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新(乏)蒸汽换热器国产化制造技术点击：2077 日期：[ 2014-04-26 21:57:53 ] |
| 新(乏)蒸汽换热器国产化制造技术 何大波 (中广核工程有限公司,广东深圳 518124) 摘要：新(乏)蒸汽换热器是核电站常规岛MSR的核心设备,在制造技术上与常规换热器相比有一些突出特点和更高要求,结合实际制造过程中的工艺经验,对其特点和要求进行了总结和探讨。 关键词：新(乏)蒸汽换热器;精度;堆焊;胀接 中图分类号：TQ051·5 文献标识码：B 文章编号：1001-4837(2006)07-0033-03 1 概述 新(乏)蒸汽换热器是广东岭澳核电站工程二回路“四器一冷”中最关键的组合式复合型大型容器———汽水分离再热器(简称MSR)的重要部件,也是实现MSR制造技术国产化的关键设备。这两台换热器的作用是使MSR能有效地将经汽水分离后的饱和蒸汽,通过热交换,变为过热蒸汽,从而降低低压缸末级的排气湿度,并增加低压缸的出力。其结构如图1所示,主要设计参数见表1,主要部件材质及规格见表2。 该设备由法国ALSTOM公司设计、监造,采用BS 5500、欧洲EN标准及ALSTOM工程标准制造验收。由于这两台换热器属于技术引进型的核电站设备,所以在制造技术上与常规换热器相比有一些突出特点和更高的要求,下面就这些特点和要求进行简要的总结和探讨。 2 清洁度 换热器的制造不但对生产场地、环境的清洁度有较高的要求,对零部件的表面清洁度也提出了非常严格的要求,其中最典型的是对管板、管架的清洁度。为了在不影响零件表面粗糙度的前提下,有效去除在备料、机加、装配、焊接等工序过程中产生的熔渣、飞溅、油污等污物,采取了石英砂喷丸,酸、碱溶液分步除油、钝化,喷雾和浸泡相结合的表面处理方法,例如对管板的表面处理过程: 碱液(80℃)喷雾除油→流动碱液(80℃)浸泡除油→普通水流动漂洗→酸液(80℃)浸泡除油→软化水流动漂洗→碱性钝化液(50℃)浸泡钝化→干燥脱油压缩空气吹干。 对管架的表面处理过程(管架材质:S275J0):碱液(80℃)喷雾除油→普通水冲洗→干燥脱油压缩空气吹干→喷砂→除尘→碱液(50℃)喷淋→干燥脱油压缩空气吹干喷漆。 通过以上措施,严格控制溶液浓度、处理时间最终取得了良好的效果。 3 管架制造精度的控制 以新蒸汽换热器为例,换热管为Φ19·05 mm×1·75 mmU型鳍片管,直段长度16500 mm,数量132根;管架由32块厚度为10 mm的隔板组成,总长16145 mm,隔板孔径Φ19·4 mm+0·25mm;管架隔板装配同心度要求非常严格,任意两块隔板孔同心度不大于0·5 mm。 这样严格的要求是十分必要的。因为在实际工况运行中不可避免地产生振动,而胀焊结构的管端相当于刚体力学分析中的插入端,换热管本身的刚性又较差,如果管架隔板的同心度不能满足要求,即使穿管很顺利,但管子在管架中还是柔性的,管束整体刚性不足,势必造成运行中管子末端的较大振幅由于隔板同心度不好,不能均衡振动产生的反作用力,所以振动产生的大部分能量只能由管端的胀口和焊口来承受,经过长期的反复作用,最终使管端的胀焊结构过早地产生疲劳破坏,从而大大降低使用寿命。对于换热管较长、刚性较差的换热器,这是一个不可忽视的问题。 保证隔板同心度的主要方法: (1)隔板周边机械加工,分组叠钻,数控钻床定位; (2)管架装焊采用专用工装,既保证隔板定位精度,又增强管架整体刚性,减小焊接变形; (3)用光学经纬仪全程监控管架焊接过程中的变形情况。 在使用定位工装的基础上,每块隔板的装配均由光学经纬仪进行校准,而且标尺是由三根与鳍片管外径等同的检验棒通过隔板孔来定位,这样就可以消除由于隔板周边分组加工而造成的误差;在管架的焊接过程中,根据光学经纬仪测得的数据,随时调整焊接次序和间隔时间,通过合理的焊接顺序减小或均衡焊接变形。 4 管端的定位 换热管在管架中是以尾部U型端为基准,而在管板端换热管与管板齐平,这就要求在管端定位胀后,将管子伸出管板部分磨平。由于管子与管架不相连接,在定位胀时很容易将管子拉出,既破坏管子的定位又破坏了管子的U型尺寸,使管子预应力加大。为解决定位问题,采取了以下方法: (1)按管子的实际伸出管板长度尺寸,分几种规格制做定位胀止挡。定位胀实际操作时,将止挡套在胀管器和管子伸出部分上,两端分别与管板和胀管器贴合,止挡中部的台阶与换热管的端面贴合,这样在胀接时就由止挡按管子的实际伸出长度限制了管子在管板中的位移,顺利地实施定位胀。