百萬千瓦核電機(jī)組高低壓加熱器制造中質(zhì)量問題的處理

孫小石

(黑龍江省電力科學(xué)研究院， 哈爾濱 150030)

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百萬千瓦核電機(jī)組高低壓加熱器制造中質(zhì)量問題的處理

孫小石

(黑龍江省電力科學(xué)研究院， 哈爾濱 150030)

針對百萬千瓦核電機(jī)組常規(guī)島高低壓加熱器制造過程中發(fā)生的一系列質(zhì)量案例，分析了密封焊返修時(shí)劃傷換熱管、脹管超差及水壓試驗(yàn)后銹蝕問題，提出了防范措施，為后續(xù)百萬千瓦核電常規(guī)島設(shè)備國內(nèi)制造及監(jiān)理提供了借鑒和參考。

核電； 加熱器； 質(zhì)量分析； 防范措施

百萬核電機(jī)組高低壓加熱器(簡稱高加、低加)是回?zé)嵯到y(tǒng)中重要的加熱設(shè)備，對其進(jìn)行制造研發(fā)和國產(chǎn)化是我國核電常規(guī)島產(chǎn)品發(fā)展的方向[1]。

中國目前正處于AP1000的引進(jìn)-消化-吸收階段。國內(nèi)的幾家大型制造廠多年以來一直從事輔機(jī)類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，在換熱器方面，尤其用于AP1000核電常規(guī)島的高加、低加，目前正處于設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)化階段。

筆者通過發(fā)生的一系列質(zhì)量案例，闡述了高加、低加制造過程中的密封焊返修時(shí)劃傷換熱管、脹管超差、水壓試驗(yàn)后銹蝕問題，依據(jù)圖紙、標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)程等技術(shù)文件，采用VT目視檢查、無損檢測和其他有效的試驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證，最終達(dá)到了提升質(zhì)量的預(yù)期成果。

1 質(zhì)量案例分析及處理

高加、低加是采用管板-U形管為主要構(gòu)件的表面式換熱器。給水流經(jīng)管程換熱管內(nèi)，并被殼程加熱介質(zhì)加熱到設(shè)定溫度，再供給至核島蒸汽發(fā)生器；從汽輪機(jī)中抽取做過功的乏汽，流經(jīng)高加筒體內(nèi)換熱管的外空間并放出熱量，與給水進(jìn)行熱交換[2]。加熱器主要由殼體、換熱管支撐板及擋板、管束、水室、管板、接管、配件等組成。

核電常規(guī)島單臺(tái)機(jī)組分別設(shè)計(jì)兩列(A列和B列)，每臺(tái)機(jī)組的高加分別為6A、6B、7A、7B，低加分別為1A、1B、1C、2A、2B、2C、3A、3B、4A、4B。

1.1 3B低加密封焊后換熱管劃傷問題

3B低加管孔缺陷位置見圖1。

圖1 3B低加管孔缺陷位置

對3B低加管板進(jìn)行密封焊后管孔抽檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，在管板上有一孔(位于管板B區(qū)-13-27)，內(nèi)壁存在一處凹陷劃傷，缺陷尺寸經(jīng)測量為5.00 mm×1.00 mm×0.13 mm。

1.1.1 原因分析

3B低加穿管后，對伸出管板處的管端進(jìn)行密封焊，焊后進(jìn)行無損檢測PT探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，用角挫修磨時(shí)操作失誤導(dǎo)致。

1.1.2 處理及結(jié)果驗(yàn)證

(1) 制造廠開出外部不符合項(xiàng)NCR，考慮到缺陷區(qū)域換熱管存在發(fā)生應(yīng)力侵蝕裂縫的風(fēng)險(xiǎn)，最終管板進(jìn)行了堵管孔處理。

(2) 監(jiān)理人員對缺陷管孔(B區(qū)-13-27)及U形管另一頭的管孔(A區(qū)-13-27)的堵孔、氬弧焊、PT探傷進(jìn)行了全程跟蹤，最終焊后PT探傷、目視檢查合格。

