王立昆，王新紅，劉銀河

(哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150046)

0 引言

要求高，專用技術標準多且要求嚴格(吸收和轉化40余項技術標準)，結構形式見圖1。

圖1 高壓加熱器結構示意

AP1000核電機組高壓加熱器是回熱系統(tǒng)中重要的加熱設備［1］，對其進行制造研發(fā)和國產(chǎn)化是我國核電常規(guī)島產(chǎn)品發(fā)展的必然。某公司生產(chǎn)的核電機組高壓加熱器，是引進國外技術，并按照ASME和我國《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》等技術標準進行制造。

1 AP1000核電高壓加熱器產(chǎn)品結構特點

該核電常規(guī)島高壓加熱器其結構和技術特點與常規(guī)高加產(chǎn)品存在較大差異，制造難度大，精度

2 主要參數(shù)及零部件規(guī)格

該高壓加熱器主要設計參數(shù)見表1，主要零部件材質及規(guī)格見表2。

表1 主要設計參數(shù)

表2 材質及規(guī)格

3 AP1000核電高壓加熱器制造工藝

主要制造技術難點:

(1)水室封頭成型及組件機械加工;

(2)管板堆焊、水室內(nèi)件裝配及焊接;

(3)管板深孔BTA加工;

(4)管系裝配;

(5)管子－管板密封焊、氦檢漏;

(6)管子－管板機械脹接;

(7)外殼體組件制造;

(8)總裝及水壓;

(9)環(huán)縫局部熱處理;

(10)清潔度控制(擦拭試驗)。

下面重點介紹其中的幾個難點。

3.1 水室組件

核電高加水室組件主要由水室內(nèi)件，人孔座，水室封頭，進、出水管等組成。

3.1.1 水室內(nèi)件

水室內(nèi)件結構復雜(見圖2)，裝配尺寸要求嚴格，操作空間狹窄，使內(nèi)部焊接及進水側堆焊工作增加了難度;通過編制工藝方案確定合理的裝焊順序，最終保證生產(chǎn)順利進行。

圖2 水室內(nèi)件結構示意

3.1.2 人孔座

人孔座上布置12個M72 mm×6 mm螺紋孔，因先加工螺紋孔再與水室封頭組焊，焊接工作量大，不但影響螺紋孔位置精度，而且熱處理后產(chǎn)生氧化皮易影響螺紋質量，所以采用數(shù)控鏜銑床預留二次余量進行組件整體螺紋銑加工(如圖3所示)。

圖3 人孔螺孔組件加工現(xiàn)場

3.1.3 管接頭坡口加工

高加水室封頭及筒身上的接管水壓余量在水壓試驗后需要去除，但接管坡口均為變角度坡口，公差要求嚴格，無法采用氣割修磨的方法加工。針對此種情況采購了先進可移動的大直徑接管加工專用設備進行坡口加工［2］(見圖4)，不僅可以完成各種角度坡口加工，而且能較好地保證接管坡口質量。

圖4 坡口加工

3.2 管系組件

該核電高加最關鍵、技術含量最高的是管系制造部分，管系主要由管板、U形換熱管、隔板、支撐板、管箱等組成。其主要工序包括管板深孔加工、管系組立、穿管以及管子－管板焊接、脹接，氦檢漏、清潔等。

3.2.1 管板組件加工

核電高加管板孔區(qū)為偏心結構，為防止管板不銹鋼層剝落，四周采用凹槽堆焊結構(見圖5)，管板有效厚度361 mm(見表3)。

圖5 凹槽堆焊結構示意

表3 管板孔參數(shù)

管板深孔加工采用三軸數(shù)控深孔鉆床，鉆孔前根據(jù)產(chǎn)品的材料特性，選擇合適材料及尺寸的BTA鉆頭，并用同材質鍛件試樣嚴格模擬管板加工。首先通過工藝試驗對設備進行調(diào)試，保證設備加工產(chǎn)品時處于最優(yōu)狀況;其次，通過工藝試驗摸索最佳的鉆削參數(shù);最后，根據(jù)試驗結果制定相應的鉆孔工藝規(guī)程，指導車間實際生產(chǎn)，最終保證了管板深孔加工精度［3］。

3.2.2 穿管操作

核電高加管系主要由疏水段及凝結段兩部分組成，采用支撐板、防沖板焊接結構形式，沒有常規(guī)高加拉桿、定距管結構;隔板中間用大型排氣箱取代常規(guī)高加隔板中間排氣管，而且全部采用焊接結構，這就極易產(chǎn)生焊接變形，使隔板的間距、管孔的同軸度及管架的直線度很難保證。而且管板孔區(qū)的偏心結構給管系的裝配帶來很大難度，再加上技術條件對U形管穿管力有嚴格控制(不得超過147 N)，這對管板、隔板管孔同心度的調(diào)試提出了極其嚴格的要求。通過技術攻關并提制多套管系組立工裝，最終保證了管系裝配精度［4］。

(1)隔板裝配。將隔板固定在新體制管架裝配工裝上(見圖6)，利用定距工裝調(diào)整隔板間距、隔板水平及垂直方向的尺寸，使用水平儀測量各個隔板在同一條水平面上，使用準直望遠鏡調(diào)整所有隔板孔在同一條直線上，位置合格后將隔板固定。

圖6 管系組立工裝

(2)管架與管板組裝。調(diào)整管架與管板間距，穿直換熱管，查看穿管阻力及管子劃傷情況，并使用光學儀器對管板的垂直度、直線度、同軸度反復測量和調(diào)整，控制同心度公差在技術條件允許范圍。

