新型高效汽液分離干燥器裝置波紋板的制造

蔡振芳，趙金民，趙 鵬，王 燁

（上海東海壓力容器制造有限公司，上海 201209）

新型高效汽液分離干燥器裝置波紋板的制造

蔡振芳，趙金民，趙 鵬，王 燁

（上海東海壓力容器制造有限公司，上海 201209）

文章介紹了經大量試驗研究，研制成功的新型高效汽液分離干燥器波紋板的制造。該研究成果已應用于國內現有核電蒸汽發生器干燥器，能滿足設計和使用要求，該裝置的成功研制除了適用核電領域，也可應用于火電系統及需要干蒸汽的化工及其他工業領域。

干燥器；波紋板；制造

在國內核電廠中，核島的主要設備裝置由反應器、蒸汽發生器、穩壓器及有關泵閥等組成，反應器產生高壓蒸汽，必須經蒸汽發生器（見圖1）由一回路中間載熱體將其熱能在蒸汽發生器中加熱二回路水，產生一定溫度和壓力的蒸汽，但由于被汽化的蒸汽含有大量水分將嚴重影響汽輪機的正常工作，因此必須經分離干燥，將其水分分離到足夠指標（干度達99.75%）后，干蒸汽才能推動汽輪機正常工作發電。蒸汽發生器底部是一個U形換熱器，其管程走一回路熱載體，將其熱能加熱殼程的二回路水，并使其產生蒸汽，蒸汽經設在蒸汽發生器頂部的汽液分離干燥器（見圖2）分離水達到干燥。為了保證汽輪機能在較高負荷、壓力和循環倍率下，提供合格的蒸汽，就要求有高效的分離和干燥裝置，因此蒸汽的分離與干燥裝置是汽水分離的關鍵裝置，而完成這一功能的關鍵則是分離和干燥裝置中的波紋板。在我國已建和在建的核能裝置中，其波紋板大多由國外供應。2006年以來，我們在承接國家有關核電設計院、研究院以及制造廠和使用廠的制造項目，并在其協同下完成了相關堆型的波紋板的研制，共開發了8種結構的波紋板，均已應用于有關堆型，取得了成功，實現了國產化，目前已成功用于巴基斯坦恰希瑪項目的1、2、3、4號機組的一、二、三級分離器、三代機組AP1000、CPR1000、ACP1000的A/B型試驗件、CAP1400的試驗件及MSR性能試驗件，其中AP1000已經國產化鑒定認可。

圖1 蒸汽發生器Fig.1 Steam generator

蒸汽發生器干燥器結構如圖2所示，工作時，蒸汽經一級分離器分離后，由干燥器底部（見圖2）進入干燥器，經波紋板分離后，經過側向的分隔板從頂部排出，以達到汽水分離干燥的效果。干燥器由底部法蘭、外側圍筒、8組波紋板分離組件等構成，每個分離組件由疏水槽組件、波紋板葉片組件等構成。

需要指出的是，該裝置除了在核電裝置中應用外，還可以在火電和化工、石油系統等需要獲得高指標干蒸汽的場合應用。

圖2 干燥器及波紋板分離組件示意圖Fig.2 Dryer and corrugated plate separation component

1 波紋板的結構

在過去7年中，我們分別為AP1000、CPR1000、國內自主技術的CAP1400陸續開發了8種波紋板結構，其中以研究制造完成的CPR1000的波紋板結構最為復雜，當然這8種波紋板結構繁簡不一，但都滿足設計和使用，為了說明波紋板的研制，以CPR1000為例予以說明。

2 波紋板的制造

波紋板的研制，需制備復雜的工裝和模具，

經大量試驗才得以完成。波紋板的結構形式比較復雜，其尾鉤、擋水鉤、波紋板需要整體成型，要達到設計所要求的結構形狀，需經過多道工藝才能完成。第一步解決成型模具的試制，在完成模具試制后才能進行產品試制。

2.1 模具的研制[1]

根據設計圖紙的要求經分析研究，為能制造出合格產品，首先通過分析確定模具套數，即用多少加工模具實現產品的壓制。在此基礎上先進行小模試驗，待小模試驗成功后再擴大生產壓制實際產品用模，為此確定按以下四步實現波紋板的壓制。

