臥式氣化罐制造及質(zhì)量控制

劉亮

（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜賓 644000）

臥式氣化罐制造及質(zhì)量控制

劉亮

（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜賓 644000）

本文主要介紹了臥式氣化罐的加工、組對、焊接、檢驗等制造工藝過程，該設(shè)備采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的快開門結(jié)構(gòu)，制造的難度相當(dāng)大。設(shè)備在使用過程中要承受0.08MPa的壓力，罐內(nèi)通過電加熱產(chǎn)生120℃的高溫?zé)峥諝鈱?0B容器中的六氟化鈾進(jìn)行加熱，罐體要承受壓力,同時具備密封性能。因為運(yùn)行時一旦裝有六氟化鈾物料的30B容器連接處有泄漏，氣化罐將起到二次屏障的作用，如果這個二次屏障泄漏，將出現(xiàn)嚴(yán)重的核泄漏事件。中核建中核燃料元件有限公司在制造過程中通過強(qiáng)化質(zhì)量控制計劃，細(xì)化工藝方案，從而保證設(shè)備制造過程中的關(guān)鍵部位主筒體的焊縫嚴(yán)格受控，總裝后罐蓋開門機(jī)構(gòu)靈活、密封性能滿足圖紙技術(shù)要求，氣化罐經(jīng)1.0MPa水壓試驗、0.84MPa氨檢漏試驗滿足技術(shù)要求,經(jīng)聯(lián)動試車,設(shè)備整體性能滿足鈾轉(zhuǎn)化干法工藝制造的工藝要求。

臥式氣化罐；質(zhì)量控制；制造；試驗

臥式氣化罐是核燃料元件制造鈾轉(zhuǎn)化干法生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)計方按Ⅱ類壓力容器設(shè)計，核燃料生產(chǎn)線的重點工程項目中核建中公司GFX200科研項目、812.08工程400噸擴(kuò)產(chǎn)、中核北方公司4×100噸干法項目均使用該設(shè)備進(jìn)行UF6氣化，其工作原理是將裝有UF6的30B容器推入氣化罐內(nèi)，在罐內(nèi)對30B容器內(nèi)裝的液態(tài)UF6進(jìn)行加熱，使30B容器內(nèi)的液態(tài)UF6氣化，通過在線稱重，實時監(jiān)控轉(zhuǎn)化過程，氣化后物料傳送至下一道工序，由于30B容器內(nèi)介質(zhì)的特殊性，對該設(shè)備的制造要求也是相當(dāng)嚴(yán)苛。

1 氣化罐的特性及結(jié)構(gòu)特點

（1）氣化罐的技術(shù)特性。氣化罐參照J(rèn)B/ T4731-2005《鋼制臥式容器》進(jìn)行制造、試驗及驗收，并參考TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》制造、檢驗及制造許可要求。根據(jù)容器容積和設(shè)計壓力的值，該設(shè)備達(dá)到Ⅰ類容器的標(biāo)準(zhǔn)，但是設(shè)計方圖紙中明確提出按照Ⅱ類壓力容器制造，可見設(shè)計方對該設(shè)備的重視程度。（2）氣化罐結(jié)構(gòu)及特點。設(shè)備主要原材料材質(zhì)為Q345R和16MnⅣ,主要受壓元件筒體為δ12厚Q345R材質(zhì)卷制成DNφ1400的筒體，兩端封頭，圖1中右端為橢圓形封頭與筒體焊接成型，左端為球形封頭與法蘭組焊成快開門結(jié)構(gòu)（圖1）。

