某型核島除鹽器濾頭國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)研究分析

易學(xué)靜

【摘 要】闡述某型核電站核島除鹽器濾頭裝置國(guó)產(chǎn)化研發(fā)的技術(shù)方案、加工工藝、試驗(yàn)方案以及后續(xù)的改進(jìn)建議。

【Abstract】This paper explores the technology scheme， construction process， test scheme and following up improvement suggestions of the localization development and research of the nuclear desalter filter head in a nuclear station.

【關(guān)鍵詞】核島除鹽器； 國(guó)產(chǎn)化； 線切割； 過(guò)流縫隙

【Keywords】nuclear desalter； localization； wire-electrode cutting； over current gap

【中圖分類號(hào)】TM623 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）02-0173-02

1 引言

在壓水堆核電站建設(shè)中，核電站的水處理設(shè)備除鹽器（陰床、陽(yáng)床、混床）的進(jìn)料口和出料口均安裝有濾頭裝置，用于阻止離子交換樹(shù)脂通過(guò)，但能使凈化后的水通過(guò)，以此來(lái)獲得凈水。核島核二、三級(jí)除鹽器需要用到一百多只同類型不同規(guī)格的濾頭。國(guó)內(nèi)火電廠除鹽器上應(yīng)用的濾頭裝置結(jié)構(gòu)形式為繞絲型，該結(jié)構(gòu)形式的濾頭濾管部分采用一根T型鋼絲螺旋繞制在若干根支撐筋上并進(jìn)行點(diǎn)焊，繞絲和繞絲之間形成過(guò)流縫隙。繞絲型濾頭裝置在鋼絲繞制時(shí)需要點(diǎn)焊在支撐筋上，焊接變形大，焊點(diǎn)易腐蝕脫落，鋼絲強(qiáng)度低，易變形，鋼絲與鋼絲之間的縫隙難以控制，可靠性低，不適合應(yīng)用于核電項(xiàng)目。

2 研發(fā)前景

在某項(xiàng)目之前的核電項(xiàng)目中，該類除鹽器所用的濾頭裝置為進(jìn)口產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)形式為墊片式， 由接管、上蓋、濾管、骨架、下蓋，以及螺柱、螺母、墊片等組成，骨架外的濾管由若干片相同結(jié)構(gòu)的濾片疊加組合構(gòu)成，每片的一面十字向均有相對(duì)稱的小凸臺(tái)，因而若干片疊加組合后在軸向形成四條筋、相鄰兩片之間沿圓周形成等距間隔的四條過(guò)水縫隙，這種疊片型濾頭裝置片與片之間的過(guò)水縫隙靠四個(gè)部位的小凸臺(tái)接觸控制形成，加工精度難以保證，因而過(guò)水縫隙有時(shí)偏大，有時(shí)偏小，易產(chǎn)生離子交換樹(shù)脂流失現(xiàn)象，嚴(yán)重影響凈化后的水質(zhì)。

無(wú)論是國(guó)外疊片式濾頭還是國(guó)內(nèi)的繞絲型濾頭，都存在一定的技術(shù)缺陷，因此，在國(guó)內(nèi)研發(fā)一種更可靠，更安全的濾頭裝置取代國(guó)外濾頭產(chǎn)品勢(shì)在必行。

3 國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程

濾頭研發(fā)過(guò)程中充分考慮了核電設(shè)備的高可靠性要求，吸取疊片式濾頭和繞絲型濾頭的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，完善其性能不足，提出合理化解決方案，新型濾頭由接管、上蓋、濾管、骨架、下蓋，以及螺柱、螺母、墊片等組成。關(guān)鍵在于濾管上的過(guò)流縫隙是線切割而成，縫隙與縫隙不相連，濾管在一定長(zhǎng)度上為一整體結(jié)構(gòu)。

通過(guò)上述技術(shù)方案可以看出，新型濾頭，強(qiáng)度高，無(wú)焊接變形，可通過(guò)數(shù)控機(jī)床精加工而成，縫隙均勻，精度高，水流縫隙得到保證。

3.1 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)研發(fā)兩條主線的要求，首先對(duì)試驗(yàn)用濾頭圖紙和PL核電第一批濾頭圖紙進(jìn)行了設(shè)計(jì)。濾頭分進(jìn)料濾頭和出料濾頭兩種，設(shè)計(jì)成型的進(jìn)料濾頭結(jié)構(gòu)如圖所示，濾頭由接管1、連接環(huán)2、濾管4、支撐架3、托板8，以及螺柱5、螺母6、墊片7構(gòu)成，接管1的一端焊接于連接環(huán)2上，濾管4中內(nèi)襯支撐架3，濾管4、支撐架3固定于連接環(huán)2和托板8之間，并由螺柱5、螺母6、墊片7將濾管4、骨架3連接固定成整體結(jié)構(gòu)。濾管4為整體結(jié)構(gòu)，且沿圓周具有等距、一體的四條軸向隔離筋，隔離筋之間按規(guī)律排列若干過(guò)水縫隙。濾管4為一定長(zhǎng)度時(shí)由兩段或兩段以上對(duì)應(yīng)碰觸連接，每段為整體結(jié)構(gòu)，各段濾管4在徑向上切割多道割縫形成過(guò)流縫隙，相鄰過(guò)流縫隙端具有隔離筋11，濾管4在軸向上切割多道割縫形成過(guò)流縫隙，割縫與割縫之間不相連。 對(duì)應(yīng)過(guò)流縫隙的濾管4外壁處加工有導(dǎo)流口。出料濾頭和進(jìn)料濾頭的結(jié)構(gòu)相似，兩者之間的區(qū)別是出料濾頭的導(dǎo)流口在濾管的內(nèi)壁。

