核電MSR再熱管的制造技術(shù)分析

劉大松 裴炯

中核第四研究設計工程有限公司 河北石家莊 050000

1 設備簡介

MSR(汽水分離再熱器)再熱管作為汽輪機四大管系之一，在保護汽輪機低壓缸葉片免受刷蝕并提高汽輪機熱效率，進而提高機組的發(fā)電效率方面具有重要的作用。同時，由于它的工作環(huán)境特殊(高溫、高壓、高濕度)、安裝要求高，在制造中有著不同一般管道的特殊的技術(shù)要求[1]。

核電再熱管組主要分為冷段和熱段兩部份，分布在高中缸（HIP）兩側(cè)，再熱管冷段和四個高壓汽缸（HP）排汽口連接，接收高壓缸的高濕度排汽，從機頭側(cè)平臺下進入左右兩側(cè)MSR下部進汽口進行加熱，加熱除濕后再經(jīng)MSR上部通過左右兩側(cè)再熱熱管（含中壓蝶閥）和中壓汽缸（IP）進汽口連接（圖1、圖2）。管道有疏水接管、支吊架支撐環(huán)、檢修孔和高壓安全閥支管等附件，除上半有檢修法蘭外，其余全部為焊接連接[2]。

圖1 主視圖

圖1 俯視圖

再熱管冷段為典型的奧氏體超低碳不銹鋼焊接件，主要材料為00Cr18Ni10N鋼板；熱段為優(yōu)質(zhì)碳素鋼焊接件，主要材料P295GH。管道主要由14-18mm鋼板卷制焊接成筒體，再與彎頭、法蘭等焊接成各管組，成型后再進行部分管座的再加工，冷熱段各分成4段管組（圖2），每個管組又分成若干管段進行分別制造，總重約90噸。再熱管管段在制造廠制造完成后，還需在現(xiàn)場進行最終組裝、焊接、檢驗等工作。冷段管道直徑為φ1219×14mm，熱段管道直徑為φ1321×14mm，道管直徑大，數(shù)量多，焊接工作量巨大，需要優(yōu)化制造方案、規(guī)范制造過程，才能滿足質(zhì)量和工期要求。

2 設備制造關(guān)鍵工藝的分析

再熱管的制造工藝過程包括備料、下料、筒體卷制、縱縫焊接、尺寸校驗、縱縫無損檢測、彎頭裝配、環(huán)縫焊接、環(huán)縫無損檢測、鏜削管座附件孔、裝焊管座附件、角焊縫無損檢測、水壓試驗、噴丸、表面處理等工序。裝配、焊接、無損檢測及水壓試驗等工序過程復雜、專業(yè)性強，直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量、制造工期、現(xiàn)場安裝質(zhì)量，為制造的關(guān)鍵工藝。由于00Cr18Ni10N為超低碳不銹鋼，線膨脹系數(shù)較大，導熱性較差，鋼性較大，易產(chǎn)生較大的焊接應力和變形，裝配、焊接難度都很大，且容易氧化，因此再熱管冷段的裝配焊接過程的控制與檢驗是制造中關(guān)鍵點，見表1。

3 設備制造中焊接技術(shù)分析

設備制造中常用的焊接方法包括焊條手工焊（SMAW）、埋弧焊(SAW)、手工氬弧焊(GTAW)和半自動藥芯焊絲電弧焊（FCAW）。焊條手工焊設備簡單，操作靈活方便，能進行全位置焊接，但生產(chǎn)效率低、勞動強度大。埋弧焊焊接速度快、效率高，適用于長縱環(huán)焊縫的焊接。手工氬弧焊具有焊接質(zhì)量高、無飛濺、無熔渣等優(yōu)點，但焊接效率低，主要用焊縫的打底焊接中。

藥芯焊絲電弧焊與氣體保護焊非常相似，差別在于藥芯焊絲電弧焊采用的是中間裝有粒狀焊劑的管狀焊絲，而氣體保護焊用的是實芯焊絲。根據(jù)焊接時是否采用保護氣體可分為FCAW-S（藥芯焊絲自保護焊）和FCAW-G（藥芯焊絲氣體保護電弧焊）。在壓力容器上應用的FCAW通常是指FCAW-G，簡稱FCAW。

FCAW具有以下優(yōu)點：

（1）生產(chǎn)效率高。FCAW熔敷效率高達85-90%，生產(chǎn)效率是實芯焊絲的1.5-2倍，是手工電弧焊的5-8倍。特別是使用小直徑藥芯焊絲（如φ1.2mm）時，可以用較大的焊接電流實現(xiàn)全位置焊接。