2 氣化罐制造過程的質(zhì)量控制

圖1 氣化罐結(jié)構(gòu)圖

（1）焊接工藝評定。根據(jù)設(shè)備圖紙技術(shù)條件進(jìn)行焊接工藝評定。（2）材料控制。原材料、外購件應(yīng)在合格供貨商中選擇品牌質(zhì)量優(yōu)、服務(wù)全面、交貨及時的供應(yīng)商。主要受壓原材料進(jìn)行復(fù)驗，筒體用鋼板進(jìn)行100%超聲檢測，并在母材上取樣，進(jìn)行化學(xué)性能、機(jī)械性能的復(fù)檢。（3）氣化罐筒體制造。①筒體卷制成型的幾何尺寸允許偏差，筒體圓度≦14；A類B類焊接接頭對口錯邊量≦3；筒體直線度≦3.3，卷制后的筒體右端與橢圓封頭組對、左端與帶頸法蘭組對、筒體之間的組對尺寸環(huán)環(huán)相扣，所以都必須將筒體的直徑公差控制在一定范圍，從而滿足對筒體圓度、錯邊量、棱角度的要求，若對接尺寸超差會使焊縫處因結(jié)構(gòu)不連續(xù)而造成應(yīng)力集中。②筒體組對焊接。筒節(jié)、筒體、封頭的焊接采用埋弧自動焊接方式，埋弧自動焊接較手工焊具有明顯的優(yōu)勢，其送絲速度均勻、焊縫寬度、余高一致且一次成形，確保產(chǎn)品質(zhì)量、降低勞動強(qiáng)度、提高工作效率，對焊縫質(zhì)量是一個非?？煽康谋ＷC，手工焊因打底和蓋面造成的氣孔缺陷，通過對焊縫外觀進(jìn)行檢查，結(jié)果合格，效果非常理想。（4）焊縫的檢測。按圖紙技術(shù)要求對A、B類焊縫進(jìn)行100%X射線檢測，A類焊縫總長4732mm，B類焊縫總長33723mm，所有焊縫經(jīng)100%X射線檢測，檢測標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.2-2005，要求合格級別Ⅱ級，檢測結(jié)果合格。

3 氣化罐加工過程的難點和關(guān)鍵點

（1）氣化罐罐蓋的加工。①罐蓋結(jié)構(gòu)分析。罐蓋主要由球型封頭、法蘭、軸承座及軸焊接而成，雖然設(shè)計圖紙中對法蘭底面與支撐軸的垂直度未提出具體要求，但是從快開啟門構(gòu)造原理分析來看，整個罐蓋是以軸承座為圓心和支點旋轉(zhuǎn)，如果垂直度未達(dá)到的話，罐蓋旋轉(zhuǎn)成橢圓軌跡,將對后序的組對組裝帶來相當(dāng)大的困難，甚至是顛覆性的。罐蓋的右端面為氣化罐的密封面，該平面與唇型氟橡膠密封圈貼合形成密封面，是保證設(shè)備整體密封性的關(guān)鍵所在。②罐蓋的加工工藝的策劃。設(shè)備制造過程中焊接和熱處理將對罐蓋產(chǎn)生的變形，如何保證法蘭密封面的平面度是保證設(shè)備的密封性的難點。制定合理的機(jī)械加工工藝，將罐蓋的精加工的安排在焊接與熱處理之后進(jìn)行，最大限度的克服它們帶來的變形，所以采用罐蓋法蘭上、下平面預(yù)留焊后加工余量，焊后精加工至尺寸,可以避免焊接變形帶來的法蘭平面翹曲。（2）對快開門結(jié)構(gòu)密封環(huán)的要求。為保證快開門機(jī)構(gòu)的開關(guān)靈活，密封性能良好，保證罐內(nèi)氣體不會泄漏，設(shè)計采用唇型氟橡膠密封，密封圈鑲?cè)敕ㄌm槽中背后通入0.6MPa壓縮空氣，用壓空的吹力將密封圈緊貼罐蓋密封面，從而起到密封作用。所以該作用機(jī)理對氟橡膠的軟硬程度有較高的要求，圖中設(shè)計要求氟橡膠達(dá)到邵氏硬度45度，硬度太硬裝配困難、太軟密封效果不好，既保證裝配順利，又起到密封效果。（3）磁力風(fēng)機(jī)底座加工難點。本設(shè)備在罐體內(nèi)需要高溫循環(huán)風(fēng)，設(shè)計采用磁力風(fēng)機(jī)，磁力風(fēng)機(jī)采用機(jī)械磁力密封結(jié)構(gòu)，既可以轉(zhuǎn)動，同時也可以保證設(shè)備工作時，罐內(nèi)熱空氣不外泄。由于磁力風(fēng)機(jī)出廠時葉輪是做過動平衡實驗的，所以為確保風(fēng)機(jī)安裝后運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對磁力風(fēng)機(jī)的安裝底座有嚴(yán)格的要求，包括底座平面度、底座安裝內(nèi)孔相對罐體中心的垂直度等。如何正確加工磁力風(fēng)機(jī)底座也是整臺設(shè)備加工的關(guān)鍵點，我們采取的加工工藝是對安裝磁力風(fēng)機(jī)的底座的上平面和內(nèi)孔保留3～5mm余量，先粗加工后，將留有余量的底座與球型封頭焊接成形。整體焊接完成后上立式車床以圖中A面為基準(zhǔn)精加工高度418尺寸上平面及φ150內(nèi)孔到尺寸，從而保證電機(jī)接觸上平面的平面度，以及電機(jī)內(nèi)孔的垂直度，防止焊接產(chǎn)生的變形，保證磁力風(fēng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時的平穩(wěn)性。（4）氣化罐整體熱處理。該設(shè)備進(jìn)行焊后熱處理，根據(jù)設(shè)備使用材料Q345R、16MnⅣ等相關(guān)材料特點，制定熱處理工藝規(guī)范。熱處理的目的是消除設(shè)備筒體在卷圓受到機(jī)械擠壓以及設(shè)備在焊接時，受熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力，焊縫周圍熱影響區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力，設(shè)備整體熱處理后，設(shè)備內(nèi)應(yīng)力消除，內(nèi)部組織更加穩(wěn)定。

