AP1000汽水分離再熱器（MSR）管子管板脹接技術研究及應用

孟巍+于均剛+魏占超

摘 要：本文根據國產首臺AP1000 MSR管子管板脹接的制造工藝過程，從脹接設備及工具選型、工藝試驗、工藝參數選定、產品脹接應用等方面進行了詳細描述，為類似核電站產品的制造提供了經驗借鑒。

關鍵詞：AP1000 汽水分離再熱器 管子管板脹接

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0082-02

汽水分離再熱器是核電站常規島的重要設備之一，核島蒸汽發生器產生的主蒸汽在高壓缸中逐級膨脹做功，蒸汽的壓力和溫度逐級降低，離開高壓缸末級葉片的排汽濕度高，需經過MSR分離段實現蒸汽中的汽水分離，然后經過MSR中的一、二級再熱器分別用抽汽和新蒸汽進行加熱，加熱后的蒸汽由熱段再熱管道輸送到汽輪機低壓缸做功，以減少對低壓缸葉片的腐蝕，增加汽輪機低壓缸的出力。其作用概括為[1]：（1）實現高壓缸排氣的汽水分離；（2）實現高壓缸抽氣、系統主蒸汽的對高壓缸排氣的兩次加熱，以提高核電站的經濟性和改善汽輪機低壓部分工作條件。每個核電站機組包含2臺MSR，每臺MSR對稱包括4臺再熱器（2臺一級再熱器、2臺二級再熱器），其中的一、二級再熱器管子管板脹接是產品制造的關鍵工序，其脹接結構復雜，脹管率公差嚴格，制造難度較大。

1 管板結構特點及技術要求

如圖1所示，以二級再熱器管板為例。二級再熱器管板外圓直徑1720 mm，內圓直徑1430 mm。管板材質為SA-266Gr.2，母材厚度為245 mm，管板一次側中心圓Φ1430 mm范圍內堆焊鎳基合金AWS-ER-NiCr-3。鎳基堆焊層最終機加厚度為7 mm。管板鉆孔數量1334個，管孔排列呈正三角形，管孔直徑Φ19.30 mm，管孔中心距為26 mm。

2 管子管板脹接技術難點

管子管板脹接工藝是管殼類換熱器制造的關鍵技術之一，基本原理為通過管子的徑向膨脹，實現與管板孔的連接。其主要作用包括[2]：（1）吸收由于管束振動作用在管子管板焊縫上的交變應力，保護管子與管板焊縫，對于沒有管子管板密封焊的換熱設備，隔絕管殼程；（2）消除管子管板間隙，防止換熱器殼側雜質沉積滲入而腐蝕換熱管；（3）提高換熱管與管板連接的機械強度，減小運行時換熱管震動造成的磨損。

AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接長度較長，一級再熱器有效脹接長度為50 mm，二級再熱器有效脹接長度為75 mm，脹管尺寸公差嚴格。產品機械脹接有如下難點：

由于其管子管板脹接長度較長，如采取單段脹接，根據現有脹管器的類型，脹管器采購困難，脹管機扭力輸出不夠，換熱管脹接后整體均勻性也較難控制，故需采取多段脹接，但相鄰兩段脹接部分區域重疊，后一段脹接對相鄰前一段脹接效果產生影響，每段的脹管率均需保證5%～8%，同時一級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥24.5 kN，二級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥29.4 kN，脹接后目視檢查，換熱管內表面不得有明顯劃痕。

每根換熱管各段脹接質量的均勻性將直接影響換熱管脹接的整體質量，脹接參數選定，操作控制難度大。脹接過程中，操作者脹管操作是否規范將直接影響脹接質量。

如圖2所示，一、二級再熱器管板脹接結構特殊，有效脹接長度、疊脹尺寸公差要求嚴格。

3 解決措施

3.1 脹管設備及工具的選擇

根據一、二級再熱器管子管板脹接要求和結構特點，選用機械脹接的方式，配備了進口TCEM的脹接設備，提制并使用3滾珠可調式通用脹接工具，通過調節脹管器止推軸承在支架的相對位置實現一、二級再熱器不同深度脹區的脹接，保證了脹接質量，降低了產品脹接制造成本。如圖3所示。

3.2 脹接工藝試驗及評定

產品脹接之前，按照專項技術條件，選擇與產品同材質、同規格、同熱處理狀態的試樣進行脹接工藝試驗，通過開展工藝試驗進行脹接參數摸索，選定每一段脹區最優的脹接參數，并按照專項技術文件要求開展脹接工藝評定。如圖4所示。