（2）焊縫質(zhì)量好。采用氣渣聯(lián)合保護，有較充分的冶金作用，可除去雜質(zhì)，防止空氣侵入，改善脫氧效果，可滲合金，因此焊縫的力學性能，特別是塑性和韌性較好。

表1 00Cr18Ni10N化學成份

作者簡介： 劉大松（1978年-），男，漢族，河北，注冊設備監(jiān)理工程師，學士，研究方向：主要從事核電等相關(guān)設備監(jiān)造工作。

（3）焊接工藝性好。電弧穩(wěn)定，聲音柔和；飛濺顆粒小且容易清除；焊縫外形美觀；焊渣薄且容易清除；可選用的合適的工藝參數(shù)范圍大；操作簡便，容易掌握。

（4）節(jié)約熔敷金屬。當焊接電流相同時，由于藥芯焊絲導電截面小，電流密度大，因此，熔深大。采用藥芯焊絲焊接中厚板對接接頭時，只需開30°-40°坡口就夠了，鈍邊也可以留得比較大。而手工電弧焊時，需開60°坡口，鈍邊也比較小。因此采用藥芯焊絲焊接可節(jié)約熔敷金屬40%以上。焊接角焊縫時，節(jié)約熔敷金屬的效果更明顯。

藥芯焊絲作為第四代焊接材料以其生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、綜合焊接成本低等無可比擬的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢近年來在國內(nèi)外得到快速發(fā)展。

綜合各種焊接方法的優(yōu)缺點及設備特點，再熱管制造中采用的焊接方法如下：管道制造中環(huán)焊縫、角焊縫的打底焊接采用GTAW焊接，保證焊接質(zhì)量；環(huán)焊縫、角焊縫的填充、蓋面大部分采用FCAW焊接，縱焊縫采用SAW焊接，保證焊接質(zhì)量，提高焊接效率；少量位置特殊的角焊縫填充、蓋面采用SMAW焊接。

4 制造中的加工、檢測技術(shù)分析

制造中大量采用SAW、FCAW等半自動焊接，對焊前的加工裝配精度提出了更高的要求，如焊接坡口、組對間隙、錯邊量等。為此，焊接坡口由原先的手工打磨坡口改為刨邊機加工，坡口質(zhì)量將明顯提高。由于管段、彎頭直徑大，普遍存在橢圓度，為保證組對質(zhì)量，開發(fā)了管道裝配的專用工裝，通過緊固螺釘?shù)姆绞絹碚{(diào)節(jié)管道各個位置的組對間隙和錯邊量，保證焊接要求。

再熱管設計壓力1.6MPa，工作介質(zhì)為高溫高壓蒸汽，任何制造缺點都有可能導致泄漏和爆炸的發(fā)生。因此，檢測也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，再熱管主要檢測手段包括無損檢測和水壓試驗。

焊接是在設備制造中影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要過程，焊接缺陷的存在將產(chǎn)生應力集中、削弱承載能力等問題，因此，焊縫是設備檢測的重點部位。無損檢測是檢測焊縫缺陷的重要手段，無損檢測的方法主要有液體滲透檢測（PT）、射線檢測（RT）、超聲檢測（UT）等。為消除焊接缺陷，再熱管所有縱環(huán)焊縫進行100%RT檢測，所有焊縫表面進行100%PT檢測。焊縫無損檢測的全覆蓋，為產(chǎn)品質(zhì)量又提供了一份保障。

水壓試驗是對設備選材、設計計算、結(jié)構(gòu)以及制造質(zhì)量的綜合性檢查，是設備制造中必不可少的一個檢測環(huán)節(jié)，其目的是鑒別設備受壓元件的嚴密性和耐壓強度。為此，需編制專門的水壓試驗規(guī)程，對試驗過程和檢測結(jié)果進行嚴格控制。

5 應用效果

通過對核電MSR再熱管的制造技術(shù)分析，根據(jù)設備特點及制造難點、要點，改進了坡口加工方法、設計了專門的管道裝配工裝，并編制了專門的焊接工藝規(guī)程、無損檢測規(guī)程、水壓試驗規(guī)程等制造技術(shù)文件，對制造過程進行有效控制。

6 結(jié)語

新方法、新技術(shù)的合理應用，使焊縫的焊接合格率明顯提高，產(chǎn)品的質(zhì)量得到更有效保證。同時，整套再熱管的制造周期也從原來的一年縮短至五個月，為制造廠節(jié)約了制造成本，創(chuàng)造了經(jīng)濟效益，為社會創(chuàng)造了價值。