核電站汽水分離再熱器用的翅片管介紹

任一峰

(上海電氣電站設備有限公司 上海電站輔機廠， 上海 200090)

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核電站汽水分離再熱器用的翅片管介紹

任一峰

(上海電氣電站設備有限公司 上海電站輔機廠， 上海 200090)

介紹了用于核電站汽水分離再熱器管束中翅片管的特性，指出了在翅片管制造和質量控制中需要注意的問題，供相關制造廠參考。

核電站； 汽水分離再熱器； 翅片管

汽水分離再熱器(MSR)是核電站常規島重要設備之一，位于汽輪機高壓缸與低壓缸之間，其功能是去除循環蒸汽中夾帶的液體，以保護汽輪機低壓缸葉片；同時通過加熱再熱器管束對循環蒸汽進行加熱，以提高效率。而高壓和低壓再熱器管束中大量采用的鐵素體不銹鋼U形TP439翅片管，至今還是依賴進口解決。

當前國內一些企業開始涉足翅片管的制造領域，而國內生產線的設計、TP439原材料采購、翅片管的制造、生產過程清潔度、外觀上熱處理顏色均勻性、檢驗設備及方式方法、樣管制作的精致性等，距離世界先進水平還有很大的差距。筆者針對MSR翅片管制造特性和質保要求作一分析介紹。

1 翅片管的特性

用于制造MSR翅片管可分作兩個步驟：不銹鋼TP439焊管的制造[1]和翅片管的軋制。MSR選用翅片管是通過有效地增加管子外表面并合為一體的翅片來優化換熱過程，其最大換熱效率可達到光管的2倍以上，一種常用的比較典型翅片管可提供高效和高性價比換熱面積，大大減少MSR的外形直徑和總體價格。此類整體翅片管采用軋片機在TP439焊管的光滑外表面上直接軋制而成的，該翅片管無接觸熱阻，強度高、耐熱震和機械振動，傳熱、機械及熱膨脹性能均較好，但制造成本高。

焊管和翅片管的材料牌號為SA-268 TP439、SA-803 TP439。鋼帶的熔煉分析和成品分析的化學成分見表1[2-3]。

表1 化學成分 %

焊管的力學性能應符合表2要求。

表2 力學性能

國內常用的MSR翅片管外徑為19.05 mm，平均壁厚為1.65 mm,翅片部分管子壁厚為1.06 mm，平均高度為1.27 mm，每25.4 mm長度方向有27翅，管子最長不超過42 m，翅片部分的直徑應不超過光管部分的直徑，見圖 1。MSR高、低壓再熱器管束用翅片U形管的展開示意圖見圖2，圖3為國外樣管剖面圖、圖4為國外的樣管截面圖。

圖1 翅片管截面圖

圖2 MSR再熱器翅片管展開示意圖

圖3 翅片管外形及剖面圖

圖4 翅片管外形和截面圖

2 翅片管的制作工藝流程

翅片管軋片流程主要是軋片、除應力和渦流檢查三個工序。

國外成熟的制造經驗一般有2種方式：

(1) 前端TP439焊管制造完畢經檢驗合格后，將成品焊管繞在類似于繞電纜的圓盤上，裝運至另一個場地進行軋片。在生產和運輸過程中，管子表面需要進行防護，在管層之間避免表面劃痕。當然也有短途運輸，將焊管截成有效長度，加上水壓試驗后的截管余量，整個過程保持管子免受傷害。

(2) 焊管制成后，經過著色、渦流和超聲檢查后，直接進入下一個軋片流程，減少了運輸及次生的風險。

3 翅片管制造過程質量控制

為盡快提升制造能力和質量控制，需要關注以下幾點：

(1) 清潔度。對于核電產品及部件在整個生命周期中是最重要的指標之一。保證生產車間、制造鏈過程的清潔，異物、夾雜物和受其他元素影響都是不允許的。

(2) 軋片。翅片管最重要制造過程工序，不得有絲毫馬虎。國外用靠輪方式軋制翅片，管子邊旋轉邊慢慢向前經過靠輪后翅片就形成，這是一個專利技術，更是制造翅片管的核心技術。若采用軋制螺栓的螺紋方式，用上下二個模具夾住旋轉向前的管子(內襯芯棒)，成型的翅片管外形像螺栓的螺紋。

(3) 光亮退火。翅片加工完成后應在保護氣氛中進行光亮退火熱處理，其溫度應足夠高，以消除翅片加工過程中產生的內應力，恢復管子的機械性能和抗腐蝕特性，避免氧化物進入核電站常規島回路。在退火過程中如果管子不直，應進行校直或直接報廢處理。翅片管成型后必須在4 h內及時進行退火處理，以消除冷成型過程中的冷脆風險(焊管成型焊接過程中需要消除熱脆風險)。必須清理在軋制過程中在翅片管表面和翅片間隔所留有的金屬細屑、油膩、雜質及殘余物，由于碳在鐵素體中的溶解度低，碳污染可以導致局部馬氏體的形成(導致脆性)和鉻碳化物(導致殘余腐蝕)；脫脂，除去管內外油脂，因為管子比較長，內表面脫脂比較難。這個工序須重視光亮退火后翅片管表面應該是光亮的，而不是有暗有亮，使得外觀色差嚴重。

