EPR堆型蒸汽發生器二次側管板泥渣清洗噴槍工具設計

余桐++李江++武偉讓

摘 要：文章提出一種適用于EPR堆型核電廠蒸汽發生器泥渣清洗的噴槍工具，安裝于蒸汽發生器管板二次側內部，通過外置電機驅動的方式帶動連接桿內部的傳動軸旋轉，利用內置錐齒輪將旋轉轉換為特定平面內噴頭的周向運動。同時根據EPR堆型蒸汽發生器傳熱管的排布狀況，設計有30度，90度，150度三種指定方向的噴頭體，可與連接桿通過螺栓方式隨意組合，實現對EPR堆型蒸汽發生器管板二次側的全方位清洗。

關鍵詞：泥渣清洗；高壓水清洗；EPR；蒸汽發生器

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0104-02

1 概述

目前，我國商運和投建的核電站大都屬于壓水堆。而蒸汽發生器作為重要的熱交換設備，對于核安全和發電效率都起著至關重要的作用。經過二十多年全世界對于蒸汽發生器的研究，已基本弄清了傳熱管腐蝕的機理[1]。二次側管板泥渣沉積是其中重要的原因之一。泥渣沉積會造成傳熱管材腐蝕，蒸汽壓力下降及運行不穩定，因此需要定時對蒸汽發生器二次側管板進行沖洗，以保證核電站的安全運行。

2 國內外研究現狀

目前國內外皆開發有應用于不同核電廠堆型的泥渣清洗設備，如法國SRA SAVAC公司研制的泥渣清洗設備已經在大亞灣核電站成功應用十多年，中核武漢核動力研究院仿制的同類設備也已在秦山核電廠得到應用。現在國內應用最廣的是剛性泥渣清洗工具，其噴頭僅適用于傳熱管為矩形排布的蒸汽發生器。而已三代機組普遍采用三角形的傳熱管排布設計，現有的工具均不適用。

3 EPR堆型蒸汽發生器

EPR是歐洲先進壓水堆的簡稱，是法國法馬通公司與西門子公司聯合開發的第三代核電堆型。為了增加發電功率，EPR堆型的蒸汽發生器的設計提高了其中傳熱管的數量，排布方式也由正方形排布改為等邊三角形排布。傳熱管間距為27.43mm，外徑為19.28mm。因此通過計算，每個方向的可視寬度僅為4.73mm。實際清洗時需要對30、90、150度三個方向逐一清洗，并要求水射流能夠在每個方向的垂直平面內做一定角度的旋轉以實現不同距離和角度的清洗。

4 適用于EPR堆型的噴槍工具設計

根據前文所述，EPR堆型蒸汽發生器傳熱管的排布十分緊密，并且為了保證對管板的沖洗效果，需要對30度，90度，150度三個方向進行沖洗。而此前的噴頭設計都局限于適用于90度方向的清洗，根據實際的泥渣清洗經驗，泥渣大多集中在傳熱管冷端和熱端交界處，約90%的泥渣位于中心管廊兩側約5至10排管間。因此在對特定角度的傳熱管間進行沖洗時，噴頭還需要在某個平面內實現一定角度的轉動，保證距離中心管廊遠近的泥渣都能夠被清洗干凈。

4.1 噴頭設計方案

為解決此實際問題，本文提出一種噴槍設計方案，用以實現EPR堆型蒸汽發生器的清洗工作。

為實現多角度的沖洗，本方案采用了噴頭和噴槍連接桿分離式模塊設計，共設計有三種噴頭，角度分別為30度、90度、150度。具體作用原理為，噴頭與噴槍連接桿通過螺栓固定，連接桿中的傳動軸與噴頭中的旋轉軸通過花鍵的方式連接，高壓水通過連接桿與傳動軸、噴頭殼體與旋轉軸之間的空間進入噴頭，并從位于噴頭前端某個特定方向的噴嘴處噴出（參見圖1）。

其次，為實現噴頭在特定平面內一定角度的旋轉，也就是圖1中噴頭需要在A-A界面內做0度至90度的旋轉，采用法蘭外置電機并利用錐齒輪副的方式傳動以實現所要求的噴頭旋轉，具體的工作原理為：連接桿的傳動軸工作時有外掛于手孔法蘭外的伺服電機驅動，傳動軸的旋轉帶動噴頭中的旋轉軸一起做旋轉運動，并通過錐齒輪帶動噴頭前端旋轉，實現在某一特定方向平面內的旋轉。

4.2 噴槍執行機構設計方案

噴槍連接桿和噴槍進給執行機構通過手孔法蘭安裝，噴槍進給執行機構主要由擺動機構、步進機構、支架、噴桿導向支撐、定位機構、安裝法蘭以及高壓水旋轉機構構成。導軌、支架、噴桿導向支撐及定位機構安裝在法蘭上，噴桿步進進給運動機構安裝在導軌支架上，噴頭擺動機構與高壓旋轉接頭安裝在噴桿步進運動機構上。

噴槍機構的工作原理是：伺服電機經減速機構驅動噴槍內傳動軸旋轉，傳動軸帶動旋轉噴頭內的錐齒輪副旋轉，從而實現噴嘴在與噴桿垂直方向軸平面形成特點夾角的另一平面內旋轉（如圖4所示）。伺服電機的正反轉則實現了噴頭的擺動，通過控制電機的轉數即可實現噴頭擺動角度的變化。

噴桿步進進給運動機構按精密步進傳動原理實現。受核電站蒸汽發生器房間空間限制，采用分段作業方式。作業時，當第一節噴桿進給量達到近1m時，停止作業，固定并鎖死噴桿，再將高壓水旋轉接頭與第一節噴桿拆開，步進機構退回1m，再接上一段1m過渡連接噴桿后，繼續步進作業。當第一角度噴射方向作業完成后，拆下過渡連接噴桿和噴頭，更換另一角度斜射噴頭。當兩種斜角度噴射作業完成后，退出噴桿，更換直角噴射噴頭，完成直角方向作業。

5 總結與展望

本文所提出有關噴頭的設計方案通過模塊化設計，并通過伺服電機利用錐齒輪傳動實現噴槍的步進和旋轉，能夠較好的適應EPR堆型蒸汽發生器的傳熱管排布類型，可以滿足現場工作的需求。但實際清洗時仍不可避免的需要更換噴頭，因此為了在實際現場使用時能夠降低勞動強度，減少受照射劑量，考慮如何讓三種角度的噴頭統一在一個噴頭上將是下一步重點研究的方向。

參考文獻：

[1]丁訓慎.核電站蒸汽發生器傳熱管的腐蝕與防護[J].腐蝕與防護，2000（01）.

[2]楊孟嘉，任俊生，周志偉.未來10年核電先進堆型介紹[J].國際電力，2004（03）.

[3]丁訓慎.核電站蒸汽發生器的CECIL清洗[J].清洗世界，2005（09）.

[4]董鵬，孫立源，梁創記.高壓水清洗噴嘴、噴頭的選用[J].清洗世界，2013（03）.