蒸汽發(fā)生器眼孔密封面修復(fù)研究

郭宏宇

（秦山核電有限公司，浙江　海鹽　314300）

蒸汽發(fā)生器眼孔密封面修復(fù)研究

郭宏宇

（秦山核電有限公司，浙江海鹽314300）

摘要:蒸汽發(fā)生器屬于核電廠的核一級設(shè)備，蒸汽發(fā)生器的眼孔更換密封墊屬于每年大修的計劃維修項目。由于在R9檢修中發(fā)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器B的180°方向眼孔密封面腐蝕嚴(yán)重，如果由于該缺陷而引起蒸汽發(fā)生器二次側(cè)發(fā)生泄漏，問題將非常嚴(yán)峻，所以特制訂方案來修復(fù)缺陷。通過采用便攜式法蘭銑粗銑眼孔密封面，去除表面的斑點、坑、溝，再對密封面進行精銑，通過調(diào)整便攜式法蘭銑氣動馬達的轉(zhuǎn)速為31 r/min來保證加工表面粗糙度，然后對密封面外止口臺階進行銑削，使該加工切削量與密封面銑削量相同，通過控制加工深度即粗加工0.5 mm，精加工0.2 mm，使切削深度總量在達到修復(fù)要求的前提下對法蘭本體密封面的切削量為最少，最終為0.35 mm。最終成功地完成了修復(fù)工作并為其他類似的工作提供了指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞：蒸汽發(fā)生器；眼孔；便攜式法蘭銑；修復(fù)

蒸汽發(fā)生器手孔、眼孔屬于二次側(cè)壓力邊界，二次側(cè)壓力來自主給水或輔助給水。其最高工作壓力為6.3 MPa，給水溫度≥220 ℃。在R7、R8、R9檢修中都觀察到蒸汽發(fā)生器手孔、眼孔密封面不同程度的腐蝕，屬于斑點、坑、溝狀態(tài)，最深處有0.5 mm左右。對缺陷的跟蹤觀察沒有明顯惡化的趨勢，且所有缺陷都沒有達到貫穿密封面的程度。R9檢修中對蒸汽發(fā)生器兩個眼孔都做了完全解體，通過對眼孔的仔細檢查發(fā)現(xiàn)：在蒸汽發(fā)生器B的180°方向眼孔缺陷相對比較嚴(yán)重，見圖1。對此提交了狀態(tài)報告，其編號是ZTBG200610042。由于蒸汽發(fā)生器屬于核一級設(shè)備，假設(shè)由于該缺陷而引起蒸汽發(fā)生器二次側(cè)發(fā)生泄漏，那么問題將非常嚴(yán)峻。綜上所述，特制訂本修復(fù)方案來對缺陷表面進行處理。

圖1　R9時的蒸汽發(fā)生器B眼孔照片F(xiàn)ig. 1　Steam generator eyelet sealing face in R9

1　工藝分析

1.1缺陷及形成原因分析

蒸汽發(fā)生器眼孔密封面材料為低合金鋼，耐腐蝕性不強；在SG運行初期，二次側(cè)眼孔密封墊片材料是石棉金屬纏繞墊片，由于石棉纏繞金屬墊圈釋放出較多的腐蝕性雜質(zhì)離子，主要是氯離子，導(dǎo)致密封面出現(xiàn)點狀腐蝕；二次側(cè)水質(zhì)又和一次側(cè)水質(zhì)不同，更容易產(chǎn)生腐蝕。在R2中發(fā)現(xiàn)二次側(cè)人孔密封面腐蝕嚴(yán)重，在當(dāng)時對密封面進行了修復(fù)，并對一、二次側(cè)人孔墊片做了變更，更換為石墨金屬纏繞墊圈，多年下來，觀察效果很好。而二次側(cè)手孔和眼孔的密封墊片材料直到R6后才進行更改。常年的氯離子腐蝕等因素，還有電偶腐蝕聯(lián)合作用下，在10多年的運行中，腐蝕逐漸有所發(fā)展。