2.1.1 初步設計

首先參考了產品圖紙和進口件產品，進行了仔細分析和研究，最終確定了加工工序，共分5副模具來完成波紋板產品的加工全過程：1）U形打彎模；2）S形打彎模；3）H形壓平模；4）V形打彎模；5）整體成型模。

2.1.2 制作小型試制模具

在加工正式模具之前，進行了大量小型模具的試驗工作，使每一道加工工序都能達到產品圖紙的要求。小型模具的尺寸為寬405 mm、長100 mm。因為在試制過程中有很多不可預知的情況，如變形量、回彈量、延伸率等，經許多試驗使每一道工序都得到了正確的數據，在此基礎上最終確定了實際產品用模具的圖紙設計。

2.1.3 加工制作產品用模具過程

根據小型模具試制驗證，設計了產品模具其寬度為405 mm、長1 400 mm。模具研制過程如下：

1）按圖紙設計要求采購模具材料。

2）根據圖紙進行粗加工，然后根據零件的要求進行熱處理，使每一個零件都能達到較好的機械性能和強度。

3）按各零件設計要求在加工中心上進行精加工，使每一個零件達到設計要求。

4）采購模具裝配所需要的各種標準件及附件。

5）裝配。

根據各道模具在沖壓過程中的使用要求進行裝配，使模具能非常正確地在導柱間進行靈活地上下運動，然后安裝各定位裝置，使每一道工序都能在加工時保證正確的尺寸要求。

2.2 波紋板制造方法及工藝路線的確定

經研究確定具體技術方法及工藝路線：

第一步：波紋板下料，下料用剪切方法，并于剪切后去除毛刺。

第二步：第一道工序沖壓尾鉤。

第三步：通過七道工序完成雙曲S形狀，同樣通過七道工序將S形波紋板形狀改變成U型形狀。

第四步：U形狀壓扁整體校正整形。

第五步：壓制V形板，同樣通過七道工序完成波紋板基本形狀和尺寸。

第六步：波紋板整體整形壓模。

通過上述六步工序完成波紋板的試制工作，在完成小試的基礎上，進行了大尺寸的試制，此后又完成了預投件10件的生產制造。在完成研制過程中，除了完成模具的研發及修正，有關工裝的試制、測量檢具的試制外還完成了有關制造文件、質量控制文件及程序文件，如蒸汽發生器波紋板（折板）科研方案、制造大綱、質量計劃、尺寸檢查程序、壓制程序、液體滲透程序、清潔程序、制造工藝流轉卡、專業檢測量具等。

