百萬千瓦核電機組高低壓加熱器制造中質量問題的處理

孫小石

(黑龍江省電力科學研究院， 哈爾濱 150030)

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百萬千瓦核電機組高低壓加熱器制造中質量問題的處理

孫小石

(黑龍江省電力科學研究院， 哈爾濱 150030)

針對百萬千瓦核電機組常規島高低壓加熱器制造過程中發生的一系列質量案例，分析了密封焊返修時劃傷換熱管、脹管超差及水壓試驗后銹蝕問題，提出了防范措施，為后續百萬千瓦核電常規島設備國內制造及監理提供了借鑒和參考。

核電； 加熱器； 質量分析； 防范措施

百萬核電機組高低壓加熱器(簡稱高加、低加)是回熱系統中重要的加熱設備，對其進行制造研發和國產化是我國核電常規島產品發展的方向[1]。

中國目前正處于AP1000的引進-消化-吸收階段。國內的幾家大型制造廠多年以來一直從事輔機類產品的設計，在換熱器方面，尤其用于AP1000核電常規島的高加、低加，目前正處于設計和轉化階段。

筆者通過發生的一系列質量案例，闡述了高加、低加制造過程中的密封焊返修時劃傷換熱管、脹管超差、水壓試驗后銹蝕問題，依據圖紙、標準和工藝規程等技術文件，采用VT目視檢查、無損檢測和其他有效的試驗方法進行驗證，最終達到了提升質量的預期成果。

1 質量案例分析及處理

高加、低加是采用管板-U形管為主要構件的表面式換熱器。給水流經管程換熱管內，并被殼程加熱介質加熱到設定溫度，再供給至核島蒸汽發生器；從汽輪機中抽取做過功的乏汽，流經高加筒體內換熱管的外空間并放出熱量，與給水進行熱交換[2]。加熱器主要由殼體、換熱管支撐板及擋板、管束、水室、管板、接管、配件等組成。

核電常規島單臺機組分別設計兩列(A列和B列)，每臺機組的高加分別為6A、6B、7A、7B，低加分別為1A、1B、1C、2A、2B、2C、3A、3B、4A、4B。

1.1 3B低加密封焊后換熱管劃傷問題

3B低加管孔缺陷位置見圖1。

圖1 3B低加管孔缺陷位置

對3B低加管板進行密封焊后管孔抽檢時發現，在管板上有一孔(位于管板B區-13-27)，內壁存在一處凹陷劃傷，缺陷尺寸經測量為5.00 mm×1.00 mm×0.13 mm。

1.1.1 原因分析

3B低加穿管后，對伸出管板處的管端進行密封焊，焊后進行無損檢測PT探傷時發現超標缺陷，用角挫修磨時操作失誤導致。

1.1.2 處理及結果驗證

(1) 制造廠開出外部不符合項NCR，考慮到缺陷區域換熱管存在發生應力侵蝕裂縫的風險，最終管板進行了堵管孔處理。

(2) 監理人員對缺陷管孔(B區-13-27)及U形管另一頭的管孔(A區-13-27)的堵孔、氬弧焊、PT探傷進行了全程跟蹤，最終焊后PT探傷、目視檢查合格。

1.1.3 防范措施

(1) 應提高制造廠操作人員的責任心，杜絕人為操作失誤帶來的質量風險。

(2) 駐廠監理人員應加強事前和過程中控制，依據標準和工藝規程，以最合理的方法進行處理。

1.2 4B低加脹管超差問題

4B低加脹管后用千分尺測量管孔一、二脹區域，內徑有6個管孔存在超差問題。

1.2.1 原因分析

(1) 由于脹接工序由兩個班組交替操作，可能造成部分管孔在脹接合格后被重復脹接。

(2) 脹接過程中沒有逐一進行測量，導致出現部分管孔脹接超差。

(3) 脹接測量過程中沒有及時對測量工具進行校準，測量時產生誤差。

1.2.2 處理及結果驗證

(1) 監理人員第一時間協調責任部門開啟脹管超差的外部不符合項NCR。

(2) 根據圖紙、工藝和標準要求，采用目視檢查和內徑千分尺，對脹管超差問題管孔進行脹區內徑復測，且將復測區域進行擴大范圍測量和記錄，做好備案。

由脹管率公式z=1-(D-d)/(2t)推出d=D-(1-z)×2t，其中z為脹管率，D為管孔直徑，d為脹后管直徑，t為管壁厚。4B低加管孔內徑理論極限范圍見表1，最終由理論值推出d的范圍為14.03～14.33 mm，以此作為擴大范圍檢查的理論依據。

