關(guān)于AP1000蒸汽發(fā)生器穿管過程傳熱管凹痕的產(chǎn)生與控制研究

辛成舉

中核遼寧核電有限公司 遼寧 興城 125112

正文：

1.引言

傳熱管凹痕一般情況下不會造成管壁減薄，但有可能因應(yīng)力集中導(dǎo)致降質(zhì)失效。若傳熱管存在凹痕，在電站運(yùn)行中將增加蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂的風(fēng)險，因此傳熱管的質(zhì)量控制在SG制造過程有著舉足輕重的作用。

2.現(xiàn)狀描述

當(dāng)前世界范圍內(nèi)的AP1000堆型SG制造普遍存在穿管工序完成后其傳熱管表面產(chǎn)生凹痕，渦流檢測發(fā)現(xiàn)DNG信號的現(xiàn)象。某項(xiàng)目蒸汽發(fā)生器（SG1）穿管后在449根傳熱管上發(fā)現(xiàn)了941處凹痕，與其他國內(nèi)同堆型蒸汽發(fā)生器對比，該臺蒸汽發(fā)生器傳熱管凹痕數(shù)量更多、情況更嚴(yán)重。

根據(jù)渦流檢測結(jié)果，對449根傳熱管上的941處凹痕在傳熱管軸向的位置進(jìn)行分析，凹痕集中在第9塊（最靠近管板的定義為第1塊）支承板以上的位置，根據(jù)SG結(jié)構(gòu)，第9和第10塊支承板之間的距離理論值為931.5mm，管板厚度為798mm，可判定99%以上的凹痕是傳熱管穿至管板區(qū)域后產(chǎn)生的。

3.原因分析及預(yù)防措施

3.1 管板孔對穿管卡澀的影響及預(yù)防措施

3.1.1 影響因素分析

綜合考慮管板孔徑、管孔一次側(cè)表面位置度公差、垂直度公差、二次側(cè)表面任意兩孔間最小孔橋、傳熱管外徑及管板孔與換熱管之間的最小間隙，一旦管板孔孔徑、位置度及垂直度出現(xiàn)偏差，穿管卡澀的幾率將增大。

通過數(shù)據(jù)對比SG1、SG2的管孔尺寸數(shù)據(jù)差異不大，且總體滿足圖紙要求，因此可判定管孔尺寸不是SG1穿管卡澀的主要因素。

3.2 支承板孔對穿管卡澀的影響分析及預(yù)防措施

3.2.1 影響因素分析

支承板孔內(nèi)切圓直徑與傳熱管間隙范圍為0.17～0.55mm，由于裝配后支承板孔的相互同心度還存在一定的誤差，因此支承板孔內(nèi)切圓直徑越大，與傳熱管之間的間隙也越大，穿管發(fā)生卡澀的幾率將更小。

SG1支承板梅花孔內(nèi)切圓直徑使用Φ17.802mm通規(guī)檢查，屬于圖紙要求范圍的中間值。SG2使用的是Φ17.745mm的通規(guī)檢查，孔徑直徑滿足圖紙要求，但只比圖紙要求的下限大0.005mm，且以Φ17.802mm的通規(guī)檢查支承板孔較多不能通過。

根據(jù)SG1與SG2的對比，若其他方面差異不大，可判定支承板孔徑尺寸是影響穿管阻力的重要因素之一。

3.2.2 預(yù)防控制措施

從穿管角度分析，支承板孔內(nèi)切圓直徑偏圖紙要求上限，嚴(yán)格控制位置度、垂直度，則對穿管有利。對支承板的加工可從以下幾個方面控制：

1) 加強(qiáng)支承板內(nèi)切孔尺寸控制，使支承板內(nèi)切孔尺寸接近圖紙要求上限。

2) 由于加工后，支承板的重量剩下不足35%，剛度不到加工前的1/4，需設(shè)計專用胎具進(jìn)行找正、裝夾固定，保證加工變形及不平度在控制范圍內(nèi)。

