基于鉆削的取堵頭方法研究

蔣興福，胡卉樺

（中核武漢核電運行技術(shù)股份有限公司維修中心，湖北武漢 430070）

0 引言

在壓水堆核電站中采用機械滾脹方法對蒸汽發(fā)生器傳熱管進行堵管操作時，設(shè)備的滾脹工具滾脹堵頭的內(nèi)壁，使堵頭擴張變形，壓緊脹接在傳熱管內(nèi)壁上，起到關(guān)閉該傳熱管通道的作用，避免放射性泄漏。

在傳熱管手動堵管過程中，手動操作在拉出堵頭時可能會使堵管超差，不能達到程序規(guī)定的要求而造成堵管失效。這時需要進行取堵頭操作。目前國內(nèi)尚無針對手動堵管超差后的應(yīng)急措施。根據(jù)現(xiàn)場實際工作環(huán)境及堵管特點，分析采用小型鉆頭對操作無效的堵頭進行鉆削破壞，后進行取出操作。本文針對蒸汽發(fā)生器管板現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計了一種小型定位專用工具，對鉆削取堵頭方法進行了驗證。

1 技術(shù)要求及方案

鉆削取堵頭定位工具用于實現(xiàn)小型鉆頭的準(zhǔn)確定位。其固定于蒸發(fā)器管板，現(xiàn)場條件要求該設(shè)備設(shè)計應(yīng)小型化，保證空間及重量要求，以方便人員操作。同時該裝置應(yīng)滿足電站對于進入蒸發(fā)器設(shè)備的材料要求。

1.1 技術(shù)要求

為保證密封效果，堵頭的主要膨脹部分必須在管口內(nèi)部足夠深度。程序規(guī)定堵管操作完成后，堵頭尾端伸出管口的長度≤7 mm。根據(jù)程序規(guī)定，如果此長度超差，則判定該堵管無效，必須將該堵頭取出，重新實施堵管，如圖1 所示。

圖1 堵頭在傳熱管內(nèi)狀態(tài)

分析蒸發(fā)器操作環(huán)境和堵頭在管板內(nèi)的結(jié)構(gòu)特點，采用鉆削進行取堵頭操作的技術(shù)要求如下：

（1）鉆頭尺寸及材料應(yīng)滿足使用要求，其直徑應(yīng)在傳熱管內(nèi)、外徑之間。

（2）現(xiàn)場使用條件特殊，應(yīng)尋求合適的定位方式，且需定位準(zhǔn)確。

1.2 實施方案

根據(jù)上述約束條件，提出以下解決方案：

（1）選擇合適的鉆頭尺寸及材料，保證鉆頭可鉆削破壞堵頭的同時而不損傷傳熱管。

（2）蒸發(fā)器管板各孔位精度高，將堵管失效周圍的傳熱管孔作為定位基準(zhǔn)。如圖2 所示，鉆孔位置為堵管失效位置，為保證定位可靠，設(shè)計將其周圍4 個傳熱管孔作為定位孔。

圖2 定位原理

根據(jù)上述確定的定位原理，設(shè)計定位裝置（圖3），4 個定位銷可插入4 個管孔內(nèi)。定位裝置采用脹緊式機構(gòu)，通過手動擰緊操作，可固定安裝在管板上。在安裝板上固定安裝小型鉆機，按上述操作安裝好后，即可操作鉆機對堵頭進行鉆削破壞，消除堵頭的安裝應(yīng)力，方便后續(xù)取出。

2 試驗驗證

2.1 試驗準(zhǔn)備

在蒸發(fā)器局部管板1∶1 模型上固定安裝本定位工具，然后進行鉆削取堵頭試驗。切削工具包括小型鉆機及鉆頭，鉆機為專用定制，功率1300 W，轉(zhuǎn)速0～450 r/min 可調(diào)，鉆頭形式為多刃端面銑刀式。SG 傳熱管材料Incoloy800，外徑22 mm，壁厚1.2 mm。其傳熱管孔內(nèi)徑原為19.6 mm。傳熱管經(jīng)過了脹管，因而實際內(nèi)徑比19.6 mm 略大。通過試驗，選用直徑為19 mm的鉆頭，既可以有效切削堵頭內(nèi)壁，又不至于損傷傳熱管內(nèi)壁，如圖4 所示。

圖4 鉆頭

2.2 試驗過程

按照前述步驟安裝好定位裝置，將鉆機固定安裝于定位裝置上，并將銑刀安裝于鉆機上。安裝中需確認螺紋等連接件連接可靠，安裝完成后如圖5 所示。

圖5 鉆削裝置

完成工具安裝后，可進行下一步試驗操作，具體操作步驟如下：

（1）將鉆削裝置上4 個定位爪深入相應(yīng)試驗?zāi)M體的傳熱管中。

（2）手動操作擰緊4 個蝶形螺母，使定位爪末端張開貼緊傳熱管壁，按定位原理固定于傳熱管孔中，手動確認定位可靠無晃動。

（3）選取2 個堵管試驗件標(biāo)記為Ⅰ和Ⅱ，分別安裝在試驗?zāi)M體的需鉆孔位置，進行兩組對比試驗。

（4）啟動鉆機，切削堵頭內(nèi)部整個膨脹部位的深度（約50 mm）。此時堵頭膨脹部位僅剩約0.3 mm 壁厚，其膨脹應(yīng)力大部分已釋放，可以輕易向外拔出或向內(nèi)敲入。

（5）用虎鉗夾住堵頭尾部，一邊晃動一邊向外拉出剩余堵頭。

堵頭材料與傳熱管相同，為Incoloy800 材料，其物理性能和普通奧氏體不銹鋼接近。參考鉆頭推薦數(shù)據(jù)：16～23 mm 孔徑，轉(zhuǎn)速為249～358 r/min，Φ19 mm 的鉆頭切削速度大約為300 r/min。

采用Φ19 mm 的鉆頭進行鉆管操作，鉆削過程采用風(fēng)冷冷卻，每次進給量不宜過大，轉(zhuǎn)速不宜過高，以防止鉆頭過熱破壞。整個取管過程可分3～5 次進給完成，每次進給后應(yīng)退回進行自然冷卻一段時間，然后進行下一次進給過程。當(dāng)鉆頭進給超過全部脹管區(qū)，整個切削過程完成。

2.3 試驗結(jié)果

按試驗步驟完成了上述兩組取堵頭操作，試驗效果如圖6、圖7 所示。定位裝置在試驗過程中定位效果良好、無晃動，兩組堵管試驗樣件經(jīng)鉆削后均能通過工具順利取出，且未對傳熱管壁造成損傷，試驗效果良好。

圖6 試驗件Ⅰ取管操作前后對比

圖7 試驗件Ⅱ取管操作前后對比

3 結(jié)論

針對手動機械式堵管過程中可能出現(xiàn)失效的情況，設(shè)計采用鉆削方式對失效堵頭進行鉆削破壞并取出的方法。分析取堵頭裝置的設(shè)計技術(shù)要求和設(shè)計方案，并在試驗?zāi)M體上進行了鉆削取堵頭試驗。兩組對照試驗均能將堵頭順利取出，且未對傳熱管造成損傷，證明了基于鉆削的取堵頭方法的可行性。