表1 理論值推出d值范圍表

(3) 根據不符合項要求，設計方要求制造廠進行脹接拉脫力驗證試驗和熱疲勞試驗。責任部門對試驗件進行脹接、水壓試驗和拉脫力驗證試驗，同時對試驗件進行室溫→230 ℃→室溫、循環100次的熱疲勞試驗，并出具相應的數據。最終試驗結果需要得到設計方的認可，脹管超差涉及到的6個管孔不需要堵孔，現狀回用。

1.2.3 防范措施

為避免類似問題再次發生，對換熱管脹管工序監督需要注意以下事項：

(1) 脹管前需對操作者進行脹管區域劃分，不得隨意跨區域脹接，并做好區域劃分記錄。

(2) 避免電流過大造成過脹現象，脹接焊接參數調試過程由檢查員和監理人員全程跟蹤。

(3) 采用多個脹管器進行循環脹管，過程中必須使用潤滑油，且定期對測量工具進行校準。

1.3 6A、7A、7B高加水室內部積水及銹蝕問題

高加水室內部存在嚴重銹蝕，見圖2、圖3。

圖2 6A水室內部存在銹水深達6 mm

圖3 7A高加水室內側隔板銹蝕

核電站安裝現場開蓋檢查時，發現在充氮密封條件良好的情況下，3臺高加6A、7A、7B水室封頭內部存有銹水。其中，7A銹水深3.5 cm，7B銹水深5 cm，而6A銹水深達6 cm，并且部分傳熱管、水室封頭、隔板也存在嚴重銹蝕。

1.3.1 原因分析

(1) 干燥時間不充分，U形換熱管因為結構存在死角留有存水。干燥過程是長時間持續的過程，標準要求連續36 h以上，制造廠進行熱風干燥時，沒有溫度儀表測量熱風是否達到了標準要求的250 ℃，所以存在熱風溫度未達標的情況，干燥是否充分存在盲點。

(2) 充氮前抽真空不充分，導致內部留有殘存空氣、溫差而導致結露。制造廠標準充氮部分表述過于簡單，沒有真空度的相關要求。充氮前真空泵壓力表能達到-0.09 MPa，但由于標準中沒有要求，也沒有記錄，最終也就無法追溯充氮前真空到底達到多少。

1.3.2 處理及結果驗證

(1) 用鋼絲刷、拋光機去除高加水室內表面存在的鐵銹，并充分干燥，重新在內表面涂刷水溶性的防銹劑。

(2) 根據圖紙及技術文件要求，對高加水壓試驗后內壁及管板等部位進行擦拭試驗，經化學分析和油分檢測結果合格，見表2。

表2 擦拭試驗化學分析結果

mg/m2

1.3.3 防范措施

(1) 對水壓后的干燥、充氮前的抽真空要求，在制造廠標準和工藝規程中進行細化和完善。

(2) 對制造廠操作人員進行新標準和工藝的宣貫和培訓；并對此次質量事件進行專項調查，杜絕類似事件再次發生。

(3) 從監理角度出發，在低加質量計劃加入充氮前的抽真空及充氮工序，采用W點現場見證方式進行監督，將引起銹蝕的可能性解除。

2 結語

高加、低加的生產，實現了我國第三代百萬千瓦核電站常規島部分設備制造自主化的目標；但因為國內首次試制，制造廠在高加、低加制造過程中，暴露出了經驗不足、執行力差等問題，所以制造廠應重視質量管理，從根本上保證核電產品質量。

[1] 王立昆,王新紅,劉銀河. AP1000核電機組高壓加熱器制造技術研究[J]. 壓力容器,2014,31(5): 75-78,35.

[2] 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.

Treatment of Quality Problems Occurring in Manufacture of High/Low-pressure Heaters in a 1 000 MW Nuclear Power Unit

Sun Xiaoshi

(Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China)

To solve the problems occurring in the manufacture of high/low-pressure heaters in conventional island of a 1 000 MW nuclear power unit, such as scored heat exchange tubes produced in repairing of seal welds, out-of-tolerance expanded tubes and corrosion failure after water pressure testing, for which preventive measures were put forward. This may serve as a reference for manufacture and supervision of domestic equipment in conventional island of 1 000 MW nuclear power units.

nuclear power; heater; quality analysis; preventive measures

2016-05-09；

2016-06-17

孫小石(1983—)，男，高級工程師，主要從事火電、核電機組設備監造工作。

E-mail: 15124569527@163.com

TM623.4

A

1671-086X(2017)02-0114-03