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)

在國內核電廠中，核島的主要設備裝置由反應器、蒸發器、穩壓器及有關泵等組成,反應器產生高壓蒸汽后必須經蒸發器,由一回路中間載熱體將其熱能在蒸發器中加熱二回路水，產生一定溫度和壓力的蒸汽。由于蒸汽含有大量水分將嚴重影響汽輪機的正常工作，因此必須經分離干燥后將其水分分離到一定指標(干度達99.75%)，之后干蒸汽才能推動汽輪機正常工作發電。

1 蒸汽發生器簡介

蒸發器底部是一個U形換熱器(圖1)，其管程走一回路熱載體加熱殼程的二回路水并產生蒸汽,其蒸汽經設在蒸發器頂部的汽液分離干燥器分離水并達到干燥的效果。為了保證汽輪機能在較高負荷、壓力和循環倍率下提供合格的蒸汽就要求有高效的分離和干燥裝置，而完成這一功能的關鍵則是分離和干燥裝置中的波紋板。我國已建和在建的核能裝置中的波紋板均為進口。為了打破西方壟斷，實現國產化，上海東海壓力容器制造有限公司(以下簡稱：上海東海)自2006年以來，在承接國家有關核電設計院、研究院、制造廠和使用廠的制造項目并在其協同下完成了相關堆型的波紋板研制,開發的8種波紋板結構均已應用于有關堆型并取得了成功。

蒸汽發生器干燥器工作時，蒸汽經一級分離器分離后，由干燥器底部進入干燥器，經波形板分離后，經過側向的分隔板從頂部排出以達到汽水分離干燥的效果。干燥器由底部法蘭、外側圍筒以及8組波形板分離組件等構成，每個分離組件由疏水槽組件和波形板葉片組件構成。應指出該裝置除了在核電裝置中應用外，因其功能和作用表明在火電、化工和石油系統凡需要獲得高指標干蒸汽的場合也可同樣適用。

圖1 蒸汽發生器結構簡圖

2 波形板結構簡介

上海東海在過去7年中分別為AP1000、CPR1000、國內自主技術的CAP1400陸續開發了8種波紋板結構，其中尤以研究制造完成的CPR1000波紋板結構最為復雜，當然這8種波紋板結構(圖2～9)繁簡不一，但都滿足設計和使用要求。

圖2 CAP1400單面雙鉤波紋板葉片組件

圖3 CAP1400帶支承隔板單面雙鉤波紋板葉片組件

圖4 C1-C4洽希瑪項目起始波紋板葉片組件

圖5 CAP1400雙鉤波紋板葉片組件

圖6 C1-C4洽希瑪項目終端波紋板葉片組件

圖7 ACP1000(B型干燥器試驗件)標準波紋板葉片組件

圖8 MSR性能試驗件標準波紋板葉片組件

圖9 沖壓V形組件

3 波紋板的制造

筆者以CPR1000為例進行說明，波紋板的研制需制備復雜的工裝和模具，經大量試驗才得以完成。波紋板的結構形式比較復雜，其尾鉤、擋水鉤和波紋板需要整體成型，要達到設計所要求的結構形狀需經過多道工藝才能完成。

3.1 模具的研制

經分析研究設計圖紙中的要求，為能制造出合格產品首先通過分析確定模具套數，即用多少加工模具實現產品的壓制。在此基礎上首先進行小模試驗，待小模試驗成功后再擴大生產壓制實際產品用模。

首先筆者參考了產品圖紙和進口件產品，進行了仔細分析和研究，最終確定了加工工序，共分5副模具來完成波紋板產品的加工全過程：U形打彎模、S形打彎模、H形壓平模、V形打彎模和整體成型模。

在加工正式模具之前進行了大量小型模具的試驗工作，使每一道加工工序都能達到產品圖紙的要求。小型模具的尺寸為寬405mm，長100mm。因在試制過程中有很多不可預知的情況，如：變形量、回彈量以及延伸率等，經許多試驗使每一道工序都得到了正確的數據，在此基礎上最終確定了實際產品用模具的圖紙設計。

根據小型模具試制驗證，設計了產品模具，寬405mm、長1 400mm，其研制過程如下：

a. 按圖紙設計要求采購模具材料；

b. 根據圖紙進行粗加工，然后根據零件的要求進行熱處理，使每一只零件都能達到較好的機械性能和強度；

c. 按各零件設計要求在加工中心上進行精加工，使每一零件達到設計要求；

d. 采購模具裝配所需要的各種標準件及附件；

e. 裝配。

根據各道模具在沖壓過程中的使用要求進行裝配，使模具能非常正確的在導柱間進行靈活地上下運動，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。

