局部整體移動在凝汽器管束模塊修復中的可行性分析及應用

陳達平，熊建坤，伍敏，陶德，劉燕

（東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000）

?

局部整體移動在凝汽器管束模塊修復中的可行性分析及應用

陳達平，熊建坤，伍敏，陶德，劉燕

（東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000）

摘要：針對某核電機組凝汽器管束模塊內部擋汽板搭接量超差，通過對修復方案的大膽設想、理論分析、對比，制定了利用局部整體移動來實現修復的技術方案。結果表明：只要在修復實現過程中采取必要的工藝措施，采用局部整體移動進行還原復雜結構的內部尺寸是可行且是安全、經濟的。

關鍵詞：局部整體移動，分析和實施，管束模塊，修復，工藝措施

1　前言

核電機組凝汽器管束模塊內部兩端管板處的V型板采取搭接結構，其搭接要求如圖1所示：兩壓板與V型板的搭接量應為15～25 mm。修復模塊出水側擋汽板最上面2塊壓板與V型板基本處于脫離狀態，如圖2所示。采用內窺鏡對搭接量進行測量，確認V型板與壓板有約0～2 mm的搭接量。由于鈦管的熱膨脹率小于碳鋼的熱膨脹率，在環境溫度上升的情況下，鈦管熱膨脹量小于碳鋼熱膨脹量，擋汽板搭接量會增加，在環境溫度下降時，擋汽板將會產生脫落，特別是在較為寒冷的地區。在運行穩定階段不會脫落，但運行初期，由于凝汽器進水室冷卻水的沖擊，進水側端管板將會更向內凹，出水側向外凸，故可能會產生脫落的情況。脫落后會造成擋汽板的振動和管束收縮不暢，可能造成鈦管與端管板的脫落，影響電站的運行，也會造成大量蒸汽被真空泵抽走，工質損失。因此必須增加出水側擋汽板的搭接量。但是該模塊已經完成了模塊整體裝焊和鈦管脹焊工作，其修復難度大、風險高。

圖1　擋汽板搭接量

2　殼體模塊結構介紹

凝汽器殼體模塊主要由端管板組件、中間管板組件和抽氣管道等組成。端管板組件主要由端管板和4塊端板組成，進水側與出水側各1件。兩端管板組件通過9 322根冷卻鈦管脹焊連接。中間管板組件包括：中間管板、內部布置28件拉桿、4角布置L型鋼、底部4件H型鋼、頂部4件工字鋼、中心有21塊擋汽板連接、兩側各有4件H型鋼加強。端管板組件與中間管板組件采用L型鋼、頂部工字鋼和底部H型鋼連接，中間管板中心位置通過壓板和擋汽板（件4）與端管板連接，如圖2所示。

圖2　模塊殼體圖

3　修復方案思路及對比

3.1方案一

3.1.1方案總體思路

將擋汽板周圍的換熱管拔掉，直到操作人員可以進入模塊內部對V型擋汽板進行整體加長處理。為保證修復操作空間和返修質量，需拔管1 058根，拔管位置如圖3所示藍紅區域。

圖3　拔管區域圖

3.1.2方案可行性分析

拔管后，返修操作空間較大，修復后擋汽板搭接量能夠滿足圖紙要求，且返修操作難度較小。由于拔管數量太多，造成修復方案存在以下幾個問題：①集中拔管容易引起管板變形和鈦層脫層，造成整個管束報廢的巨大風險；②拔管后需要更換新管，費用昂貴（鈦管價格近1 500元/根）。③拔管后需要重新對管子進行穿、脹、焊等工作，操作繁瑣，質量不易保證。

3.2方案二

3.2.1方案總體思路

進行局部切割，讓換熱管與管板組成的組件整體移動實現V型板搭接量復位，從而達到規定要求。具體操作如圖4所示，將側端管板組件與中間管板組件切割分開，兩端管板組件與所有管子形成一個整體部套，所有中間管板組件形成一個整體部套。通過推拉頂結合調整兩部套的相對位置，使出水側V型板的搭接量滿足設計分析的最低要求，然后將兩部套焊接為一個整體。

圖4　方案圖

3.2.2方案二可行性論證

要實現模塊兩部套的整體相對移動，最重要的是考慮以下因素：①推拉時是否引起端管板脫層問題；②需計算分析最小推拉力，以保證克服模塊相對移動的靜摩擦力；③推拉過程中推拉桿的位置布置理論分析。

3.2.2.1端管板推拉脫層問題分析

鈦管在推動時保持穩定的臨界力計算，根據壓桿穩定的歐拉公式：

式中：

E—鈦管的彈性模量，MPa；

I—橫截面的最小慣性矩；

l—檔距；

μ—壓桿的長度系數。

在推動的情況下，根據不同的約束條件，長度系數μ是選取鈦管與中間管板之間的兩端鉸支約束，μ=0.7。由于推動鈦管的推力均小于200 N，鈦管不會失穩。根據脹接實驗數據，鈦管與端管板脹接后的抗拉強度大于11 kN，鈦管失穩時也不會破壞端管板與鈦管的脹焊結構，推拉時不會產生脫層的風險。

3.2.2.2理論推動力的計算

（1） 摩擦力計算［1］

管孔與管子的公差為0.45～0.65 mm，同軸度公差小于2 mm。在理論分析、計算摩擦力時，假設中間管板與管子摩擦力為0，推拉時僅需克服端管板組件和鈦管自重產生的靜摩擦力。由于模塊殼體62 t，端管板組件和管子重量為42 t，中間管板組件為20 t。

理論摩擦力計算如下：

由于中間管板同軸度和鈦管的撓度，而引起鈦管彎曲非自重變形造成的附加摩擦力估算為:

