加工前后保持不變，所以必須對(duì)密封面外止口臺(tái)階進(jìn)行銑削，該加工切削量與密封面銑削量相同，并且加工前不允許對(duì)便攜式法蘭銑的定位基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，這樣可以保證兩個(gè)平面的平行度。

（6）銑削工作結(jié)束后利用表面粗糙度對(duì)照板進(jìn)行表面檢查，要求表面粗糙度小于3.2。

（7）由于刀具在加工的末端到密封面止口處容易掛傷止口，且不能清根，故對(duì)刀具進(jìn)行重新修磨，在保證其強(qiáng)度的基礎(chǔ)上減小前角，使刀具不觸碰止口面。

（8）綜合以上的分析，本次蒸汽發(fā)生器眼孔修復(fù)的工作進(jìn)程安排如下：

拆除眼孔蓋板→安裝防異物板→測(cè)量眼孔密封面與止口距離→安裝便攜式法蘭銑底盤(pán)并找正→安裝便攜式法蘭銑并調(diào)整刀具→利用便攜式法蘭銑對(duì)密封面進(jìn)行粗銑→利用便攜式法蘭銑對(duì)密封面進(jìn)行精銑→測(cè)量最終切削深度→調(diào)整刀具并對(duì)密封面外止口臺(tái)階加工→拆除便攜式法蘭銑→表面檢查。

由于在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生細(xì)小鐵屑，以及在加工中需要給刀具添加切削液，所以防異物也是本方案主要考慮的內(nèi)容，根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)及異物的情況，采取以下措施：

在眼孔中間位置設(shè)置一塊防異物板，在板的外圓處設(shè)置凹槽并配置O型圈，開(kāi)工前將防異物板放置在眼孔內(nèi)，依靠O型圈的密封作用，可以保證鐵屑及切削液不會(huì)進(jìn)入蒸汽發(fā)生器內(nèi)。

在眼孔下部的手孔中安裝輻射防護(hù)堵塞進(jìn)行封堵，見(jiàn)圖7、圖8和圖9。

圖7　防異物堵板Fig. 7　Foreign matter preventing sheet

圖8　防異物堵板CAD圖（側(cè)視）Fig. 8　CAD of foreign matter preventing sheet (side-glance)

圖9　防異物堵板CAD圖（正視）Fig.9　CAD of foreign matter preventing sheet (confrontation)

1.3風(fēng)險(xiǎn)分析

由于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在蒸汽發(fā)生器眼孔鐵柵欄平面層，在工作區(qū)域內(nèi)孔洞等以及場(chǎng)地狹小、現(xiàn)場(chǎng)照明不足等情況限制，所以作業(yè)人員必須注意現(xiàn)場(chǎng)的布置，消除各種安全隱患的存在。

由于蒸汽發(fā)生器眼孔、手孔附近屬于高放熱點(diǎn)區(qū)域，并且本項(xiàng)工作需要在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整、檢查等工作，所以輻射的防護(hù)工作將是很關(guān)鍵的一項(xiàng)工作。建議輻射防護(hù)科全程跟蹤配合，必要時(shí)穿戴鉛背心及短褲，同時(shí)對(duì)其他的手孔和眼孔安裝堵板，以降低劑量率。

由于切削過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種細(xì)小鐵屑，所以異物進(jìn)入設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)較高，對(duì)此考慮采用在眼孔內(nèi)設(shè)置防異物板，防止切削中的鐵屑進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。

蒸汽發(fā)生器手孔、眼孔部位設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10　蒸汽發(fā)生器手孔、眼孔設(shè)計(jì)圖Fig. 10　Design drawing of steam generator eyelet

實(shí)物照片如圖11所示。

圖11　蒸汽發(fā)生器眼孔實(shí)物照片F(xiàn)ig.11　Steam generator eyelets

從結(jié)構(gòu)上可以確保防異物堵板不會(huì)進(jìn)入蒸汽發(fā)生器內(nèi)部。

切削過(guò)程中需要添加切削液，所以需要考慮采用適當(dāng)措施防止切削液流入蒸汽發(fā)生器內(nèi)。

對(duì)眼孔下部的手孔也必須設(shè)置防異物盲板，防止上部的切削液及鐵屑從該處進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。

2　文件/工具和實(shí)際施工步驟

2.1文件準(zhǔn)備

（1）便攜式法蘭銑操作手冊(cè)；

（2）蒸汽發(fā)生器二次側(cè)手孔、眼孔拆裝程序。

2.2工具準(zhǔn)備

（1）便攜式法蘭銑 FF5500 CLIMAX；

（2）空氣壓縮機(jī) PUMA；

（3）梅花扳手；

（4）力矩扳手；

（5）內(nèi)六角扳手。

圖12　修復(fù)前密封面與止口臺(tái)階間距離Fig.12　Distance between the sealing surface and the outthrust step around the front edge before repair

圖13　修復(fù)前密封面與止口臺(tái)階間距離Fig.13　Distance between the sealing surface and the outthrust step around the front edge before repair

