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(jīng)大量試驗(yàn)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(yīng)用于國內(nèi)現(xiàn)有核電蒸汽發(fā)生器干燥器，能滿足設(shè)計和使用要求，該裝置的成功研制除了適用核電領(lǐng)域，也可應(yīng)用于火電系統(tǒng)及需要干蒸汽的化工及其他工業(yè)領(lǐng)域。

干燥器；波紋板；制造

在國內(nèi)核電廠中，核島的主要設(shè)備裝置由反應(yīng)器、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器及有關(guān)泵閥等組成，反應(yīng)器產(chǎn)生高壓蒸汽，必須經(jīng)蒸汽發(fā)生器（見圖1）由一回路中間載熱體將其熱能在蒸汽發(fā)生器中加熱二回路水，產(chǎn)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(yán)重影響汽輪機(jī)的正常工作，因此必須經(jīng)分離干燥，將其水分分離到足夠指標(biāo)（干度達(dá)99.75%）后，干蒸汽才能推動汽輪機(jī)正常工作發(fā)電。蒸汽發(fā)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(chǎn)生蒸汽，蒸汽經(jīng)設(shè)在蒸汽發(fā)生器頂部的汽液分離干燥器（見圖2）分離水達(dá)到干燥。為了保證汽輪機(jī)能在較高負(fù)荷、壓力和循環(huán)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(guān)鍵裝置，而完成這一功能的關(guān)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(yīng)。2006年以來，我們在承接國家有關(guān)核電設(shè)計院、研究院以及制造廠和使用廠的制造項目，并在其協(xié)同下完成了相關(guān)堆型的波紋板的研制，共開發(fā)了8種結(jié)構(gòu)的波紋板，均已應(yīng)用于有關(guān)堆型，取得了成功，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，目前已成功用于巴基斯坦恰希瑪項目的1、2、3、4號機(jī)組的一、二、三級分離器、三代機(jī)組AP1000、CPR1000、ACP1000的A/B型試驗(yàn)件、CAP1400的試驗(yàn)件及MSR性能試驗(yàn)件，其中AP1000已經(jīng)國產(chǎn)化鑒定認(rèn)可。

圖1 蒸汽發(fā)生器Fig.1 Steam generator

蒸汽發(fā)生器干燥器結(jié)構(gòu)如圖2所示，工作時，蒸汽經(jīng)一級分離器分離后，由干燥器底部（見圖2）進(jìn)入干燥器，經(jīng)波紋板分離后，經(jīng)過側(cè)向的分隔板從頂部排出，以達(dá)到汽水分離干燥的效果。干燥器由底部法蘭、外側(cè)圍筒、8組波紋板分離組件等構(gòu)成，每個分離組件由疏水槽組件、波紋板葉片組件等構(gòu)成。

需要指出的是，該裝置除了在核電裝置中應(yīng)用外，還可以在火電和化工、石油系統(tǒng)等需要獲得高指標(biāo)干蒸汽的場合應(yīng)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(jié)構(gòu)

在過去7年中，我們分別為AP1000、CPR1000、國內(nèi)自主技術(shù)的CAP1400陸續(xù)開發(fā)了8種波紋板結(jié)構(gòu)，其中以研究制造完成的CPR1000的波紋板結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，當(dāng)然這8種波紋板結(jié)構(gòu)繁簡不一，但都滿足設(shè)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(fù)雜的工裝和模具，

經(jīng)大量試驗(yàn)才得以完成。波紋板的結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，其尾鉤、擋水鉤、波紋板需要整體成型，要達(dá)到設(shè)計所要求的結(jié)構(gòu)形狀，需經(jīng)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(jìn)行產(chǎn)品試制。

2.1 模具的研制[1]

根據(jù)設(shè)計圖紙的要求經(jīng)分析研究，為能制造出合格產(chǎn)品，首先通過分析確定模具套數(shù)，即用多少加工模具實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的壓制。在此基礎(chǔ)上先進(jìn)行小模試驗(yàn)，待小模試驗(yàn)成功后再擴(kuò)大生產(chǎn)壓制實(shí)際產(chǎn)品用模，為此確定按以下四步實(shí)現(xiàn)波紋板的壓制。