1.2檢修及施工方案分析、說明

本次修復(fù)工作主要針對蒸汽發(fā)生器B的180°方向眼孔進行，通過修復(fù)的實施，恢復(fù)眼孔密封面達到設(shè)計要求，下面就設(shè)計要求及修復(fù)的方案進行說明。

蒸汽發(fā)生器眼孔座設(shè)計要求，如圖2和圖3所示。

圖2　蒸汽發(fā)生器眼孔座設(shè)計（側(cè)視）Fig. 2　Steam generator eyelet sealing seat design (side-glance)

圖3　蒸汽發(fā)生器眼孔座設(shè)計（正視）Fig. 3　Steam generator eyelet sealing seat design (confrontation)

根據(jù)圖紙中的要求，可以了解密封面的表面光潔度要求是Δ5，按照新的標(biāo)準(zhǔn)就是表面粗糙度為3.2，與螺栓孔中心線的垂直度為0.6 mm。在經(jīng)過修復(fù)后，眼孔的相關(guān)要求應(yīng)該達到設(shè)計的要求?；谝陨系目紤]，并且經(jīng)過多方調(diào)研和大量的模擬操作試驗，選定了眼孔密封面修復(fù)工具為：美國CLIMAX公司的PORTABLE FLANGE FACER（便攜式法蘭銑，見圖4)，為了能夠保證修復(fù)后的密封面達到設(shè)計及密封的要求，主要考慮以下幾個方面進行控制：

（1）便攜式法蘭銑是利用四爪安裝夾盤安裝在眼孔筒體內(nèi)，依照眼孔原密封面為原始基準(zhǔn)，利用調(diào)平裝置及千分表，對密封平面和止口進行徑向、軸向的找正。通過以上的找正過程，可以保證加工后的密封平面與原眼孔加工軸線的垂直度在0.05 mm之內(nèi)，密封平面的平面度在0.02 mm以內(nèi)，見圖5和圖6。

圖4　便攜式法蘭銑Fig. 4　Portable flange milling machine

圖5　便攜式法蘭銑找正裝置（找端面）Fig. 5　Portable flange milling machine’s centering device (finding end surface)

圖6　便攜式法蘭銑找正裝置（找徑向）Fig.6　Portable flange milling machine’s centering device (finding radial)

（2）完成便攜式法蘭銑的安裝后，通過開啟或關(guān)閉氣體控制閥來調(diào)整氣動馬達的轉(zhuǎn)速，為了對本次加工進行控制，所以對氣動馬達的轉(zhuǎn)速進行了計算，具體如下：

刀具切削速度V=π×D×n/1 000=π×刀具回轉(zhuǎn)直徑×轉(zhuǎn)速/1 000 。

本次加工中選用的刀具為白鋼刀，根據(jù)相關(guān)表面粗糙度及機械加工的要求，建議選擇切削速度V≈15 m/min。

測量刀具回裝直徑D=150 mm

n =15×1 000/π×150=31 r/min

通過以上計算可以知道最佳的轉(zhuǎn)速調(diào)整在31 r/min左右。

（3）由于密封面上腐蝕的是坑點形式，完全測量腐蝕點的深度比較困難，所以考慮利用循序進刀的方式進行加工。對此與機械加工人員進行討論，控制粗加工切削深度0.5 mm左右（對該值的選擇主要依照目測腐蝕坑點深度，具體視現(xiàn)場情況確定），徑向走刀量每轉(zhuǎn)0.257 mm，按照以上方式進行進刀，一直加工到密封表面上基本沒有腐蝕坑點，再進行一次精加工，按照切削深度0.2 mm，徑向走刀量每轉(zhuǎn)0.127 mm的切削參數(shù)對整個密封表面進行精車。切削深度總量的控制以在達到修復(fù)要求的前提下對法蘭本體密封面的切削量為最少。

（4）完成密封平面加工后，利用測量工具測量實際加工的止口深度尺寸。

（5）由于對密封面進行加工，密封面到外平面止口的尺寸會產(chǎn)生變化，為了保證密封墊片的壓縮量在密封面加工前后保持不變，所以必須對密封面外止口臺階進行銑削，該加工切削量與密封面銑削量相同，并且加工前不允許對便攜式法蘭銑的定位基準(zhǔn)進行調(diào)整，這樣可以保證兩個平面的平行度。

