核電蒸汽發生器用錐形筒節的國內研制

摘 要：蒸汽發生器（簡稱SG）是核電站核島的十分重要的設備，屬于內件結構復雜的厚壁鍛式壓力容器，其中錐形筒節是蒸汽發生器的重要部件。文章對錐形筒節的制造過程的難點與重點進行了系統分析，并結合實際制造過程中工藝措施與工裝手段的實施，對蒸汽發生器用錐形筒節制造工藝技術以及取得的經驗進行了較為全面的闡述。

關鍵詞：SG；錐形；筒節；變形控制

1 裝置概況

核電蒸汽發生器是核電站最為關鍵的主要設備之一。蒸汽發生器與反應堆壓力容器相連，不僅直接影響電站的功率與效率，而且在進行熱量交換時，還起著阻隔放射性載熱劑的作用，對核電站安全至關重要。目前國內最新制造的蒸汽發生器分為兩種，分別是由中國廣核集團推出的中國改進型百萬千瓦級（1000MW）壓水堆核電堆型CPR1000系列和西屋公司設計的3代核電堆型AP1000系列核電蒸汽發生器。下部帶管束組件是核電蒸汽發生器的重要組成部分。下部帶管束組件主要組成部分是包殼，包殼由筒體與兩個組焊在一體的錐形筒節組成，其中，兩個錐形筒節需要先裝焊成一體再與包殼組焊。錐形筒節的成型直接影響包殼的精度，因此制造高成型精度、高標準的錐形筒節至關重要。而如何確保單個錐形筒節的高精度成型是整個核電行業中都面臨的一個難題。

2 制造工藝及難點

現有技術中通常采用整體鍛造制造錐形筒節，鍛造加工過程包括：將材料切割成所需尺寸、加熱、鍛造、熱處理、清理和檢驗。因此鍛造過程中需要重型的機器設備和復雜的工模具，所以它的制造成本很高，并且它對材料的鍛造比有一定的限制，不能無限制的鍛壓變形。而且在鍛造過程中，生產現場勞動條件較差，對從事于鍛造工作的人員具有一定的危害。

現將錐形筒節冷作卷制成型的具體實施方式闡述如下：

步驟1：根據圖紙上核電蒸汽發生器錐形筒節的尺寸下料并獲得2個板材。

其中，2個板材的尺寸分別是所述核電蒸汽發生器錐形筒節展開后的尺寸的1/2，并且2個板材分別在核電蒸汽發生器錐形筒節的大端圓周長度方向、核電蒸汽發生器錐形筒節的小端圓周長度方向和核電蒸汽發生器錐形筒節的高度方向留有余量。盡量利用AutoCAD和Fastcam軟件編程，獲得所述核電蒸汽發生器錐形筒節展開后的尺寸，進而獲得所述2個板材的尺寸。采用數控等離子氣割方式進行下料，并且2個板材分別在核電蒸汽發生器錐形筒節的大端圓周長度方向留+8～+10mm的余量，核電蒸汽發生器錐形筒節的小端圓周長長度方向留+20～+25mm的余量，核電蒸汽發生器錐形筒節的高度方向兩端各留5mm的余量。

步驟2：對所述2個板材分別做進行坡口成型處理。其中，在對所述2個板材分別做坡口成型處理之前，對2個板材進行機械校正處理，優選的，利用九輥校平機進行校正，然后，劃線工人在經過機械校正處理后的2個板材上劃縱縫坡口線和卷制放射線，所述縱縫坡口線用于確定坡口的形狀和位置，所述卷制放射線用于輔助卷板機上輥按著放射線路徑卷制，以達到2個板材在核電蒸汽發生器錐形筒節的大端圓周長度方向和核電蒸汽發生器錐形筒節的小端圓周長度方向同步卷制的效果。最后，根據所述縱縫坡口線對2個板材做坡口成型處理。坡口的形狀根據核電蒸汽發生器錐形筒節的壁厚、材質等進行選擇，優選的，坡口的形狀選擇內側單面V形坡口，坡口制備方法是劃縱縫坡口線后，通過熱切割去除并打磨配合，對于特殊材質進行相應的無損檢測。

步驟3：對坡口成型處理后的2個板材分別做預彎和卷制處理，獲得2個錐瓣。優選的，根據所述卷制放射線利用卷板機或油壓機設備對所述2個板材做預彎和卷制處理，在預彎和卷制處理過程中利用圓度樣板對所述2個板材進行檢查，優選的，圓度樣板的曲率半徑與步驟3中獲得的2個錐瓣的曲率半徑一致，更優選的，圓度樣板是利用數控等離子機器數控下料圓弧板，并裝焊相應的扶手獲得。