2.3實(shí)際施工步驟

（1）工作人員穿著鉛背心，將各種工具準(zhǔn)備在工作現(xiàn)場(chǎng)。

（2）清理、擦拭密封面。

（3）實(shí)際操作中由于眼孔防異物堵板制作得過(guò)大，無(wú)法裝入，故未安裝。

（4）安裝手孔防異物堵板。

（5）利用深度尺測(cè)量并記錄修復(fù)前密封面與止口臺(tái)階間距離，見(jiàn)圖12。

（6）將組裝好的四爪安裝夾盤(pán)安裝在眼孔筒體內(nèi)，安裝對(duì)中夾具及百分表。

（7）利用對(duì)中夾具的軸帶動(dòng)千分表在密封平面上旋轉(zhuǎn)，檢查夾盤(pán)與密封平面的軸向、徑向?qū)χ?。如果超過(guò)要求的0.05 mm范圍外，反復(fù)通過(guò)調(diào)整夾盤(pán)上的對(duì)立螺栓，完成夾盤(pán)調(diào)整，最終保證夾盤(pán)與密封平面的軸向、徑向?qū)χ性?.05 mm內(nèi)。

（8）安裝氣動(dòng)主體設(shè)備在安裝夾盤(pán)上，連接好電源、氣源。

（9）開(kāi)啟及調(diào)節(jié)氣體控制閥，使設(shè)備在大約31 r/min速度上轉(zhuǎn)動(dòng)。

（10）設(shè)置徑向走刀量每轉(zhuǎn)為0.257 mm。

（11）安裝刀具，并調(diào)整刀尖剛剛碰上密封面，在刀滑桿后部放置百分表、旋轉(zhuǎn)曲柄，設(shè)置切削量為0.35 mm。

（12）開(kāi)啟設(shè)備，按照調(diào)整好的設(shè)定值，對(duì)眼孔密封面進(jìn)行加工，完成首次加工。

（13）根據(jù)對(duì)密封面切削量的大小，采用相同的切削方式對(duì)密封面外止口臺(tái)階加工，設(shè)置切削量為0.35 mm，保證密封面外止口臺(tái)階與密封面之間的深度與加工前相同。

（14）完成所有的加工后，測(cè)量數(shù)據(jù)，記錄修復(fù)前密封面與止口臺(tái)階間距離，見(jiàn)圖13。

（15）檢驗(yàn)?zāi)繙y(cè)腐蝕坑點(diǎn)深度，發(fā)現(xiàn)在法蘭密封面的左下角，有四五個(gè)疑似氣孔或砂眼的小坑，深度按毫米計(jì)算。為此，我們考慮：①此缺陷早已存在多年，我們R8、R9及R10都有跟蹤比較照片，所有缺陷都未見(jiàn)明顯變化。②此點(diǎn)狀缺陷并未連成線(xiàn)狀或片狀，沒(méi)有貫穿性缺陷，對(duì)密封效果沒(méi)有太大影響。蒸汽發(fā)生器設(shè)備極其重要，在其上的工作必須慎之又慎，我們未進(jìn)行超越我們預(yù)計(jì)銑削深度的進(jìn)一步加工。

（16）拆除便攜式法蘭銑。

3　結(jié)論

本次針對(duì)蒸汽發(fā)生器B180°方向的修復(fù)工作，成功地恢復(fù)了眼孔密封面，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）通過(guò)調(diào)整便攜式法蘭銑氣動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為31 r/min來(lái)保證加工表面粗糙度及機(jī)械加工的要求；

（2）通過(guò)控制加工深度為0.35 mm，使切削深度總量在達(dá)到修復(fù)要求的前提下對(duì)法蘭本體密封面的切削量為最少；

（3）通過(guò)對(duì)密封面外止口臺(tái)階進(jìn)行銑削，使加工切削量與密封面銑削量相同，以保證兩個(gè)平面的平行度；

（4）加工完成后檢測(cè)密封面臺(tái)階高度誤差在±0.02 mm；

（5）本加工方法可以為其他相似問(wèn)題的解決提供有力借鑒。此技術(shù)可以針對(duì)核電領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)備如容器、水泵、閥門(mén)、管道等法蘭密封面進(jìn)行有效修復(fù)。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TL35

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-1617（2009)03-0238-06

收稿日期：2009-01-19

作者簡(jiǎn)介：郭宏宇（1963—），男，福建人，管理技師，從事機(jī)電一體化工作。

Repair of evaporator eyelet sealing face

GUO Hong-yu
(Qinshan Nuclear Power Co.，Ltd.，Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China)

Abstract:The steam generator is category-I equipment in nuclear power plant. The gaskets of eyelet sealing face were changed every year according to overhaul plans. In 2006， the eyelet sealing face of steam generator B is found corrosive. So a special plan was made to repair it. At the beginning， a portable flange milling machine was used to mill the eyelet sealing face，after all the holes in the surface were removed， the eyelet sealing face was milled again. To control the working accuracy， the air-operated motor’s rotational speed was fixed on 31 rotate per minute. To control the depth of the pedestal sit， the surface besides the eyelet sealing face was also milled. This method could be used for reference in other place.

Keywords：steam generator； eyelet； portable flange milling machine； repair for sealing face