2.1.1 初步設(shè)計

首先參考了產(chǎn)品圖紙和進(jìn)口件產(chǎn)品，進(jìn)行了仔細(xì)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(chǎn)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(jìn)行了大量小型模具的試驗(yàn)工作，使每一道加工工序都能達(dá)到產(chǎn)品圖紙的要求。小型模具的尺寸為寬405 mm、長100 mm。因?yàn)樵谠囍七^程中有很多不可預(yù)知的情況，如變形量、回彈量、延伸率等，經(jīng)許多試驗(yàn)使每一道工序都得到了正確的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上最終確定了實(shí)際產(chǎn)品用模具的圖紙設(shè)計。

2.1.3 加工制作產(chǎn)品用模具過程

根據(jù)小型模具試制驗(yàn)證，設(shè)計了產(chǎn)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(shè)計要求采購模具材料。

2）根據(jù)圖紙進(jìn)行粗加工，然后根據(jù)零件的要求進(jìn)行熱處理，使每一個零件都能達(dá)到較好的機(jī)械性能和強(qiáng)度。

3）按各零件設(shè)計要求在加工中心上進(jìn)行精加工，使每一個零件達(dá)到設(shè)計要求。

4）采購模具裝配所需要的各種標(biāo)準(zhǔn)件及附件。

5）裝配。

根據(jù)各道模具在沖壓過程中的使用要求進(jìn)行裝配，使模具能非常正確地在導(dǎo)柱間進(jìn)行靈活地上下運(yùn)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(jīng)研究確定具體技術(shù)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?qū)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(chǔ)上，進(jìn)行了大尺寸的試制，此后又完成了預(yù)投件10件的生產(chǎn)制造。在完成研制過程中，除了完成模具的研發(fā)及修正，有關(guān)工裝的試制、測量檢具的試制外還完成了有關(guān)制造文件、質(zhì)量控制文件及程序文件，如蒸汽發(fā)生器波紋板（折板）科研方案、制造大綱、質(zhì)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(zhuǎn)卡、專業(yè)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(jīng)入廠驗(yàn)收入庫。其機(jī)械性能與化學(xué)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(yàn)修正：

●模擬模具制造；

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

●生產(chǎn)模具設(shè)計制作；

●生產(chǎn)模具經(jīng)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(zhì)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(fā)生器波形板液體滲透檢驗(yàn)程序?qū)Σㄐ伟鍓褐剖軝z表面進(jìn)行液體滲透檢驗(yàn)。

9）成品表面做防鐵素體污染清洗，按蒸汽發(fā)生器波形板清潔程序。

2.5 有關(guān)幾何尺寸的檢查結(jié)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(yàn)證書，經(jīng)檢驗(yàn)各件幾何尺寸結(jié)果完全符合圖紙的幾何尺寸要求。

3 試壓產(chǎn)品

用設(shè)計好的產(chǎn)品模具首先壓制了產(chǎn)品波紋板，在檢驗(yàn)合格后又壓制了預(yù)投件10件。

套模具在最初設(shè)計時進(jìn)行了正確的工序，所以在進(jìn)行試壓過程中比較順利，經(jīng)檢驗(yàn)試壓出的產(chǎn)品都能達(dá)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(yīng)進(jìn)行適當(dāng)隔離，工件的存放設(shè)有保護(hù)措施。采用一臺2 600×6數(shù)控切機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)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F(xiàn)ig.11 Stamping U-shaped plate

步驟4：U形板片整體校正，在800 t油壓機(jī)上進(jìn)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(jī)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F(xiàn)ig.13 Pressing V-shaped plate

步驟6：整形。波形板用專用模具在800 t油壓機(jī)上，整體整形如圖14所示。

圖14 整體整形Fig.14 The whole shape

5 結(jié)論

波紋板研制成功后，我們組織了國內(nèi)核電領(lǐng)域?qū)＜以u審，經(jīng)過與國外同類產(chǎn)品的比較，審定認(rèn)為：通過試驗(yàn)試制和產(chǎn)品制造，我國完全掌握了波紋板的成型技術(shù)，按工藝裝備和工藝技術(shù)路線生產(chǎn)的波紋板，經(jīng)檢驗(yàn)完全能滿足設(shè)計圖紙和使用的要求，達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，現(xiàn)已應(yīng)用于有關(guān)堆型的分離與干燥裝置中，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，

[1] 機(jī)械設(shè)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(shè)備制造工作。