核电常规岛低压加热器的制造

摘 要：核电常规岛低压加热器（低加）是由我公司自主设计制造的首套1000MW核电机组常规岛主要设备之一，是核电机组常规岛二回热系统的关键设备。通过与常规火电低压加热器特点及结构异同点比较，介绍了核电常规岛低加主要研制工艺，解决了大直径接管焊接及管板堆焊变形、管子管板密封焊、液压胀管等工艺难题。

关键词：核电常规岛 低压加热器 制造

中图分类号：TL4 文献标识码：A 文章编号：1007—3973（2012）009—051—02

1 低加工作原理

按热力学第二定律：热量必然自发地从高温物体转移到低温物体。低压加热器以管子作传热面，汽轮机抽汽在管子外面，凝结水在管内。蒸汽凝结放热量通过传热面金属管壁传递给管内给水，从而提高凝结水温度。

我公司为国内某核电站2？000MW压水堆核电机组提供的低压加热器为3#，4#号低加。加热器为卧式、全焊接、U型管—管板式表面换热器。

2 加热器结构组成

（1）水室。水室包括椭圆形封头、水室筒节和人孔、给水管等。（2）管系。管系包括管板、U型管和折流板以及管板筒节，是整个加热器的核心。（3）外壳。外壳包括壳体筒身和椭圆封头、接管等。

3 核电常规岛低加与火电低加比较

（1）设计使用寿命不同。核电常规岛低加设计使用寿命为40年至60年，而火电低加为30年。

（2）热力参数不同。在相同的容量等级下，核电常规岛低加具有凝结水流量大、参数低的特点。

（3）加热蒸汽不同。核电常规岛低加的加热蒸汽为饱和湿蒸汽，火电低加的加热蒸汽为有一定过热度的蒸汽，相比火电低加，其温度与压力均更低。

（4）系统布置形式不同。3#低加为一段式（纯蒸汽凝结段）的结构形式；4#低加与火电低加相同，内部设置有疏冷段，为两段式（蒸汽凝结段+疏水冷却段）的结构形式。

（5）不锈钢U型管选材不同。常规火电低加材质为SA—688TP304，核电低加选用了含碳量更低、耐腐蚀性好的SA—688TP304L奥氏体不锈钢管。

（6）管板管孔直径不同。核电常规岛低加管孔由 16.25缩小为 16.20，管板孔的缩小，有利于胀接时管子与管板的良好贴合，但相应也增加了穿管难度。对立管系提出了更高的要求。

（7）管板不锈钢堆焊厚度不同。核电低加管板堆焊厚度由8mm减少为6mm，进一步减少堆焊后的管板变形。

（8）蒸汽进口管与筒体的焊接结构形式不同。因蒸汽进口管直径大（最大内径～900），筒身厚度又较薄（ 16），为防止焊接后收缩塌陷而影响管系的套装，核电低加将蒸汽进口管与筒身的焊接坡口由火电低加的外坡口更改为内坡口。

（9）管板与壳侧筒节的焊接结构形式不同。4#低加管板与壳侧筒节的对接环缝由火电低加的管板自带止口形式改为筒节直接与管板对接形式。该结构优点在于节省管板材料，环缝能实现外壁挑焊根，更便于保证环缝的焊接质量。但这要求筒节与管板的装配位置准确，筒节的圆度、内径偏差、端面垂直度等几何尺寸都必须严格的加以控制。

4 主要制造难点及解决措施

4.1 水室制造工艺

（1）封头。水室封头为标准椭圆封头，热冲压成型后端部削边，以消除封头直边压制后增厚所产生的环缝错边现象，保证了与水室筒节的顺利对接。

（2）水室筒节。水室筒节采用半自动气割方法下料，筒节在卷板机上采用冷卷冷校成型。

（3）给水管。给水管采用锻件机加而成。

（4）水室组件的装配。筒节上给水管孔在水室筒节与封头组装后，在避开焊缝的情况下，尽量开在筒节长轴上。为控制气割及焊接后收缩变形，防止大角焊缝产生应力而造成焊缝开裂现象，气割前在筒节内壁开孔两侧装焊防变形支撑，焊后冷态拆除支撑。

4.2 管系部件制造工艺

（1）管板。为尽量减少管板在堆焊时的变形，除将堆焊厚度由8mm减少为6mm外，工艺采取堆焊前将两块管板背靠背用拉筋板焊牢，堆焊热处理后拆除拉筋板的防变形措施。为使得管板堆焊层与换热管化学成分相近，避免成分稀释而影响焊接接头的性能及寿命，采用了奥氏体不锈钢EQ309L（过渡层）+EQ308L（覆层）堆焊管板。严格控制预热温度，焊后立即后热。