3) 拉孔時嚴(yán)格控制拉刀與支承板孔的對中定位精度（偏差±0.1mm），從而保證支承板孔位置度的精度（要求Φ0.3mm）。

4) 保證支承板孔孔口圓角成型尺寸在圖紙要求范圍內(nèi)（0.5mm≤R≤2.3mm）。

5) 保證孔表面完成情況良好，表面無損壞、粗糙度合格。

6) 保證孔輪廓線的曲率符合圖紙要求。

3.3 支承板裝配對穿管卡澀的影響及預(yù)防措施

3.3.1 影響因素分析

綜合考慮支承板孔內(nèi)切圓直徑、傳熱管直徑、傳熱管和支承板孔的間隙范圍。在支承板孔尺寸偏下差的情況下，安裝精度低會增大穿管卡澀的幾率。

由安裝數(shù)據(jù)對比可知，SG1支承板的安裝精度低于SG2。因此可判定支承板的裝配精度低也是穿管卡澀的重要因素之一。

3.3.2 預(yù)防控制措施

從穿管角度分析，裝配時嚴(yán)格控制支承板孔與管板孔同心度、支承板平面度，對穿管是否順暢起到關(guān)鍵性的作用。具體控制措施如下：

1) 內(nèi)套筒組件裝配完成后將最遠(yuǎn)的一塊（即第10塊）支承板模擬安裝，提前確認(rèn)管板和第10、第9塊支承板安裝情況，減小誤差。

2) 嚴(yán)格控制第一組定位桿的安裝力矩，保證支承板安裝后的松緊度和平面度；同時控制每根定位桿受力均勻，保證支承板能夠處于合適的位置。

3) 確保楔形塊和支承板外圓無間隙并用塞尺進(jìn)行檢查，檢查及裝配好后進(jìn)行焊接固定，保證支承板徑向調(diào)整定位和防止旋轉(zhuǎn)。

4) 支承板平面度在不同區(qū)域選定5個孔進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否滿足安裝要求。

5) 在第一塊支承板安裝并調(diào)整后進(jìn)行檢查，使用帶有傳感器的前后兩段專用探測桿進(jìn)行檢查，從管板孔一次側(cè)伸入到第一塊支承板相對應(yīng)孔中并記錄下儀器顯示的相應(yīng)偏差數(shù)值。

6) 通過光學(xué)校準(zhǔn)及模擬穿管試驗(yàn)檢查支承板孔的直線度：通過一次側(cè)的光學(xué)校準(zhǔn)儀檢查校準(zhǔn)，通過調(diào)整，最后要求管板一次側(cè)孔中專門放置的十字線在支承板相應(yīng)孔十字雙線內(nèi)，記錄下相應(yīng)調(diào)整數(shù)據(jù)。

7) 采用與實(shí)際U形管外徑一致的直管進(jìn)行穿管模擬試驗(yàn)，一般選5個孔，檢查穿管時有無卡澀現(xiàn)象。

3.4 管系安裝對穿管卡澀的影響及預(yù)防措施

3.4.1 影響因素分析

穿管阻力異常是凹痕產(chǎn)生的客觀條件。根據(jù)SG1穿管記錄，穿管過程中共發(fā)生98次嚴(yán)重卡澀，僅有17根傳熱管存在渦流信號幅值。說明穿管阻力異常未必一定產(chǎn)生凹痕，穿管人員的操作是產(chǎn)生凹痕的主觀條件也是另一重要因素。

3.4.2 預(yù)防控制措施

根據(jù)穿管記錄，說明傳熱管卡澀后操作人員加以控制可避免凹痕的產(chǎn)生，但卡澀后具體如何操作才能避免凹痕則較為復(fù)雜，基本決定于操作者的經(jīng)驗(yàn)、相互配合默契度等人為因素，因此可考慮從以下幾點(diǎn)進(jìn)行控制：

1) 通過培訓(xùn)提高專業(yè)人員操作技能，在穿管異常情況能夠及時察覺并有初步的判定；增加穿管過程監(jiān)督檢查，對穿管人員操作的正確性加以督導(dǎo)。

2) 對于R段較大的傳熱管穿管，推動傳熱管直段部分時，嚴(yán)格保持推進(jìn)速度和推進(jìn)長度相同，最終使R段兩側(cè)部分同時到達(dá)支承板。

3) 在輕微卡澀的情況，可改進(jìn)穿管操作，使推力沿傳熱管軸向方向，避免產(chǎn)生大的橫向分力；在嚴(yán)重卡澀的情況，應(yīng)嚴(yán)格按照程序要求，停止穿管，分析根本原因，制定解決方案充分論證后實(shí)施。

4.結(jié)論

由于管板孔與換熱管之間的間隙較小，在支承板孔徑偏下差、支承板安裝對中精度偏低的因素共同影響下，使SG1穿管發(fā)生較多數(shù)量的阻力異常情況；同時由于穿管人員經(jīng)驗(yàn)不足，對卡澀的傳熱管操作時使傳熱管與支承板受力接觸造成了凹痕。

通過采取預(yù)防措施控制管板孔尺寸、支承板孔尺寸、支承板裝配精度等影響因素，可防止穿管發(fā)生卡澀，避免產(chǎn)生凹痕；而一旦發(fā)生傳熱管卡澀，通過調(diào)節(jié)穿管操作方法，也可避免凹痕的產(chǎn)生。