3.3 目視、尺寸及拉脫力檢查

掌握脹接過程操作控制要點，脹接后進行目視檢測、脹接尺寸檢查，同時按照專項技術文件要求進行拉脫力檢測，一、二級再熱器管子與管板脹接后均需滿足相應拉脫力要求。

3.4 脹接參數分析選定

通過充分的工藝試驗，較準確摸索出后一段對前一段脹接區域的影響效果，分別確定了每一段脹區合適的脹接參數，摸索出階梯遞減式參數規律。產品脹接過程中每段脹區設定不同的脹接參數，確保同一根換熱管不同脹區整體的脹接效果及質量，有效保證每段脹區脹接效果的均勻性。

3.5 設置脹接班前試樣，確保產品脹接質量

操作者每班首次脹接、更換脹管器、調整脹接參數時，需在產品正式脹接前，在班前試樣上至少進行一次模擬脹接，經測量并核算脹管率合格后，方可在產品上進行正式脹接。

3.6 脹接清潔度控制

為管子管板脹接提供了一個良好的操作環境，提制并設計了專用移動式臨時清潔室，有效保證了脹接工序的清潔度要求，同時也進一步保證了脹接質量。

3.7 脹接工藝固化

制定一套AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接專項工藝規程，并應用于產品，對脹接過程進行有效指導和控制。

4 結論

通過進行脹接工藝試驗及評定，確定了科學合適的工藝方法和技術參數，制定了專項制造工藝規程，有效地保證了國產首臺AP1000 MSR管子管板脹接的質量，產品脹接完成后，對脹接見證件及實際產品脹接后的尺寸檢查、目視檢查，脹管的合格率為100%，順利通過監造、業主的驗收。

參考文獻

[1] 朱繼洲.壓水堆核電廠的運行[M].原子能出版社，2000.

[2] AFCEN，Rules for design and fabrication of mechanical components of PWR nuclear islands （RCC-M）[S].2007.endprint

摘 要：本文根據國產首臺AP1000 MSR管子管板脹接的制造工藝過程，從脹接設備及工具選型、工藝試驗、工藝參數選定、產品脹接應用等方面進行了詳細描述，為類似核電站產品的制造提供了經驗借鑒。

關鍵詞：AP1000 汽水分離再熱器 管子管板脹接

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0082-02

汽水分離再熱器是核電站常規島的重要設備之一，核島蒸汽發生器產生的主蒸汽在高壓缸中逐級膨脹做功，蒸汽的壓力和溫度逐級降低，離開高壓缸末級葉片的排汽濕度高，需經過MSR分離段實現蒸汽中的汽水分離，然后經過MSR中的一、二級再熱器分別用抽汽和新蒸汽進行加熱，加熱后的蒸汽由熱段再熱管道輸送到汽輪機低壓缸做功，以減少對低壓缸葉片的腐蝕，增加汽輪機低壓缸的出力。其作用概括為[1]：（1）實現高壓缸排氣的汽水分離；（2）實現高壓缸抽氣、系統主蒸汽的對高壓缸排氣的兩次加熱，以提高核電站的經濟性和改善汽輪機低壓部分工作條件。每個核電站機組包含2臺MSR，每臺MSR對稱包括4臺再熱器（2臺一級再熱器、2臺二級再熱器），其中的一、二級再熱器管子管板脹接是產品制造的關鍵工序，其脹接結構復雜，脹管率公差嚴格，制造難度較大。

1 管板結構特點及技術要求

如圖1所示，以二級再熱器管板為例。二級再熱器管板外圓直徑1720 mm，內圓直徑1430 mm。管板材質為SA-266Gr.2，母材厚度為245 mm，管板一次側中心圓Φ1430 mm范圍內堆焊鎳基合金AWS-ER-NiCr-3。鎳基堆焊層最終機加厚度為7 mm。管板鉆孔數量1334個，管孔排列呈正三角形，管孔直徑Φ19.30 mm，管孔中心距為26 mm。

2 管子管板脹接技術難點

管子管板脹接工藝是管殼類換熱器制造的關鍵技術之一，基本原理為通過管子的徑向膨脹，實現與管板孔的連接。其主要作用包括[2]：（1）吸收由于管束振動作用在管子管板焊縫上的交變應力，保護管子與管板焊縫，對于沒有管子管板密封焊的換熱設備，隔絕管殼程；（2）消除管子管板間隙，防止換熱器殼側雜質沉積滲入而腐蝕換熱管；（3）提高換熱管與管板連接的機械強度，減小運行時換熱管震動造成的磨損。

AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接長度較長，一級再熱器有效脹接長度為50 mm，二級再熱器有效脹接長度為75 mm，脹管尺寸公差嚴格。產品機械脹接有如下難點：

由于其管子管板脹接長度較長，如采取單段脹接，根據現有脹管器的類型，脹管器采購困難，脹管機扭力輸出不夠，換熱管脹接后整體均勻性也較難控制，故需采取多段脹接，但相鄰兩段脹接部分區域重疊，后一段脹接對相鄰前一段脹接效果產生影響，每段的脹管率均需保證5%～8%，同時一級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥24.5 kN，二級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥29.4 kN，脹接后目視檢查，換熱管內表面不得有明顯劃痕。