（2）立管系。由于管系长，管板孔由 16.25缩小为 16.20 ，相应增加了穿管的难度，为使管子顺利穿过管板孔，工艺采取了以下措施：1）管板孔采用数控加工，保证了相邻两管孔中心距偏差在设计范围内，孔的内表面粗糙度为Ra12.5。达到国家标准GB151 Ⅰ级换热器管板孔径孔差要求。2）折流板孔在数控平面钻上印孔后将4块一组叠钻成，确保了各折流板孔的同心度。3）穿管前调整好各折流板间的平行度、同心度及间距后，穿入直管定位，待穿入一定数量的换热管后撤出，以此进一步保证了穿管的顺利进行。

（3）封口焊。管子与管板接头承受着压差产生的轴向负荷，以及由于系统运行的开停而引起管子、管板的温差变化产生的交变应力，这就要求接头焊接质量有可靠保证。为此管子管板连接采用先焊后胀工艺，密封焊+强度胀的结构。封口焊采用自熔密封焊焊接，管板不开坡口。管子与管板采用了手工钨极氩弧焊进行封口焊。

（4）机械胀。工艺采用机械胀对管子和管板进行强度胀和贴胀。管子与管板进行胀接试验，在满足设计要求的拉脱力下确定最佳胀接扭矩值用于产品上。根据实验结果，模拟体在8NM（强度胀）+4NM（贴胀）钮矩胀接情况下，其拉脱力17000N—21000N之间，满足设计单根管子与管板胀接拉脱力≥14.1KN要求。

4.3 外壳制造工艺

（1）筒身及壳侧封头。单个筒节在卷板机上采用冷卷冷校成型，壳侧封头经热冲压成型。

（2）蒸汽进口管组件。蒸汽进口管（15CrMoR）因管子尺寸大，而筒身（Q345R）壁薄，管子与筒身焊接时易形成凹陷。且由于异种钢焊接，焊接应力大，需进行局部焊后消除应力热处理，这样最终使得管子与筒身焊缝焊接变形难以控制。为此，增加与筒身同材质的蒸汽接管，待与蒸汽进口管焊接进行整体消除应力热处理后，组件再与筒身进行焊接，焊后因同材质，不需再做热处理。筒身上坡口型式为内壁开V型坡口，小焊条小电流进行焊接，防止焊接内凹变形。

4.4 总装

（1）外壳与管系的套装。为确保管系安全顺利地套入壳体，工艺采用卧套方式进行套装。管系吊装到专用可拆支撑上，用行车和卷扬机配合牵引壳体，套入管系，边套入边拆除支撑，直至全部套入。

（2）终接环缝。4#低加筒节端部内侧装焊垫板，深入与之相焊的筒节内，为保证外壳与管系筒节坡口的良好对接，筒节与垫板一体加工终接环缝坡口。3#、4#低加管板与水室筒节，4#低加管板与管板筒节的连接因筒节直接与管板对接，这种结构对筒节与管板的装配位置准确性提出了更高的要求，筒节的圆度、内径偏差都必须严格的加以控制。工艺采取以下的措施：1）下料时控制钢板对角线的误差≤3mm。2）严格控制 D尺寸， 预弯前划出钢板的中心线和直边余量线，预弯时使用线锤找正中心线，从而保证钢板找正。3）用预弯模进行多次预弯成型，用检查样板控制预弯半径略大于筒体半径。

（3）封口焊氦检漏。为确保封口焊的密封性。胀接前采用灵敏度1？0—10pa.m3/s氦质谱检漏方法进行封口焊检漏，焊口全部合格。

（4）水压试验。控制试验用水中的氯离子含量≤25mg/L，产品经水压试验一次性检验合格。

5 结论

（1）管子—管板采用自熔密封焊+强度胀的结构，连接可靠，经氦检漏一次通过。

（2）工艺采取数控加工管板及各折流板孔，以及加直管定位的措施是可行的，保证了穿管的顺利进行。

（3）工艺采取降低管板堆焊厚度，以及热处理后拆除两块管板拉筋板的工艺措施能很好地减少管板的变形。

（4）对于大直径接管与筒身的焊接，结构上从外壁开V型坡口更改为内壁开V型坡口，防止了大直径接管焊后造成的筒身凹陷现象。

（5）通过实验确定的胀接钮矩，完全满足设计要求的单根U形管拉脱力要求。

参考文献：

[1] 中国国家标准化管理委员会.钢制压力容器（GB150—1998）[S].1998.

[2] 国家质量技术监督局.管壳式换热器（GB151—1999）[S].1999.