基于鉆削的取堵頭方法研究

蔣興福，胡卉樺

（中核武漢核電運行技術股份有限公司維修中心，湖北武漢 430070）

0 引言

在壓水堆核電站中采用機械滾脹方法對蒸汽發生器傳熱管進行堵管操作時，設備的滾脹工具滾脹堵頭的內壁，使堵頭擴張變形，壓緊脹接在傳熱管內壁上，起到關閉該傳熱管通道的作用，避免放射性泄漏。

在傳熱管手動堵管過程中，手動操作在拉出堵頭時可能會使堵管超差，不能達到程序規定的要求而造成堵管失效。這時需要進行取堵頭操作。目前國內尚無針對手動堵管超差后的應急措施。根據現場實際工作環境及堵管特點，分析采用小型鉆頭對操作無效的堵頭進行鉆削破壞，后進行取出操作。本文針對蒸汽發生器管板現場環境，設計了一種小型定位專用工具，對鉆削取堵頭方法進行了驗證。

1 技術要求及方案

鉆削取堵頭定位工具用于實現小型鉆頭的準確定位。其固定于蒸發器管板，現場條件要求該設備設計應小型化，保證空間及重量要求，以方便人員操作。同時該裝置應滿足電站對于進入蒸發器設備的材料要求。

1.1 技術要求

為保證密封效果，堵頭的主要膨脹部分必須在管口內部足夠深度。程序規定堵管操作完成后，堵頭尾端伸出管口的長度≤7 mm。根據程序規定，如果此長度超差，則判定該堵管無效，必須將該堵頭取出，重新實施堵管，如圖1 所示。

圖1 堵頭在傳熱管內狀態

分析蒸發器操作環境和堵頭在管板內的結構特點，采用鉆削進行取堵頭操作的技術要求如下：

（1）鉆頭尺寸及材料應滿足使用要求，其直徑應在傳熱管內、外徑之間。

（2）現場使用條件特殊，應尋求合適的定位方式，且需定位準確。

1.2 實施方案

根據上述約束條件，提出以下解決方案：

（1）選擇合適的鉆頭尺寸及材料，保證鉆頭可鉆削破壞堵頭的同時而不損傷傳熱管。

（2）蒸發器管板各孔位精度高，將堵管失效周圍的傳熱管孔作為定位基準。如圖2 所示，鉆孔位置為堵管失效位置，為保證定位可靠，設計將其周圍4 個傳熱管孔作為定位孔。

圖2 定位原理

根據上述確定的定位原理，設計定位裝置（圖3），4 個定位銷可插入4 個管孔內。定位裝置采用脹緊式機構，通過手動擰緊操作，可固定安裝在管板上。在安裝板上固定安裝小型鉆機，按上述操作安裝好后，即可操作鉆機對堵頭進行鉆削破壞，消除堵頭的安裝應力，方便后續取出。

2 試驗驗證

2.1 試驗準備

在蒸發器局部管板1∶1 模型上固定安裝本定位工具，然后進行鉆削取堵頭試驗。切削工具包括小型鉆機及鉆頭，鉆機為專用定制，功率1300 W，轉速0～450 r/min 可調，鉆頭形式為多刃端面銑刀式。SG 傳熱管材料Incoloy800，外徑22 mm，壁厚1.2 mm。其傳熱管孔內徑原為19.6 mm。傳熱管經過了脹管，因而實際內徑比19.6 mm 略大。通過試驗，選用直徑為19 mm的鉆頭，既可以有效切削堵頭內壁，又不至于損傷傳熱管內壁，如圖4 所示。

圖4 鉆頭

2.2 試驗過程

按照前述步驟安裝好定位裝置，將鉆機固定安裝于定位裝置上，并將銑刀安裝于鉆機上。安裝中需確認螺紋等連接件連接可靠，安裝完成后如圖5 所示。

圖5 鉆削裝置

完成工具安裝后，可進行下一步試驗操作，具體操作步驟如下：

（1）將鉆削裝置上4 個定位爪深入相應試驗模擬體的傳熱管中。

（2）手動操作擰緊4 個蝶形螺母，使定位爪末端張開貼緊傳熱管壁，按定位原理固定于傳熱管孔中，手動確認定位可靠無晃動。

（3）選取2 個堵管試驗件標記為Ⅰ和Ⅱ，分別安裝在試驗模擬體的需鉆孔位置，進行兩組對比試驗。

（4）啟動鉆機，切削堵頭內部整個膨脹部位的深度（約50 mm）。此時堵頭膨脹部位僅剩約0.3 mm 壁厚，其膨脹應力大部分已釋放，可以輕易向外拔出或向內敲入。

（5）用虎鉗夾住堵頭尾部，一邊晃動一邊向外拉出剩余堵頭。

堵頭材料與傳熱管相同，為Incoloy800 材料，其物理性能和普通奧氏體不銹鋼接近。參考鉆頭推薦數據：16～23 mm 孔徑，轉速為249～358 r/min，Φ19 mm 的鉆頭切削速度大約為300 r/min。

采用Φ19 mm 的鉆頭進行鉆管操作，鉆削過程采用風冷冷卻，每次進給量不宜過大，轉速不宜過高，以防止鉆頭過熱破壞。整個取管過程可分3～5 次進給完成，每次進給后應退回進行自然冷卻一段時間，然后進行下一次進給過程。當鉆頭進給超過全部脹管區，整個切削過程完成。

2.3 試驗結果

按試驗步驟完成了上述兩組取堵頭操作，試驗效果如圖6、圖7 所示。定位裝置在試驗過程中定位效果良好、無晃動，兩組堵管試驗樣件經鉆削后均能通過工具順利取出，且未對傳熱管壁造成損傷，試驗效果良好。

圖6 試驗件Ⅰ取管操作前后對比

圖7 試驗件Ⅱ取管操作前后對比

3 結論

針對手動機械式堵管過程中可能出現失效的情況，設計采用鉆削方式對失效堵頭進行鉆削破壞并取出的方法。分析取堵頭裝置的設計技術要求和設計方案，并在試驗模擬體上進行了鉆削取堵頭試驗。兩組對照試驗均能將堵頭順利取出，且未對傳熱管造成損傷，證明了基于鉆削的取堵頭方法的可行性。