核電站核級管件的制造與使用

□ 李占全 趙自奕 王 超

一、核級管件的分類

(一)對接焊管件。通過對接焊形式完成管件與管道間連接的管件叫作對接焊管件。對接焊管件一般是用鋼管制造而成的。口徑在DN600以上的對接焊管件使用兩個鋼板焊接制造完成。

(二)承插管件。承插管件，主要是由圓鋼或鋼錠模壓鍛造毛坯成型，然后經(jīng)車床機加工成型的一種高壓管道連接配件。

(三)螺紋管件。帶螺紋的管件一般被稱作螺紋管件。螺紋管件一般被用于常用于水煤氣管、小直徑水管、壓縮空氣管和低壓蒸汽管等。核電站中常遇到的螺紋管件為螺紋管帽。螺紋掛件安裝時需涂以適當(dāng)?shù)哪z合劑(如厚白漆、一氧化鉛甘油膠合劑等)，以保證密封。

二、管件制造的主要工藝

(一)對接焊管件的制造工藝。

1．對接焊管制管件制造工藝。進料→原材料檢驗→下料→成型(冷擠壓成型、熱壓成型、中頻推制)→熱處理→機械性能檢驗→酸洗鈍化(不銹鋼);整形噴丸(碳鋼)→修磨→坡口加工→無損檢驗→打標(biāo)識→成品。

2．板制管件制造工藝。進料→原材料檢驗→校平→下料→壓制成型→二次切割制破口→焊接組對→整形→熱處理→整形噴丸→修磨→坡口加工→無損檢測→成品檢驗→打標(biāo)識→成品。

3．鍛制管件制造工藝。進料→鋸切下料→鍛造(模鍛)→熱處理→機加工→酸洗鈍化(不銹鋼)→打標(biāo)識→成品。

(二)重要制造工藝步驟介紹。

1．冷成型管件。冷擠壓成型分為水壓冷成型和非水壓冷成型。水壓冷成型通常是用液壓油對下料好的鋼管行擠壓，制造管件的工藝。水壓冷成型工藝主要是用于制造1/2”－30”的三通與異徑三通。非水壓冷成型通常是用惰性氣體對下料好的鋼管進行擠壓，制造管件的工藝。此種工藝主要是用于制造1/2”－30”彎頭、1/2”－24”異徑管與管帽。冷擠壓成型工藝的特點是擠壓管件尺寸準(zhǔn)確表面光潔，目前我國研制的冷擠壓件一般尺寸精度可達8～9級且不需要在加工，少量的只需要精加工。同時冷擠壓加工的管件還十分節(jié)省原材料且管件的加工效率也很高。冷擠壓件材料利用率通?？梢赃_到80%以上。用冷擠壓方法生產(chǎn)管件可比切削加工生產(chǎn)的效率提高幾倍、幾十倍、甚至幾百倍。

2．熱成型管件。熱成型管件是將管子加熱后用專業(yè)設(shè)備加工成型，然后加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間后很快放入淬火劑中，使其溫度驟然降低，以大于臨界冷卻速度急速冷卻的方法制作而成的管件，這種方法主要用于制作彎頭。制造廠常用的無縫彎頭成型工藝有熱推、熱擠壓等。

由于碳鋼含碳量相對不銹鋼較高，故其強度和硬度較高塑性和韌性較較差。所以碳鋼管件的成型一般選用熱成型工藝。核級碳鋼管件主要使用的材料為A42AP、AE250B1、P265GH、P280GH、TU42C。A42AP這種材料主要用于制造鍛制管件，其需滿足 RCC－M中 M1122相關(guān)章節(jié)的要求。AE250B1此種材料主要是用于核三級管件的制造，其需滿足RCC－M中M1151相關(guān)章節(jié)的要求。P265GH此種材料可用于核二三級管件的制造。P280GH和TU42C這兩種碳鋼材料用于制作核二級的管件。上述三種材料均需滿足RCC－M中M1149相關(guān)章節(jié)的要求。