3.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)內(nèi)容為首先建立一個(gè)試驗(yàn)回路?；芈窇?yīng)由泵、閥門(mén)、壓力容器、測(cè)量?jī)x表（壓力表、流量表、溫度計(jì)）等部件組成。在將容器內(nèi)充各方向尺寸不得小于0.3mm的樹(shù)脂。試驗(yàn)回路應(yīng)保持溫度，流量35t/h，連續(xù)運(yùn)行不小于24小時(shí)，再進(jìn)行反沖洗試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后，對(duì)濾頭進(jìn)行外觀檢查。濾頭應(yīng)無(wú)脫落變形、無(wú)跑漏樹(shù)脂等現(xiàn)象。

根據(jù)對(duì)濾頭功能性試驗(yàn)的要求，濾頭供應(yīng)商聯(lián)合相關(guān)廠家，討論可行的技術(shù)方案。該試驗(yàn)的難點(diǎn)是：水溫達(dá)到110℃，已經(jīng)超過(guò)了水的沸點(diǎn)，容易產(chǎn)生蒸汽。水溫110℃，蒸汽和高溫對(duì)所選擇的儀表也是一種考驗(yàn)。經(jīng)過(guò)綜合考慮，濾頭供應(yīng)商提出功能性試驗(yàn)方案，將整個(gè)回路密閉，通過(guò)提高壓力使得水的沸點(diǎn)升高，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)排出熱膨脹的水。

試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)分為機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)以及儀表設(shè)計(jì)三部分。機(jī)械設(shè)計(jì)主要完成試驗(yàn)回路中的三個(gè)壓力容器（容器罐、加熱水箱、樹(shù)脂捕捉器）設(shè)計(jì)，回路管路鋪設(shè)，電氣設(shè)計(jì)主要完成電氣控制柜的設(shè)計(jì)，可對(duì)回路進(jìn)行控制操作，儀控設(shè)計(jì)主要完成各個(gè)傳感器信號(hào)的采集，計(jì)算機(jī)記錄，顯示。

3.3 加工制造難點(diǎn)

3.3.1管口變形控制

當(dāng)濾頭供應(yīng)商工人在給濾管下料時(shí)候，發(fā)現(xiàn)割斷的管口變成橢圓形，無(wú)法進(jìn)一步進(jìn)行加工。濾頭供應(yīng)商立即組織人員對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行技術(shù)分析，經(jīng)過(guò)分析討論，認(rèn)為由于鋼管的壁厚較薄，鋼管內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力，一旦切割就會(huì)釋放鋼管內(nèi)部應(yīng)力，使得鋼管管口變成橢圓形，無(wú)法進(jìn)一步加工濾管。如何解決該問(wèn)題，一是加厚管壁的厚度，留足夠加工余量，即使切割鋼管時(shí)有少許的應(yīng)力變形現(xiàn)象，也可通過(guò)后期加工滿足尺寸要求，二是購(gòu)買(mǎi)的管材必須經(jīng)過(guò)固溶處理，最大限度消除內(nèi)應(yīng)力。最終采用定制的加厚鋼管加工，有效解決了此問(wèn)題。

3.3.2 刀架變形控制

在鏜制濾頭內(nèi)管壁的導(dǎo)流口時(shí)，濾頭供應(yīng)商采用高精度數(shù)控鏜床加工。如果濾管較長(zhǎng)，則由于鏜床刀架懸臂過(guò)長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生刀架受力變形現(xiàn)象，從而影響零件的精度。濾頭供應(yīng)商發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題后，及時(shí)修正圖紙，將較長(zhǎng)的濾管分成兩段加工，在組裝時(shí)候再將兩段濾管拼接成一根管，起到明顯效果。

濾管上的割縫精度是濾頭國(guó)產(chǎn)化研發(fā)是否成功的關(guān)鍵，濾頭供應(yīng)商采用先進(jìn)的線切割方法進(jìn)行加工。經(jīng)過(guò)大量反復(fù)試驗(yàn)，經(jīng)歷無(wú)數(shù)次失敗，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，修正程序控制參數(shù)，終于找到一個(gè)令人滿意的加工工藝方法。濾管上的每個(gè)割縫采用線切割分三次切割成型，并且線切割鉬絲進(jìn)絲方向保持一致，嚴(yán)格控制切割速度。這樣不但減小了機(jī)床的累計(jì)誤差，也保證了割縫的精度要求。

連接環(huán)零件的初始設(shè)計(jì)中間的支撐架與外圍的環(huán)分兩個(gè)部分加工后焊接成型，經(jīng)考慮采用一整塊材料線切割成型，無(wú)焊接變形現(xiàn)象。

3.4 試驗(yàn)與驗(yàn)收

在調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)水溫從常溫升至110℃，熱膨脹大，容易將回路脹破，經(jīng)及時(shí)調(diào)整方案，將高溫的水從排氣口排出一部分，以減少膨脹壓力。在調(diào)試過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)高溫對(duì)測(cè)量?jī)x表產(chǎn)生影響，經(jīng)及時(shí)調(diào)整儀表參數(shù)，使得儀表正常工作。試驗(yàn)結(jié)論：試驗(yàn)嚴(yán)格按照《除鹽器濾頭功能性試驗(yàn)程序》要求進(jìn)行。在回路溫度≥110℃，流量≥35t/h的條件下，回路持續(xù)試驗(yàn)>24小時(shí)，并進(jìn)行了反沖洗試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后，對(duì)濾頭進(jìn)行外觀檢查，濾頭無(wú)脫落變形，無(wú)樹(shù)脂跑漏現(xiàn)象，濾頭性能符合除鹽器濾頭技術(shù)要求。endprint