（6）銑削工作結(jié)束后利用表面粗糙度對照板進行表面檢查，要求表面粗糙度小于3.2。

（7）由于刀具在加工的末端到密封面止口處容易掛傷止口，且不能清根，故對刀具進行重新修磨，在保證其強度的基礎(chǔ)上減小前角，使刀具不觸碰止口面。

（8）綜合以上的分析，本次蒸汽發(fā)生器眼孔修復(fù)的工作進程安排如下：

拆除眼孔蓋板→安裝防異物板→測量眼孔密封面與止口距離→安裝便攜式法蘭銑底盤并找正→安裝便攜式法蘭銑并調(diào)整刀具→利用便攜式法蘭銑對密封面進行粗銑→利用便攜式法蘭銑對密封面進行精銑→測量最終切削深度→調(diào)整刀具并對密封面外止口臺階加工→拆除便攜式法蘭銑→表面檢查。

由于在加工過程中會產(chǎn)生細小鐵屑，以及在加工中需要給刀具添加切削液，所以防異物也是本方案主要考慮的內(nèi)容，根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場的特點及異物的情況，采取以下措施：

在眼孔中間位置設(shè)置一塊防異物板，在板的外圓處設(shè)置凹槽并配置O型圈，開工前將防異物板放置在眼孔內(nèi)，依靠O型圈的密封作用，可以保證鐵屑及切削液不會進入蒸汽發(fā)生器內(nèi)。

在眼孔下部的手孔中安裝輻射防護堵塞進行封堵，見圖7、圖8和圖9。

圖7　防異物堵板Fig. 7　Foreign matter preventing sheet

圖8　防異物堵板CAD圖（側(cè)視）Fig. 8　CAD of foreign matter preventing sheet (side-glance)

圖9　防異物堵板CAD圖（正視）Fig.9　CAD of foreign matter preventing sheet (confrontation)

1.3風(fēng)險分析

由于作業(yè)現(xiàn)場在蒸汽發(fā)生器眼孔鐵柵欄平面層，在工作區(qū)域內(nèi)孔洞等以及場地狹小、現(xiàn)場照明不足等情況限制，所以作業(yè)人員必須注意現(xiàn)場的布置，消除各種安全隱患的存在。

由于蒸汽發(fā)生器眼孔、手孔附近屬于高放熱點區(qū)域，并且本項工作需要在現(xiàn)場長時間進行調(diào)整、檢查等工作，所以輻射的防護工作將是很關(guān)鍵的一項工作。建議輻射防護科全程跟蹤配合，必要時穿戴鉛背心及短褲，同時對其他的手孔和眼孔安裝堵板，以降低劑量率。

由于切削過程中會產(chǎn)生各種細小鐵屑，所以異物進入設(shè)備的風(fēng)險較高，對此考慮采用在眼孔內(nèi)設(shè)置防異物板，防止切削中的鐵屑進入蒸汽發(fā)生器。

蒸汽發(fā)生器手孔、眼孔部位設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10　蒸汽發(fā)生器手孔、眼孔設(shè)計圖Fig. 10　Design drawing of steam generator eyelet

實物照片如圖11所示。

圖11　蒸汽發(fā)生器眼孔實物照片F(xiàn)ig.11　Steam generator eyelets

從結(jié)構(gòu)上可以確保防異物堵板不會進入蒸汽發(fā)生器內(nèi)部。

切削過程中需要添加切削液，所以需要考慮采用適當(dāng)措施防止切削液流入蒸汽發(fā)生器內(nèi)。

對眼孔下部的手孔也必須設(shè)置防異物盲板，防止上部的切削液及鐵屑從該處進入蒸汽發(fā)生器。

2　文件/工具和實際施工步驟

2.1文件準(zhǔn)備

（1）便攜式法蘭銑操作手冊；

（2）蒸汽發(fā)生器二次側(cè)手孔、眼孔拆裝程序。

2.2工具準(zhǔn)備

（1）便攜式法蘭銑 FF5500 CLIMAX；

（2）空氣壓縮機 PUMA；

（3）梅花扳手；

（4）力矩扳手；

（5）內(nèi)六角扳手。

圖12　修復(fù)前密封面與止口臺階間距離Fig.12　Distance between the sealing surface and the outthrust step around the front edge before repair