3．焊接制造管件。焊接制造管件是通過壓制鋼板成型后焊接制造的管件。焊接制造管件的特點是制造生產(chǎn)成本低，可以制造大口徑薄壁管件。

三、管件的熱疲勞

(一)管件熱疲勞的誘因與特點。管件在電站服役期間，管道內(nèi)介質(zhì)的溫度反復(fù)變化而引起管件金屬材料的疲勞現(xiàn)象稱為熱疲勞。長時間的管道熱疲勞會引起管件應(yīng)力集中處的管件裂紋。管件的熱疲勞失效將會增大發(fā)生以下事故的潛在風(fēng)險:一是小破口LOCA事件，主回路冷卻劑喪失，導(dǎo)致冷卻能力下降的核安全風(fēng)險。二是泄漏量超過規(guī)范限定值，導(dǎo)致停堆，直接影響電站運行的業(yè)績和經(jīng)濟利益。三是發(fā)生泄漏會使核島廠房內(nèi)的放射性水平升高，破口附近區(qū)域環(huán)境劑量激增，存在著人員外照射和體表污染的風(fēng)險。四是失效管道維修更換風(fēng)險大、難度高，維修處理方案需要經(jīng)過嚴(yán)格的核安全審評，程序復(fù)雜。

在役核電站中存在熱疲勞現(xiàn)象的管段主要在余熱排出系統(tǒng)(RRA)的死管段。“死管段”現(xiàn)在是指部分與一回路直接相連的管道，在正常運行期間被兩端的隔離閥或止逆閥隔離，“死管段”內(nèi)的流體處于靜止?fàn)顟B(tài)。在一回路升溫升壓及正常運行的過程中，由于“死管段”中壓力較低，水的飽和溫度也比較低，較低壓力的水會被一回路側(cè)隔離閥加熱蒸發(fā)產(chǎn)生水—汽兩相，導(dǎo)致管件的腐蝕發(fā)生。

(二)延長管件在熱疲勞狀態(tài)下的使用壽命。如果不能在管道布置上避免管道熱疲勞的出現(xiàn)，那么我們只能通過改變管件的材料和制造工藝來延長管件的使用壽命。

一般我們會將管件原有Z2CN18－10材質(zhì)替換為Z2CND17－12。后者比前者主要是增加了鉬元素，其作用是提高不銹鋼的耐點腐蝕、縫隙腐蝕的能力，同時可提高不銹鋼在高溫下長期工作時抗塑性變形的能力。

在管件的加工工藝上提高管件內(nèi)壁的光潔度。管件過度倒角處更加圓滑，以便減少熱應(yīng)力在管件過度處的集中。通過以上的方法可以很好地延長管件在熱疲勞環(huán)境下的使用壽命。

四、核級管件出廠驗收及施工使用中所遇到的問題

(一)管件尺寸超差問題。在管件出廠驗收的過程當(dāng)中經(jīng)常會遇到管件尺寸超差的問題，處理這類問題的方法一般為兩種:第一種方法為對管件進行重新加工，加工后的尺寸需滿足相關(guān)管件尺寸標(biāo)準(zhǔn)的要求。第二種方法為向相關(guān)技術(shù)部門打不符合項清單(NCR)，由技術(shù)人員判斷此超差管件是否可以繼續(xù)使用，如不能使用將此管件判廢，要求廠商重新加工此規(guī)格管件。

(二)運輸過程中管件所遇問題。在管件運輸?shù)倪^程中經(jīng)常會發(fā)生對接焊管件焊接坡口被磕碰的事情。處理這種問題的方法是對管件在施工現(xiàn)場重新加工坡口，重新加工坡口后的管件其外形尺寸應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。如果再加工后的管件尺寸超差需打不符合項清單，由設(shè)計人員判斷管件是否可以繼續(xù)使用。

碳鋼管件在運輸過程中經(jīng)常會出現(xiàn)生銹的問題。在現(xiàn)場開箱驗貨的過程中如果發(fā)現(xiàn)管件生銹，可以現(xiàn)場要求廠商對管件現(xiàn)場除銹。除銹后測量管件相關(guān)部位的尺寸，如無尺寸超差管件可照常使用。如果銹蝕嚴(yán)重除銹后管件尺寸超差，可將問題管件退回廠商報廢，要求廠商重新加工制造。

五、結(jié)語

對核級管件制造工藝有了一定的了解后，可以通過合理選擇制造工藝來提高管件的加工制造效率，同時還能夠有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量合格率。設(shè)計人員可以通過各個廠商不同的管件制造加工工藝來選擇最終的定貨廠商，這樣可以有效降低核電站核級管件的采購成本，保證管件的及時交貨。

［1］0738G4041 RCC －M 1、2、3 級奧氏體不銹鋼管件采購技術(shù)規(guī)格書

［2］0738G4042 RCC－M 2、3級碳鋼管件采購技術(shù)規(guī)格書

［3］0401T711核電站中外金屬材料對照表