2.3 原材料采購及選用

試件采用厚度δ＝1.2 mm的ASME A240-316L不銹鋼材料[2]，材料采購經入廠驗收入庫。其機械性能與化學成分需符合要求。

2.4 試制工藝的確定

1）完成模具的研制及試驗修正：

●模擬模具制造；

●模擬模具試壓：模擬模具經4次修正，4次試壓，模擬模具成形后能滿足圖紙要求；

●生產模具設計制作；

●生產模具經3次修正，3次試壓；

●壓制科研件4件。

2）按圖紙尺寸材料下料，下料后尺寸檢查，滿足通過模擬壓制確定的波紋板展開幾何尺寸，并去除毛刺。

3）下料后成形前，作目視檢查其表面質量，不允許存在任何刮傷、皺紋、裂縫、凹坑、疤痕、嵌入物、金屬異物等。

4）按工藝文件壓制波紋板。

5）壓制后用堿性溶液清洗，禁止酸洗。

6）壓制各中間過程均采用樣板檢查。

7）壓制后作目視檢查以不存在任何刮傷、皺紋、裂縫、凹坑、疤痕、嵌入物、金屬異物為合格。

8）按蒸汽發生器波形板液體滲透檢驗程序對波形板壓制受檢表面進行液體滲透檢驗。

9）成品表面做防鐵素體污染清洗，按蒸汽發生器波形板清潔程序。

2.5 有關幾何尺寸的檢查結果

為了能正確檢查試制件的幾何尺寸，我們制訂了專用樣板，并取得檢驗證書，經檢驗各件幾何尺寸結果完全符合圖紙的幾何尺寸要求。

3 試壓產品

用設計好的產品模具首先壓制了產品波紋板，在檢驗合格后又壓制了預投件10件。

套模具在最初設計時進行了正確的工序，所以在進行試壓過程中比較順利，經檢驗試壓出的產品都能達到圖紙要求，其壓制過程如圖3～圖8所示。

圖3 剪板Fig.3 Cutting plate

圖4 壓尾鉤Fig.4 Pressure tail hook

圖5 壓擋水鉤Fig.5 Pressure water retaining hook

圖6 壓S形Fig.6 Pressure S-shaped

圖7 壓U形Fig.7 Pressure U-shaped

圖8 整形Fig.8 The whole shape

4 波紋板壓制步驟工裝、程序介紹

步驟1：下料，為防止板材表面劃傷，工作場所應進行適當隔離，工件的存放設有保護措施。采用一臺2 600×6數控切機完成。

步驟2：沖壓S形板片。分為以下兩道工序：

（1）沖尾鉤

尾鉤沖壓在160 t專用沖壓折邊機上，用專用模具沖壓成形，如圖9所示。

圖9 沖尾鉤Fig.9 Blunt tail hook

（2）沖壓擋水鉤

擋水鉤在320 t專用沖壓折邊機上，用專用模具沖壓成形，如圖10所示。通過七道步驟完成S形板片，沖壓在四立柱320 t油壓機，工作臺面尺寸為1 000 mm×2 000 mm，行程大于800 mm。

圖10 沖壓擋水鉤Fig.10 Stamping water retaining hook

步驟3：沖壓U形板片。在四立柱320 t油壓機上，用專用模具沖壓成形，如圖11所示。通過七道沖壓，將S形板片沖壓成U形板片。

圖11 沖壓U形板片Fig.11 Stamping U-shaped plate

步驟4：U形板片整體校正，在800 t油壓機上進行，如圖12所示。

圖12 U形板片整體校正Fig.12 U-shaped plate correction as a whole

步驟5：沖壓V形板。在320 t油壓機上，通過7道步驟完成波形板毛坯，如圖13所示。

圖13 沖壓V形板片Fig.13 Pressing V-shaped plate

步驟6：整形。波形板用專用模具在800 t油壓機上，整體整形如圖14所示。

圖14 整體整形Fig.14 The whole shape

5 結論

波紋板研制成功后，我們組織了國內核電領域專家評審，經過與國外同類產品的比較，審定認為：通過試驗試制和產品制造，我國完全掌握了波紋板的成型技術，按工藝裝備和工藝技術路線生產的波紋板，經檢驗完全能滿足設計圖紙和使用的要求，達到了國外同類產品的技術指標，現已應用于有關堆型的分離與干燥裝置中，實現了國產化，

[1] 機械設計手冊[M]，1987，12.（Mechanical design manual[M]，1987，12.）

[2] Asme Boiler and Pressure Vessel Code Part a Ferrous Materials[S]，2007.

Manufacture of the Corrugated Plate of a New and Highly Eff cient Vapor-liquid Separation Dryer

CAI Zhen-fang，ZHAO Jin-min，ZHAO Peng，WANG Ye
(Shanghai East-sea Pressure Vessel Manufacturing Co.，Ltd.，Shanghai 201209，China)

This paper introduces the manufacture of the corrugated plate of a new and highly efficient vapor-liquid separation dryer by a large number of experimental research. The research results have been applied to the domestic dryers in the steam generators of existing nuclear power plants, which meets the design and application requirements, and breaks foreign monopoly, and realizes localization. It points out that the device can also be applied to thermal power system and other chemical and industrial fields needing dry steam in addition to nuclear power field.

dryer; corrugated plate; manufacture

TL35 Article character：A Article ID：1674-1617(2014)01-0009-05

TL35

A

1674-1617(2014)01-0009-05

2014-01-10

蔡振芳（1940—），男，上海人，高級工程師，本科，從事核電設備制造工作。