4 氣化罐的驗收

（1）對設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗及氣密性試驗。在完成了無損檢測、總裝檢驗等項目后，對氣化罐進(jìn)行耐壓試驗及氣密性試驗，圖紙要求耐壓試驗的介質(zhì)采用水，水壓試驗是對容器密封結(jié)構(gòu)和焊縫以及容器強(qiáng)度的檢查，氣化罐經(jīng)1.0MPa水壓試驗，無滲漏、無可見的異常變形、無異常響聲，試驗合格。氣密性試驗的介質(zhì)為含氨體積比1%的壓縮空氣，經(jīng)0.84MPa試驗，用酚酞試液檢查各焊縫及密封面符合要求，無滲漏、無異常聲響，試驗結(jié)論為合格。（2）空載驗收和運(yùn)行驗收。空載驗收包括對氣化罐密封性能、風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況、電子稱、30B軌道以及角閥操縱裝置能否正常、氣化罐升溫檢查等內(nèi)容。經(jīng)用戶現(xiàn)場試驗驗收后,該設(shè)備運(yùn)行正常和完全具備生產(chǎn)能力。

5 結(jié)語

從影響該設(shè)備制造零部件加工、焊接、裝配、檢測等主要因素入手，經(jīng)分析研究，提出保證其殼體與門制造精度、焊接質(zhì)量的工藝措施，并成功用于制造，保證了產(chǎn)品以優(yōu)異質(zhì)量交付用戶，實踐證明制造工藝方法正確。2012年中核建中核燃料元件有限公司又在中核北方公司4×100噸生產(chǎn)線中成功制造4臺氣化罐，已安裝至用戶現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試，并投入使用，用戶對建中公司發(fā)來感謝信。（2）核設(shè)備制造需把握的關(guān)鍵要素。核設(shè)備制造要先熟悉設(shè)備工藝使用特性，尤其是動態(tài)特性的變化，現(xiàn)場的工藝流程，便于對設(shè)備制造質(zhì)量細(xì)節(jié)部位的加工質(zhì)量進(jìn)行識別與控制。制造加工前的質(zhì)量策劃非常必要，對加工過程質(zhì)量風(fēng)險辨識清楚，對過程環(huán)節(jié)的工藝文件，過程信息辨識完整，使過程控制更加精準(zhǔn)有效，提高產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性，不出現(xiàn)系統(tǒng)質(zhì)量風(fēng)險。

[1]GB150.1～150.4-2011.壓力容器.

[2]JB/T4731-2005.鋼制臥式容器.

[3]NB/T47014-2011.承壓設(shè)備焊接工藝評定.

[4]JB/T4730.1～4730.6-2005.承壓設(shè)備無損檢測.

TL21

A

1671-0711（2016）11（下）-0018-02