圖13　修復(fù)前密封面與止口臺階間距離Fig.13　Distance between the sealing surface and the outthrust step around the front edge before repair

2.3實際施工步驟

（1）工作人員穿著鉛背心，將各種工具準(zhǔn)備在工作現(xiàn)場。

（2）清理、擦拭密封面。

（3）實際操作中由于眼孔防異物堵板制作得過大，無法裝入，故未安裝。

（4）安裝手孔防異物堵板。

（5）利用深度尺測量并記錄修復(fù)前密封面與止口臺階間距離，見圖12。

（6）將組裝好的四爪安裝夾盤安裝在眼孔筒體內(nèi)，安裝對中夾具及百分表。

（7）利用對中夾具的軸帶動千分表在密封平面上旋轉(zhuǎn)，檢查夾盤與密封平面的軸向、徑向?qū)χ?。如果超過要求的0.05 mm范圍外，反復(fù)通過調(diào)整夾盤上的對立螺栓，完成夾盤調(diào)整，最終保證夾盤與密封平面的軸向、徑向?qū)χ性?.05 mm內(nèi)。

（8）安裝氣動主體設(shè)備在安裝夾盤上，連接好電源、氣源。

（9）開啟及調(diào)節(jié)氣體控制閥，使設(shè)備在大約31 r/min速度上轉(zhuǎn)動。

（10）設(shè)置徑向走刀量每轉(zhuǎn)為0.257 mm。

（11）安裝刀具，并調(diào)整刀尖剛剛碰上密封面，在刀滑桿后部放置百分表、旋轉(zhuǎn)曲柄，設(shè)置切削量為0.35 mm。

（12）開啟設(shè)備，按照調(diào)整好的設(shè)定值，對眼孔密封面進行加工，完成首次加工。

（13）根據(jù)對密封面切削量的大小，采用相同的切削方式對密封面外止口臺階加工，設(shè)置切削量為0.35 mm，保證密封面外止口臺階與密封面之間的深度與加工前相同。

（14）完成所有的加工后，測量數(shù)據(jù)，記錄修復(fù)前密封面與止口臺階間距離，見圖13。

（15）檢驗?zāi)繙y腐蝕坑點深度，發(fā)現(xiàn)在法蘭密封面的左下角，有四五個疑似氣孔或砂眼的小坑，深度按毫米計算。為此，我們考慮：①此缺陷早已存在多年，我們R8、R9及R10都有跟蹤比較照片，所有缺陷都未見明顯變化。②此點狀缺陷并未連成線狀或片狀，沒有貫穿性缺陷，對密封效果沒有太大影響。蒸汽發(fā)生器設(shè)備極其重要，在其上的工作必須慎之又慎，我們未進行超越我們預(yù)計銑削深度的進一步加工。

（16）拆除便攜式法蘭銑。

3　結(jié)論

本次針對蒸汽發(fā)生器B180°方向的修復(fù)工作，成功地恢復(fù)了眼孔密封面，使之達到設(shè)計要求，得出以下幾點結(jié)論：

（1）通過調(diào)整便攜式法蘭銑氣動馬達的轉(zhuǎn)速為31 r/min來保證加工表面粗糙度及機械加工的要求；

（2）通過控制加工深度為0.35 mm，使切削深度總量在達到修復(fù)要求的前提下對法蘭本體密封面的切削量為最少；

（3）通過對密封面外止口臺階進行銑削，使加工切削量與密封面銑削量相同，以保證兩個平面的平行度；

（4）加工完成后檢測密封面臺階高度誤差在±0.02 mm；

（5）本加工方法可以為其他相似問題的解決提供有力借鑒。此技術(shù)可以針對核電領(lǐng)域的機械設(shè)備如容器、水泵、閥門、管道等法蘭密封面進行有效修復(fù)。

參考文獻：

[1] Hassna Rehman Ramay，Miqin Zhang. Preparation of porous hydrexyapatite scaffolds by combination of the gel-casting and polymer sponge methods.Biomaterials，24（2003)：3293-3302.