則整個推動力的估算最大靜摩擦力為：

（2）推拉桿布置及推拉力計算［2］

為保證推拉力均勻分布，在進出水側端管板組件上下兩側一共布置了8個主拉桿，具體位置如圖5所示。

圖5　拉桿布置圖

主拉桿M30，其許用應力［δ］=180 MPa，計算每根拉桿承受的拉應力為：

每根主拉桿承受拉力為：

N=157 079.6 N

推動力為：

3.3方案對比

2種方案對比結果見表1。

表1　方案對比

4　實施工藝流程

實施工藝流程如圖6所示。

圖6　工藝流程圖

5　方案具體實施應用

5.1切割

5.1.1切割準備

（1）模塊支撐

將殼體模塊吊放在平臺上，中間部套下面的工字鋼點焊在平臺上，然后將6個平面千斤頂配合涂油均布安放在端管板下部實現可滑動，支撐在出水側和進水側的端管板。在管板四周和管板中心布置百分表、下部布置測力計。并調整平面千斤頂到適當的高度，保證6個平面千斤頂盡量均勻受力支撐端管板。

（2）防錯位工藝拉筋布置

為防止切割時模塊兩部分發生錯位和變形，在切割前按下面方式布置工藝拉筋，保證端管板位置不發生變化。

①將3根重量輕的小型槽鋼分段點焊在出水側和進水側兩端管工字鋼上，將兩端管板連接成一個整體加強結構；

②在兩端管板中部圓周區域上，均布5根長拉桿，拉桿通過管束，在兩端管板上通過螺母聯接；

③在端管板兩側布置支撐框架，在端管板和支撐框架均布設置推力千斤頂，在出水側端管板和中間管板之間設置頂力千斤頂，如圖7所示；

④利用側面螺栓拉桿將出水和進水側端管板組件與中間管板部套連接鎖緊。

圖7　千斤頂布置圖

5.1.2切割過程

首先切割進水側端中間管板部套與端管部套相連的8根工字鋼和4件L型板，后切割出水側端。在切割時注意采用加工過的L型板適當固定，以防止錯邊。具體每端的切割順序為：切割下端L型板—上端L型板—底部外側兩工字鋼—上部外側兩工字鋼—下部中間兩工字鋼—切割上部兩工字鋼，如圖8所示。

圖8　切割示意圖

5.2推拉移動

切割后，首先將進水側螺母4和出水側螺母2緩慢擰松，8名施工者分別到位模塊的8個角，在統一指揮下同時同步緩慢擰緊出水側螺母1和進水側螺母3，如圖9所示，推動端管板部套向進水側緩慢移動，2人操作框架的千斤頂。端管板部套向進水側方向最大移動量為8 mm。移動時必須注意以下幾點：

（1）螺栓擰松時由專人指揮，8人動作和力矩一致；

（2）每次只擰四分之一圈螺母，必須停下，由專人觀察百分表的變化、管束外圍管的移動情況和表面狀況、用內窺鏡觀測V型板搭接變化情況；

（3）在推拉過程中如有任何異響必須馬上停止擰螺栓；

（4）上面（1）、（2） 由技術人員評估后才能進行行動。

圖9　拉桿連接圖

5.3焊接

5.3.1防焊接收縮墊板焊接

為防止焊接收縮變形，采用以下措施：首先將防焊接收縮墊板按圖10所示的定位點焊在相應位置；在割口內布置防焊接收縮楔塊；按圖10的焊接順序焊接各加強板。焊接時焊接角鋼處墊板采用間斷焊接。

圖10　焊接順序圖

5.3.2割口焊接

首先按圖10順序焊接工字鋼和H型鋼；然后焊接工字鋼和H型上的加強板，如圖11所示；最后按圖焊接L型鋼。焊接時先采用分層、對稱、分段焊接。焊接過程中由專人隨時監測百分表和內窺鏡，觀測V型板搭接變化情況，如出現異常必須停止焊接，由技術人員給出措施后才能繼續焊接。

圖11　工字鋼和H型鋼加強板焊接圖

6　結論

（1）通過嚴謹的理論分析和預案對比，確定了采用局部整體移動進行修復的技術方案和工藝措施。

（2）凝汽器管束模塊內部擋汽板搭接量超差修復成功，驗證了技術方案和工藝措施是行之有效的。

（3）采用局部整體移動進行還原復雜結構的內部尺寸是可行且安全的。

（4）凝汽器管束模塊內部擋汽板搭接量超差修復成功，避免了國家和公司財產的浪費，本管束模塊價值近3 000萬元RMB。

參考文獻

［1］劉鴻文，主編.材料力學:第3版［M］.北京:高等教育出版社，1992.

［2］馬安熹，主編.材料力學:第2版［M］.北京:高等教育出版社，1987.

Feasibility Analysis and Application of Local Global Movement in Restoration of Condenser Tube Bundle Module

Chen Daping，Xiong Jiankun，Wu Min，Tao De，Liu Yan
（Dongfang Turbine Co.，Ltd.，Deyang Sichuan，618000）

Abstract:For some nuclear power plant unit，the overlap width of steam damper in its condenser tube bundle module is very poor. Through bold vision，theoretical analysis and comparison of restoration scheme，the technical scheme of using local global movement is made out.Results show that if the necessary process measures are taken in the process，the internal dimension restoration of complex structures by using local global movement will be safe and economic.

Key words:local global movement，analysis and implement，tube bundle module，restoration，process measures

中圖分類號：TK172

文獻標識碼：B

文章編號：1674-9987（2016）02-0027-05

DOI:10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.02.007

作者簡介：陳達平（1967-），男，高級工程師，現主要從事汽輪機輔機制造工藝工作。