(4) U形管彎管處理。U形管彎管熱處理區域是彎頭部分和距彎頭切點50 mm的直段部分，這個工序就要確保翅片管表面不得有任何外擊損傷，U形彎頭應有過彎反彈措施，保證U形彎頭尺寸到位，在穿管現場不再出現損傷管子的狀況。目前國內已經有這樣自動彎管的設備，彎管過程受力均勻，不得有人為的額外附加力出現；彎頭部分應進行消除應力處理，必須有風扇助冷的效果。

(5) 檢查與防護。最后檢查除常規項目檢查外，應進行尺寸、外表面檢查，去毛刺，翅片管應用環規檢查外徑公差。一旦發現翅片的缺陷，必須全部清除，不允許對缺陷管進行修補。在運輸過程中避免損壞箱子，在儲存階段保持氣相防護，以防生銹。

4 可能存在的問題

4.1 軋片形式與試驗數據

翅片管的整體和焊接翅型及結構與MSR的傳熱效果是不盡相同的，再熱器翅片管管內熱交換率高，管內蒸汽有凝結，流動呈汽液兩相流，最后成為凝結水排出；管外熱交換率低，干蒸汽流過一、二兩級再熱器，提升了蒸汽的溫度進入汽輪機做功。一般來說，一種翅片管的結構必須要做管外的傳熱特性試驗，對于這樣一個試驗，需花費數百萬元。

翅片管的翅型對傳熱效果關聯度十分密切，用靠輪和制螺栓方法制造的翅片管的翅型當然是不同的。一般翅片管供應商必須提供管子外徑及壁厚的傳熱特性試驗曲線供MSR制造商使用；一旦外徑和壁厚改變，就必須根據新的試驗提供相應的特性曲線，查看外商的樣本中的數據曲線推薦給使用者。試驗數據的提供必須有資金的支撐。

翅片管供應商需要提供一些特性參數：U形管展開長度、直段長度(見圖2)、直管長度、導熱及機械特性、NDT達到的要求、參考標準、傳熱計算公式、管外傳熱系數與雷諾數的關系曲線等。

4.2 車間環境及流程優化布局

核電MSR翅片管制造是集技術和設備為一體的高新技術產業，制造車間的周邊環境(包括運輸)和布局要經過精心勘察與反復比較才能取得良好效果。選擇遠離海邊化工區，可以臨近公路或江湖邊。

TP439焊管制造流程分為在線焊接和無損檢測兩個流程，翅片管就軋片一個流程，U形彎管和完工包裝是收尾流程。在每個流程中，包括一些簡單工序是必不可少的。為了有效利用廠房面積，將U形彎管工序放在不同層，占空間不占地。車間每個區域安排流程要考慮物流的走向，退火設備和探傷檢測設備要單獨隔離。

4.3 按核電質保要求編制規程和文件

雖然MSR屬于核電站常規島汽輪發電機的配套輔機，但其重要性不亞于汽輪機。MSR中的高壓或低壓再熱器翅片管一旦發生泄漏，發現一有帶水滴的蒸汽進入汽輪機葉片就必須強行停機，嚴重的會導致非正常核反應堆緊急停堆。因此僅焊管軋片及U形管彎制兩個流程就要編制大量的質量控制文件和操作規程，包括：采購規范書、盤管作業指導書、盤管校直和接受盤管操作規程、軋片機械控制和軋片過程檢查操作規程、退火前清理操作規程和水質要求、渦流試驗規程、退火熱處理操作規程、管子彎管操作規程、U形管應力釋放操作規程、水壓試驗規程、翅片管壓差泄漏試驗規程、U形管最后切割和檢查規程、U形管包裝規程等。而這些文件需要進行不斷更新和升版。

質量計劃是控制制造過程最重要的文件之一，按照翅片管制造工序，列出質量控制點及控制要求，分為現場見證(停工待檢H點和現場見證W點)及文件見證(R點)三類，經用戶或第三方監理見證簽字認可方可執行下一個工序，這些見證點的設置有其科學性、可控性和操作性，保證了翅片管制造全過程的質量控制。

5 結語

核電站常規島重要設備MSR在機組運行中十分重要，其中再熱器管束所使用的鐵素體不銹鋼U形TP439翅片管的制造過程分步進行，其管材用料講究、控制微量元素要求高、制造過程復雜、精準性強、檢驗工序嚴格、制造過程質保控制嚴密且質保文件編制難度高、升版快。應按需要對不同規格翅片管進行試驗研究給出傳熱特性，并提供特性曲線，方便用戶。

[1] 任一峰. 核電站高壓加熱器用TP439焊管的評估[J]. 發電設備, 2013, 27(1): 37-39.

[2] Standard specification for seamless and welded ferritic and martensitic stainless steel tubing for general service: A 268/A 268M[S]. ASME BPVC. II. A-2015.

[3] Welded ferritic stainless steel feedwater heater tubes: SA-803/SA-803M[S]. ASME BPVC. II. A-2015.

An Introduction to the Finned Tubes for MSR of Nuclear Power Stations

Ren Yifeng

(Shanghai Power Station Auxiliary Equipment Works, Shanghai Electric Power Generation Equipment Co., Ltd., Shanghai 200090, China)

An introduction is presented to the features of finned tube banks for moisture separator reheater (MSR) of nuclear power stations, together with a discussion on problems needing to be cared in manufacture and quality control of the finned tubes, which may serve as a reference for relevant manufacturers of finned tubes.

nuclear power station; moisture separator reheater; finned tube

2016-06-16；

2016-08-05

任一峰(1959—)，男，教授級高級工程師，從事電站輔機的技術開發和質量管理工作。E-mail: renyf@shanghai-electric.com

TM623.4

A

1671-086X(2017)03-0185-03