每根換熱管各段脹接質量的均勻性將直接影響換熱管脹接的整體質量，脹接參數選定，操作控制難度大。脹接過程中，操作者脹管操作是否規范將直接影響脹接質量。

如圖2所示，一、二級再熱器管板脹接結構特殊，有效脹接長度、疊脹尺寸公差要求嚴格。

3 解決措施

3.1 脹管設備及工具的選擇

根據一、二級再熱器管子管板脹接要求和結構特點，選用機械脹接的方式，配備了進口TCEM的脹接設備，提制并使用3滾珠可調式通用脹接工具，通過調節脹管器止推軸承在支架的相對位置實現一、二級再熱器不同深度脹區的脹接，保證了脹接質量，降低了產品脹接制造成本。如圖3所示。

3.2 脹接工藝試驗及評定

產品脹接之前，按照專項技術條件，選擇與產品同材質、同規格、同熱處理狀態的試樣進行脹接工藝試驗，通過開展工藝試驗進行脹接參數摸索，選定每一段脹區最優的脹接參數，并按照專項技術文件要求開展脹接工藝評定。如圖4所示。

3.3 目視、尺寸及拉脫力檢查

掌握脹接過程操作控制要點，脹接后進行目視檢測、脹接尺寸檢查，同時按照專項技術文件要求進行拉脫力檢測，一、二級再熱器管子與管板脹接后均需滿足相應拉脫力要求。

3.4 脹接參數分析選定

通過充分的工藝試驗，較準確摸索出后一段對前一段脹接區域的影響效果，分別確定了每一段脹區合適的脹接參數，摸索出階梯遞減式參數規律。產品脹接過程中每段脹區設定不同的脹接參數，確保同一根換熱管不同脹區整體的脹接效果及質量，有效保證每段脹區脹接效果的均勻性。

3.5 設置脹接班前試樣，確保產品脹接質量

操作者每班首次脹接、更換脹管器、調整脹接參數時，需在產品正式脹接前，在班前試樣上至少進行一次模擬脹接，經測量并核算脹管率合格后，方可在產品上進行正式脹接。

3.6 脹接清潔度控制

為管子管板脹接提供了一個良好的操作環境，提制并設計了專用移動式臨時清潔室，有效保證了脹接工序的清潔度要求，同時也進一步保證了脹接質量。

3.7 脹接工藝固化

制定一套AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接專項工藝規程，并應用于產品，對脹接過程進行有效指導和控制。

4 結論

通過進行脹接工藝試驗及評定，確定了科學合適的工藝方法和技術參數，制定了專項制造工藝規程，有效地保證了國產首臺AP1000 MSR管子管板脹接的質量，產品脹接完成后，對脹接見證件及實際產品脹接后的尺寸檢查、目視檢查，脹管的合格率為100%，順利通過監造、業主的驗收。

參考文獻

[1] 朱繼洲.壓水堆核電廠的運行[M].原子能出版社，2000.

[2] AFCEN，Rules for design and fabrication of mechanical components of PWR nuclear islands （RCC-M）[S].2007.endprint

摘 要：本文根據國產首臺AP1000 MSR管子管板脹接的制造工藝過程，從脹接設備及工具選型、工藝試驗、工藝參數選定、產品脹接應用等方面進行了詳細描述，為類似核電站產品的制造提供了經驗借鑒。

關鍵詞：AP1000 汽水分離再熱器 管子管板脹接

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0082-02

汽水分離再熱器是核電站常規島的重要設備之一，核島蒸汽發生器產生的主蒸汽在高壓缸中逐級膨脹做功，蒸汽的壓力和溫度逐級降低，離開高壓缸末級葉片的排汽濕度高，需經過MSR分離段實現蒸汽中的汽水分離，然后經過MSR中的一、二級再熱器分別用抽汽和新蒸汽進行加熱，加熱后的蒸汽由熱段再熱管道輸送到汽輪機低壓缸做功，以減少對低壓缸葉片的腐蝕，增加汽輪機低壓缸的出力。其作用概括為[1]：（1）實現高壓缸排氣的汽水分離；（2）實現高壓缸抽氣、系統主蒸汽的對高壓缸排氣的兩次加熱，以提高核電站的經濟性和改善汽輪機低壓部分工作條件。每個核電站機組包含2臺MSR，每臺MSR對稱包括4臺再熱器（2臺一級再熱器、2臺二級再熱器），其中的一、二級再熱器管子管板脹接是產品制造的關鍵工序，其脹接結構復雜，脹管率公差嚴格，制造難度較大。