1.1.3 防范措施

(1) 應(yīng)提高制造廠操作人員的責(zé)任心，杜絕人為操作失誤帶來的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 駐廠監(jiān)理人員應(yīng)加強(qiáng)事前和過程中控制，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)程，以最合理的方法進(jìn)行處理。

1.2 4B低加脹管超差問題

4B低加脹管后用千分尺測量管孔一、二脹區(qū)域，內(nèi)徑有6個(gè)管孔存在超差問題。

1.2.1 原因分析

(1) 由于脹接工序由兩個(gè)班組交替操作，可能造成部分管孔在脹接合格后被重復(fù)脹接。

(2) 脹接過程中沒有逐一進(jìn)行測量，導(dǎo)致出現(xiàn)部分管孔脹接超差。

(3) 脹接測量過程中沒有及時(shí)對測量工具進(jìn)行校準(zhǔn)，測量時(shí)產(chǎn)生誤差。

1.2.2 處理及結(jié)果驗(yàn)證

(1) 監(jiān)理人員第一時(shí)間協(xié)調(diào)責(zé)任部門開啟脹管超差的外部不符合項(xiàng)NCR。

(2) 根據(jù)圖紙、工藝和標(biāo)準(zhǔn)要求，采用目視檢查和內(nèi)徑千分尺，對脹管超差問題管孔進(jìn)行脹區(qū)內(nèi)徑復(fù)測，且將復(fù)測區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)大范圍測量和記錄，做好備案。

由脹管率公式z=1-(D-d)/(2t)推出d=D-(1-z)×2t，其中z為脹管率，D為管孔直徑，d為脹后管直徑，t為管壁厚。4B低加管孔內(nèi)徑理論極限范圍見表1，最終由理論值推出d的范圍為14.03～14.33 mm，以此作為擴(kuò)大范圍檢查的理論依據(jù)。

表1 理論值推出d值范圍表

(3) 根據(jù)不符合項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)方要求制造廠進(jìn)行脹接拉脫力驗(yàn)證試驗(yàn)和熱疲勞試驗(yàn)。責(zé)任部門對試驗(yàn)件進(jìn)行脹接、水壓試驗(yàn)和拉脫力驗(yàn)證試驗(yàn)，同時(shí)對試驗(yàn)件進(jìn)行室溫→230 ℃→室溫、循環(huán)100次的熱疲勞試驗(yàn)，并出具相應(yīng)的數(shù)據(jù)。最終試驗(yàn)結(jié)果需要得到設(shè)計(jì)方的認(rèn)可，脹管超差涉及到的6個(gè)管孔不需要堵孔，現(xiàn)狀回用。

1.2.3 防范措施

為避免類似問題再次發(fā)生，對換熱管脹管工序監(jiān)督需要注意以下事項(xiàng)：

(1) 脹管前需對操作者進(jìn)行脹管區(qū)域劃分，不得隨意跨區(qū)域脹接，并做好區(qū)域劃分記錄。

(2) 避免電流過大造成過脹現(xiàn)象，脹接焊接參數(shù)調(diào)試過程由檢查員和監(jiān)理人員全程跟蹤。

(3) 采用多個(gè)脹管器進(jìn)行循環(huán)脹管，過程中必須使用潤滑油，且定期對測量工具進(jìn)行校準(zhǔn)。

1.3 6A、7A、7B高加水室內(nèi)部積水及銹蝕問題

高加水室內(nèi)部存在嚴(yán)重銹蝕，見圖2、圖3。

圖2 6A水室內(nèi)部存在銹水深達(dá)6 mm

圖3 7A高加水室內(nèi)側(cè)隔板銹蝕

核電站安裝現(xiàn)場開蓋檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)在充氮密封條件良好的情況下，3臺(tái)高加6A、7A、7B水室封頭內(nèi)部存有銹水。其中，7A銹水深3.5 cm，7B銹水深5 cm，而6A銹水深達(dá)6 cm，并且部分傳熱管、水室封頭、隔板也存在嚴(yán)重銹蝕。