(3)穿管。技術條件對穿管力提出嚴格要求(不得超過147 N)，穿管時使用測力計進行測量(見圖7)，一般在換熱管開始進入管板時，換熱管阻力最大，通過對管板、隔板管孔同心度的反復調(diào)試，最終將穿管力控制在80～120 N。

圖7 換熱管測力操作示意

3.2.3 換熱管脹接試驗

核電高加采用了常規(guī)高加不曾采用的壁薄、回彈大的不銹鋼換熱管(SA688TP304L φ15.88 mm×1.3 mm)，且連續(xù)三段3×25 mm機械脹接(見圖8)，脹后的拉脫力不小于19640 N，為此按技術要求進行了三輥機械脹接工藝技術研究，繪制扭矩與管壁減薄量的曲線、扭矩與拉脫力的曲線［5］，最終確定合適的脹接扭矩 8.5～9 N·m。通過制定脹接工藝規(guī)程用于指導生產(chǎn)，產(chǎn)品脹接時每班次開始和結束時要檢查脹管器和扭矩設定;每班次、每脹管機都需做一個產(chǎn)品試樣;并將新型脹管設備、脹接扭矩儀應用于AP1000核電常規(guī)島高加產(chǎn)品制造中，最終滿足管子－管板脹接及拉脫力要求。

圖8 脹接結構示意

3.2.4 管子 －管板焊縫氦檢漏

為保證核電高加制造質量，滿足核電廠安全運行需要［6］，管子－管板焊后需要對管端焊縫進行檢測，使用氦檢漏代替原技術條件要求的“上水試驗”，在高加殼側抽真空、充氦氣，然后對焊縫進行氦檢漏檢查。

3.3 輔助資材及清潔度控制

核電常規(guī)島高加是二回路的主要設備，對清潔度有嚴格的規(guī)定和控制，為此編制了詳細的有關清潔和防污染等方面的工藝規(guī)程［7］，用以規(guī)定高加不同制造階段的清潔要求、清理方法、清潔工具及驗收條件。下面主要介紹輔助資材及清潔度方面(擦拭試驗)的控制。

3.3.1 輔助資材控制

該項目針對不同的材料(低合金鋼、不銹鋼和鎳基合金)規(guī)定了各種用品［8］、工具的使用條件及要求，例如標記用品(膠帶、記號筆)、深孔鉆切削油對化學成分有嚴格的限定，使用前對其進行化學分析，合格后方可投入使用，因此制定了輔助資材管理規(guī)程對輔助資材進行防污染控制，最終保證產(chǎn)品制造要求。

3.3.2 清潔度控制

該產(chǎn)品要求對管板、換熱管等部位進行擦拭試驗，該試驗是一種驗證清潔度的方法，對一些化學元素進行了限定，例如Na，K，Cl，F(xiàn)等含量在不能超過0.5 mg/m2，主要有干法和濕法兩種清潔方式，采用濕法進行清潔。首先使用溶劑對管板、隔板、殼體內(nèi)部、一定U形換熱管外面(包括直邊、U形部位)，水室內(nèi)(包括管板面)進行噴涂作業(yè)(用液壓泵進行噴涂)，自然干燥，然后用溶劑進行手擦試驗(用布除去殘留的溶劑)，再用A級水進行手擦作業(yè)，最后進行擦拭試驗。通過制定相應標準，培訓操作人員，控制環(huán)境，最終滿足了產(chǎn)品的擦拭要求。

3.4 水壓試驗

水壓試驗是檢驗高壓加熱器強度及密封性的一道重要工序。核電高加的水壓試驗因換熱管為不銹鋼材料，有特殊的清潔要求，所以對水壓試驗的要求更加嚴格。首先要求使用A級水，并在水中加入一定的配比輔助資材允許的防銹液，通過制定相應的工藝規(guī)程對水質、水壓試驗速度及水溫進行規(guī)定和控制，最終確保了水壓試驗一次合格，水壓后使用干燥機對水室側及殼側進行干燥處理。

4 結語

為積極探索和實踐該項目國產(chǎn)化研究，投入大量的人力物力，并經(jīng)過多項技術攻關，解決了許多制造難題，在吸收國外先進的核電制造經(jīng)驗和教訓的基礎上，成功地掌握了核電常規(guī)島高加的制造技術，實現(xiàn)了我國第三代AP1000核電站常規(guī)島部分設備制造自主化的目標。

［1］ 唐卉.AP1000核電機組高壓加熱器技術特點［J］.電站輔機，2012，33(4):4 －7.

［2］ 王立昆，李國驥，程亮，等.國內(nèi)首臺倒置立式1060MW核電機組高壓加熱器制造研究［J］.鍋爐制造，2012(2):41－43.

［3］ 宋祥春，李國驥.超臨界高壓加熱器研制［J］.壓力容器，2008，25(3):37 －40.

［4］ 盧波.加熱器穿管工藝系統(tǒng)研究［J］.機械工程師，2011(7):66－67.

［5］ 石曾偉，高俊根，劉世輝.核級熱交換器管子管板脹接及質量控制［J］.電站輔機，2013，34(2):5 －8.

［6］ 白晉華，蔣慧黠，李京彥.國內(nèi)AP1000核電項目質量保證分級方法初探［J］.核動力工程，2012，33(6):144－146.

［7］ 董自謙，潘文婷.三代核電常規(guī)島設備制造質量控制［J］.鍋爐制造，2013(5):58－60.

［8］ 王磊.AP1000國產(chǎn)非能動余熱排出熱交換器關鍵制造工藝分析［J］.壓力容器，2012，29(8):44－48.