1 管板結構特點及技術要求

如圖1所示，以二級再熱器管板為例。二級再熱器管板外圓直徑1720 mm，內圓直徑1430 mm。管板材質為SA-266Gr.2，母材厚度為245 mm，管板一次側中心圓Φ1430 mm范圍內堆焊鎳基合金AWS-ER-NiCr-3。鎳基堆焊層最終機加厚度為7 mm。管板鉆孔數量1334個，管孔排列呈正三角形，管孔直徑Φ19.30 mm，管孔中心距為26 mm。

2 管子管板脹接技術難點

管子管板脹接工藝是管殼類換熱器制造的關鍵技術之一，基本原理為通過管子的徑向膨脹，實現與管板孔的連接。其主要作用包括[2]：（1）吸收由于管束振動作用在管子管板焊縫上的交變應力，保護管子與管板焊縫，對于沒有管子管板密封焊的換熱設備，隔絕管殼程；（2）消除管子管板間隙，防止換熱器殼側雜質沉積滲入而腐蝕換熱管；（3）提高換熱管與管板連接的機械強度，減小運行時換熱管震動造成的磨損。

AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接長度較長，一級再熱器有效脹接長度為50 mm，二級再熱器有效脹接長度為75 mm，脹管尺寸公差嚴格。產品機械脹接有如下難點：

由于其管子管板脹接長度較長，如采取單段脹接，根據現有脹管器的類型，脹管器采購困難，脹管機扭力輸出不夠，換熱管脹接后整體均勻性也較難控制，故需采取多段脹接，但相鄰兩段脹接部分區域重疊，后一段脹接對相鄰前一段脹接效果產生影響，每段的脹管率均需保證5%～8%，同時一級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥24.5 kN，二級再熱器管子管板脹接后拉脫力需≥29.4 kN，脹接后目視檢查，換熱管內表面不得有明顯劃痕。

每根換熱管各段脹接質量的均勻性將直接影響換熱管脹接的整體質量，脹接參數選定，操作控制難度大。脹接過程中，操作者脹管操作是否規范將直接影響脹接質量。

如圖2所示，一、二級再熱器管板脹接結構特殊，有效脹接長度、疊脹尺寸公差要求嚴格。

3 解決措施

3.1 脹管設備及工具的選擇

根據一、二級再熱器管子管板脹接要求和結構特點，選用機械脹接的方式，配備了進口TCEM的脹接設備，提制并使用3滾珠可調式通用脹接工具，通過調節脹管器止推軸承在支架的相對位置實現一、二級再熱器不同深度脹區的脹接，保證了脹接質量，降低了產品脹接制造成本。如圖3所示。

3.2 脹接工藝試驗及評定

產品脹接之前，按照專項技術條件，選擇與產品同材質、同規格、同熱處理狀態的試樣進行脹接工藝試驗，通過開展工藝試驗進行脹接參數摸索，選定每一段脹區最優的脹接參數，并按照專項技術文件要求開展脹接工藝評定。如圖4所示。

3.3 目視、尺寸及拉脫力檢查

掌握脹接過程操作控制要點，脹接后進行目視檢測、脹接尺寸檢查，同時按照專項技術文件要求進行拉脫力檢測，一、二級再熱器管子與管板脹接后均需滿足相應拉脫力要求。

3.4 脹接參數分析選定

通過充分的工藝試驗，較準確摸索出后一段對前一段脹接區域的影響效果，分別確定了每一段脹區合適的脹接參數，摸索出階梯遞減式參數規律。產品脹接過程中每段脹區設定不同的脹接參數，確保同一根換熱管不同脹區整體的脹接效果及質量，有效保證每段脹區脹接效果的均勻性。

3.5 設置脹接班前試樣，確保產品脹接質量

操作者每班首次脹接、更換脹管器、調整脹接參數時，需在產品正式脹接前，在班前試樣上至少進行一次模擬脹接，經測量并核算脹管率合格后，方可在產品上進行正式脹接。

3.6 脹接清潔度控制

為管子管板脹接提供了一個良好的操作環境，提制并設計了專用移動式臨時清潔室，有效保證了脹接工序的清潔度要求，同時也進一步保證了脹接質量。

3.7 脹接工藝固化

制定一套AP1000 MSR一、二級再熱器管子管板脹接專項工藝規程，并應用于產品，對脹接過程進行有效指導和控制。

4 結論

通過進行脹接工藝試驗及評定，確定了科學合適的工藝方法和技術參數，制定了專項制造工藝規程，有效地保證了國產首臺AP1000 MSR管子管板脹接的質量，產品脹接完成后，對脹接見證件及實際產品脹接后的尺寸檢查、目視檢查，脹管的合格率為100%，順利通過監造、業主的驗收。

參考文獻

[1] 朱繼洲.壓水堆核電廠的運行[M].原子能出版社，2000.

[2] AFCEN，Rules for design and fabrication of mechanical components of PWR nuclear islands （RCC-M）[S].2007.endprint