[2] Junchuan Zhang， Hong Zhang，Linbo Wo，Jiandong Ding.Fabrication of three dimensional polymeric scaffolds with spherical pors. J Mater SCI，2004，15（4)：419-428.

[3] Hassna R R，Ramay，M.Zhang. Biphasic calcium phosphate nanocomposite porous scaffolds for load-bearing bone tissue engineering. Biomaterials ，25（2004)5171-5180.

[4] Petter X.Ma，Ji-Won Choi. Biodegradable Polymer Scaffolds with Well-Defined Interconnected Spherical Pore Network.Tissue Engineering ，Volume7，number1，2001.

[5] Cypher TJ， Grossman JP . Biological principles of bone graft healing [J]. J Foot Ankle Surg，1996，35（5)： 413-417.

[6] Boyan BD， Hummert TW， Dean DD， et al. Role of material surfaces in regulating bone and cartilage cell response [J]. Biomaterials， 1996，17（2)： 137-146.

[7] Yoshikawa T， Ohgushi H， Tamai S. Intermediate bone forming capability of prefabricated osteogenic hydroxyapatite [J]. J Biomed Mater Res 1996， 32（3)： 481-492.

[8] Cyster LA， Grant DM， Howdle SM， et al. The influence of dispersant concentration on the pore morphology of hydroxyapatite ceramics for bone tissue engineering [J]. Biomaterials， 2005， 26（7)：697-702.

[9] Lu JX， Flautre B， Anselme K， et al. Role of interconnections in porous bioceramics on bone recolonization in vitro and in vivo [J]. J Materials Science： Materials in Medicine 1999，10（2)： 111-120.

[10] Freyman T， Yannas I， Gibson L. Cellular materials as porous scaffolds for tissue engineering [J]. Progress in Materials Science， 2001， （46)：273-282.

[11] Kim BS， Mooney DJ. Development of biocompatible synthetic extracellular matrices for tissue engineering [J]. Trends in Biotechnology，1998， 16： 224-230.

[12] Liao CJ， Chen CF， Chen JH， et al. Fabrication of porous biodegradable polymer scaffolds using a solvent merging/particulate leaching method [J]. J Biomed Mater Res， 2002， 59（4)： 676-681.

[13] Sheridan MH， Shea LD， Mooney DJ， et al. Bioabsorbable polymer scaffolds for tissue engineering capable of sustained growth factor delivery [J]. J Controlled Release， 2000，64：91-102.

[14] Nam Y， Yoon J， Park T. A novel fabrication method of macroporous biodegradable polymer scaffolds using gas foaming salt as a porogen additive [J]. J Biomed Mater Res （Appl Biomat)，2000， （53)： 1-7.

中圖分類號：TL35

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-1617（2009)03-0238-06

收稿日期：2009-01-19

作者簡介：郭宏宇（1963—），男，福建人，管理技師，從事機電一體化工作。

Repair of evaporator eyelet sealing face

GUO Hong-yu
(Qinshan Nuclear Power Co.，Ltd.，Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China)

Abstract:The steam generator is category-I equipment in nuclear power plant. The gaskets of eyelet sealing face were changed every year according to overhaul plans. In 2006， the eyelet sealing face of steam generator B is found corrosive. So a special plan was made to repair it. At the beginning， a portable flange milling machine was used to mill the eyelet sealing face，after all the holes in the surface were removed， the eyelet sealing face was milled again. To control the working accuracy， the air-operated motor’s rotational speed was fixed on 31 rotate per minute. To control the depth of the pedestal sit， the surface besides the eyelet sealing face was also milled. This method could be used for reference in other place.

Keywords：steam generator； eyelet； portable flange milling machine； repair for sealing face