3.2 波紋板制造方法及工藝路線的確定

經研究確定具體技術方法及工藝路線如下：

a. 波紋板下料，下料用剪切方法并于剪切后去除毛刺；

b. 第一道工序沖壓尾鉤；

c. 通過7道工序完成雙曲S形狀，同樣通過七道工序將S形波紋板改變成U形；

d. U形壓扁整體校正整形；

e. 壓制V形板，同樣通過7道工序完成波紋板基本形狀和尺寸；

f. 波紋板整體整形壓模。

通過上述6步工序完成波紋板的試制工作，在完成小試的基礎上，本公司進行了大尺寸的試制，此后又完成了預投件(10件)的生產制造。在完成研制過程中，除了完成模具的研發及修正、有關工裝的試制、測量檢具的試制外還完成了有關制造文件、質量控制文件和程序文件，具體包括：蒸汽發生器波形板(折板)科研方案、制造大綱、質量計劃、尺寸檢查程序、壓制程序、液體滲透程序、清潔程序、制造工藝流轉卡以及專業檢測量具等。

3.3 原材料采購及選用

試件采用厚度為1.2mm，ASME A240-316L材料(抗拉強度485MPa，屈服強度170MPa，延伸率55%)，材料采購經入廠驗收入庫，化學成分見表1。

表1 試件化學成分表 wt%

3.4 試制工藝

試制工藝流程為：

a. 完成模擬模具和生產模具的研制及試驗修正，模擬模具經4次修正和4次試壓成形滿足圖紙要求后,再進行生產模具的設計制作(經3次修正,3次試壓)，完成后壓制科研件4件；

b. 按圖紙尺寸下料后進行檢查，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；

c. 下料后成形前作目視檢查其表面質量，不允許存在任何刮傷、皺紋、裂縫、凹坑、疤痕、嵌入物及金屬異物等；

d. 按工藝文件壓制波紋板；

e. 壓制后用堿性溶液清洗，禁止酸洗；

f. 壓制各中間過程均采用樣板檢查；

g. 壓制后作目視檢查以不存在任何刮傷、皺紋、裂縫、凹坑、疤痕、嵌入物及金屬異物為合格；

h. 按蒸汽發生器波形板液體滲透檢驗程序對波形板壓制受檢表面進行液體滲透檢驗；

i. 成品表面作防鐵素體污染清洗，按蒸汽發生器波形板清潔程序。

3.5 有關幾何尺寸的檢查

為了能正確檢查試制件的幾何尺寸，公司制訂了專用樣板并取得檢驗證書，經檢驗各件幾何尺寸完全符合圖紙的要求。

3.6 試壓產品

用設計好的產品模具首先壓制了產品波形板，在檢驗合格后又壓制了預投件10件，在進行試壓過程中比較順利，經檢驗試壓出的產品都能達到圖紙要求。

4 波紋板壓制

波紋板壓制步驟和程序為：

a. 下料。為防止板材表面劃傷，工作場所應進行適當隔離，工件的存放應設有保護措施。下料采用一臺2600mm×6mm數控切機完成。

b. 沖壓S形板片尾鉤。尾鉤沖壓在160t專用沖壓折邊機上用專用模具沖壓成形(圖10)。

c. 沖壓S形板片擋水鉤。擋水鉤在320t專用沖壓折邊機上用專用模具沖壓成形(圖11)。通過7道步驟完成S形板片，沖壓在四立柱320t油壓機上進行，工作臺面尺寸為1000mm×2000mm，行程大于800mm。

d. 沖壓U形板片。在四立柱320t油壓機上用專用模具沖壓成形(圖12)，通過七道沖壓，將S形板片沖壓成U形板片。

e. U形板片整體校正。在800t油壓機上進行(圖13)。

f. 沖壓V形板。在320t油壓機上通過7道步驟完成波形板毛坯(圖9)。

g. 整形。波形板用專用模具在800t油壓機上整體整形(圖14)。

圖10 沖尾鉤

圖11 沖壓擋水鉤

圖12 沖壓U形板片

圖13 U形板片整體校正

圖14 整體整形

5 結束語

波紋板研制成功后召集了國內核電領域專家評審，經過與國外同類產品的比較，審定認為：通過試驗試制和產品制造，上海東海完全掌握了波紋板的成型技術，生產的波紋板經檢驗完全能滿足設計圖紙和使用要求，達到了國外同類產品的技術指標，現在都已應用于有關堆型的分離與干燥裝置中，打破了西方壟斷，實現了國產化，并希望為今后核電設備的生產作出應有的貢獻。同時因其功能和作用，可以將產品在其他領域中得到進一步推廣應用。