如图2所示。 (2)定位胀完成后,管子伸出部分用专用砂轮片切断(保留0·5~1 mm),用柔性砂轮片磨光。需要注意的是,事先要将管端内塞入海绵球,以防止切屑污染管子内部。 5 管板堆焊及加工 为控制和减小管板堆焊产生变形,堆焊采用纵向、横向及环向相结合的办法,这种堆焊方法避免了通常采用的同心圆堆焊或螺旋线堆焊所产生的管板较大变形,因为纵向堆焊与横向堆焊产生的变形大部分相互抵消,外环堆焊工作量小,产生的焊接变形易于控制,也易于校正。如图3所示。 6 NH3检漏 换热器管端焊接结束后,管端胀接之前需进行氨检漏,要求检漏精度的量级为10-5mbar·cm3/s。换热器管束部分没有外壳,故需借助试验筒完成。为保证检验精度和防止发生意外,首先对壳程抽真空至6torr(800 Pa),并自行保压10 min,此时应使工件的温度保持在7℃以上,避免结霜,充氨气并加压至0·15 MPa,保压10 h。在此过程中,要用5%的弱酸溶液中和管板表面及水室内表面,并用干燥无油空气吹干,确保检验区域内无游离的氨存在。用充分浸透显影剂(1%酚酞+50%酒精+49%水)的滤纸贴在管板表面,15 min后检验滤纸是否变色。合格后氨气的排放十分重要,一般氨气是直接排入水中(1 L水可溶解800 L氨气),但要始终保证试验筒内正压,并充入氮气,除排氨阀、充氮阀以外,其余阀门必须关闭。不可用真空泵抽氨气,因为氨气对泵有腐蚀(除非专用泵),另外极易将水抽入容器内,与氨气形成氨水,对设备造成严重的腐蚀。 7 管端胀接 管子管板采用风动辊子胀接,胀接扭矩由工艺评定确定,每个待胀管孔周围都按管板实际布孔方位有4个非胀管孔,以期完全模拟产品的实际胀接情况。胀接扭矩初步设定在17~21 N·m,胀管机上设有扭矩锁定装置,并用扭矩测定仪校准。胀接结束后,以1·2 MPa进行水压试验检漏,测定管子胀后内径,最后进行拉脱力试验。合格标准:管端无泄漏,拉脱力不小于10 kN。并绘制扭矩与拉脱力关系曲线及扭矩与壁厚减薄率关系曲线,确定产品实际胀接扭矩。在穿管前,将管板预热到30℃以上,直至管端胀焊全部结束。这样做的目的是将管子与管孔之间的湿气彻底蒸发,以免影响管端胀焊质量。胀接尺寸见图4。 8 水压和烘干 换热器水压的水质要求非常严格,除对氯离子、氟离子和电导率有规定外,水中还要加入200 mg/L浓度的肼(N2H4),并充入氨气使pH值成弱碱性,是为了使水的化学成分与工件表面处理的介质相适应,防止工件内表面产生锈蚀。水压后的烘干是保证换热器质量的重要环节,但往往易被忽视。 9 管板孔与侧向热电偶孔的加工 9·1 加工难点 MSR中LS、BS的管板均布有Φ19·274 mm孔各2642个,钻孔深度分别为432 mm和267 mm,孔的位置、表面光洁度、孔径圆柱度、孔中心线对管板的垂直度均有较高要求。另外管板侧面有4个热电偶孔,孔深直径小,属于超深(径长比D/L=77)盲孔加工,加工难度较大。管板热电偶孔属台阶盲孔,其属超深盲孔,若采用普通镗床或钻床,不但设备精度不够,而且还要配超长钻头,如图5所示。 9·2 管板孔加工的工艺方案 设备:三轴数控钻床;加工工具:Φ19·35 mm,BTA钻头。该设备与刀具的选择保证了管孔的加工质量。 9·3 管板侧向热电偶孔加工的工艺方案 (1)先加工Φ30 mm沉孔(在BFP125落地镗床上进行); (2)然后用Φ16·25 mm BTA深孔钻加工400mm的深孔; (3)再用改制的Φ6·25 mm专用钻头加工深480 mm的孔(在HTB-Ⅲ深孔钻上进行),采用高转速、低进给切削参数,反复倒屑,终于圆满完成了该孔的加工。 10 结语 新(乏)蒸汽换热器的制造,在以往常规换热器制造经验的基础上进行了工艺技术方面的改进,对于清洁度、管架装配、管板堆焊、管端胀焊等方面的特点、质量要求与控制手段,以及这些方面对于产品设计性能的保证,有了清晰的认识,而且将这些经验应用在其他常规换热器制造中,摒弃了以往落后的观念和工艺控制手段,为今后换热器产品的制造工艺技术的不断改进提供借鉴方法。 作者简介:何大波(1971-),男,工程师,主要从事核电设备国产化与设备监造工作,通讯地址:广东深圳市大亚湾核电基地LD3308中广核工程有限公司设备监造处。 |
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