1.3.1 原因分析

(1) 干燥時(shí)間不充分，U形換熱管因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)存在死角留有存水。干燥過程是長時(shí)間持續(xù)的過程，標(biāo)準(zhǔn)要求連續(xù)36 h以上，制造廠進(jìn)行熱風(fēng)干燥時(shí)，沒有溫度儀表測量熱風(fēng)是否達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求的250 ℃，所以存在熱風(fēng)溫度未達(dá)標(biāo)的情況，干燥是否充分存在盲點(diǎn)。

(2) 充氮前抽真空不充分，導(dǎo)致內(nèi)部留有殘存空氣、溫差而導(dǎo)致結(jié)露。制造廠標(biāo)準(zhǔn)充氮部分表述過于簡單，沒有真空度的相關(guān)要求。充氮前真空泵壓力表能達(dá)到-0.09 MPa，但由于標(biāo)準(zhǔn)中沒有要求，也沒有記錄，最終也就無法追溯充氮前真空到底達(dá)到多少。

1.3.2 處理及結(jié)果驗(yàn)證

(1) 用鋼絲刷、拋光機(jī)去除高加水室內(nèi)表面存在的鐵銹，并充分干燥，重新在內(nèi)表面涂刷水溶性的防銹劑。

(2) 根據(jù)圖紙及技術(shù)文件要求，對高加水壓試驗(yàn)后內(nèi)壁及管板等部位進(jìn)行擦拭試驗(yàn)，經(jīng)化學(xué)分析和油分檢測結(jié)果合格，見表2。

表2 擦拭試驗(yàn)化學(xué)分析結(jié)果

mg/m2

1.3.3 防范措施

(1) 對水壓后的干燥、充氮前的抽真空要求，在制造廠標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)程中進(jìn)行細(xì)化和完善。

(2) 對制造廠操作人員進(jìn)行新標(biāo)準(zhǔn)和工藝的宣貫和培訓(xùn)；并對此次質(zhì)量事件進(jìn)行專項(xiàng)調(diào)查，杜絕類似事件再次發(fā)生。

(3) 從監(jiān)理角度出發(fā)，在低加質(zhì)量計(jì)劃加入充氮前的抽真空及充氮工序，采用W點(diǎn)現(xiàn)場見證方式進(jìn)行監(jiān)督，將引起銹蝕的可能性解除。

2 結(jié)語

高加、低加的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了我國第三代百萬千瓦核電站常規(guī)島部分設(shè)備制造自主化的目標(biāo)；但因?yàn)閲鴥?nèi)首次試制，制造廠在高加、低加制造過程中，暴露出了經(jīng)驗(yàn)不足、執(zhí)行力差等問題，所以制造廠應(yīng)重視質(zhì)量管理，從根本上保證核電產(chǎn)品質(zhì)量。

[1] 王立昆,王新紅,劉銀河. AP1000核電機(jī)組高壓加熱器制造技術(shù)研究[J]. 壓力容器,2014,31(5): 75-78,35.

[2] 唐卉. AP1000核電機(jī)組高壓加熱器技術(shù)特點(diǎn)[J]. 電站輔機(jī),2012,33(4): 4-7.

Treatment of Quality Problems Occurring in Manufacture of High/Low-pressure Heaters in a 1 000 MW Nuclear Power Unit

Sun Xiaoshi

(Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China)

To solve the problems occurring in the manufacture of high/low-pressure heaters in conventional island of a 1 000 MW nuclear power unit, such as scored heat exchange tubes produced in repairing of seal welds, out-of-tolerance expanded tubes and corrosion failure after water pressure testing, for which preventive measures were put forward. This may serve as a reference for manufacture and supervision of domestic equipment in conventional island of 1 000 MW nuclear power units.

nuclear power; heater; quality analysis; preventive measures

2016-05-09；

2016-06-17

孫小石(1983—)，男，高級工程師，主要從事火電、核電機(jī)組設(shè)備監(jiān)造工作。

E-mail: 15124569527@163.com

TM623.4

A

1671-086X(2017)02-0114-03