步驟4：將所述2個錐瓣拼接在一起并裝焊，獲得核電蒸汽發生器錐形筒節的半成品，其中，2個錐瓣拼接在一起生成兩條縱縫，所述兩條縱縫分別為縱縫A和縱縫B，在裝焊過程中，只焊接縱縫A不焊接縱縫B。

步驟5：在核電蒸汽發生器錐形筒節的半成品上劃余量線，將核電蒸汽發生器錐形筒節的半成品的余量去除。其中，所述余量線是用于標記核電蒸汽發生器錐形筒節比余量去除樣板多余的部分。

余量去除樣板的厚度小于或等于1毫米，余量去除樣板的尺寸與所述圖紙上核電蒸汽發生器錐形筒節的尺寸比例為1：1，優選的，所述余量去除樣板的尺寸是利用二維AutoCAD或三維繪圖Autodesk Inventor、SolidWorks進行1：1尺寸放樣獲得，優選的，余量去除樣板采用青稞紙制作。余量去除樣板制造簡單，使用方便，利用余量去除樣板進行核電蒸汽發生器錐形筒節的放樣，避免了使用卷尺測量時因卷尺呈錐形而導致的測量不準確，也避免了利用光學儀器測量的高經濟投入，因此獲得核電蒸汽發生器錐形筒節的成本低，獲得的核電蒸汽發生器錐形筒節成型精度高。

步驟6：裝焊，校正，獲得完整的核電蒸汽發生器錐形筒節。對核電蒸汽發生器錐形筒節的大端圓周長度方向和核電蒸汽發生器錐形筒節的小端圓周長度方向的校正是利用火焰氣割對核電蒸汽發生器錐形筒節的變形部位進行火焰校正，并配有相應的強力敲打，對核電蒸汽發生器錐形筒節的高度方向的校正是利用整張板材對核電蒸汽發生器錐形筒節進行往復壓制。

3 適用推廣

結合以上實施方式對本論文進行的說明，不過這些實施方式僅是范例性的，僅起到說明性的作用。在此基礎上，可以對本論文進行多種替換和改進。本論文所論述的核電蒸汽發生器用錐形筒節制造方法，可以推廣適用在石油化工靜設備制造的過程中，主要可以適用的有：反應類壓力容器、換熱器類壓力容器以及分離式壓力容器。尤其是在換熱器類產品中，可以引用本論文所述的制造方法對要求裝配精度高、焊接質量好以及其他高標準的制造要求的錐形筒節的制造。在錐形筒節的制造過程中，需要注意以下幾點：（1）保持制造實物與圖紙、制造標準的要求高度一致。這就要求制造廠在實際錐形筒節制造過程中要考慮錐形筒節的錐度及成型設備（卷板機）的裝置的實際情況，在制造前做好預期工作，防止卷制錐形不合格而浪費材料。（2）對操作工人的要求：切實要求操作者認真負責的態度，一定要嚴格根據錐形筒節的放射線進行卷制或壓制，在卷制過程中，時刻注意卷板機轉動情況，通過操作卷板機來控制住錐形筒節大小口端的線速度的協調性，以保證錐形筒節的成型情況。（3）承壓的錐形筒節成型后，對于采用分析設計標準制造的容器，要求去除縱縫焊縫余高，保證錐形筒節的焊縫表面與母材表面齊平，焊縫不得出現表面裂紋、表面氣孔、未焊透、未熔合、未填滿、咬邊、弧坑以及肉眼可見的夾渣等外觀缺陷。對于需要進行射線檢測或超聲波檢測的焊縫，需要打磨焊縫滿足探傷要求。（4）對于不銹鋼制的錐形筒節，需要在卷制及焊接成型后擇機進行防腐鈍化，以保證錐形筒節的耐腐蝕性能。

4 結束語

通過上述工藝過程的論述及分析，并經過幾年來錐形筒節在核電設備領域的制造實踐，對于核電設備用和高標準的石化容器用錐形筒節的制造及加工，涉及到設備及工種都要求精良，控制變形是每道工序的重點和難點。依照上述制造方法，可獲得良好的圓度和安裝精度，保證錐形筒節的高標準成型。

作者簡介：楊雪松（1991-），男，助理工程師，單位：哈電集團（秦皇島）重型裝備有限公司，主要研究方向：核電壓力容器制造及石油化工壓力容器制造領域。