核電站消除蒸汽發(fā)生器傳熱管應(yīng)力腐蝕的方法

1、核電站消除蒸汽發(fā)生器傳熱管應(yīng)力腐蝕的方法丁訓(xùn)慎摘要 介紹了兩種消除蒸汽發(fā)生器傳熱管應(yīng)力腐蝕的方法:噴丸和熱處理;并簡介了幾種蒸汽發(fā)生器維修用的多功能機械手。關(guān)鍵詞 蒸汽發(fā)生器 噴丸 熱處理 多功能機械手中圖分類號 TK284 文獻標識碼 B盡管多年來對核電站蒸汽發(fā)生器的設(shè)計制造和運行方面進行了大量研究和改進,但傳熱管的破損還是頻繁發(fā)生。 運行中的蒸汽發(fā)生器傳熱管產(chǎn)生的各種腐蝕中,只有對應(yīng)力腐蝕可以在現(xiàn)場采取補救措施,改善管子材料的耐腐蝕性。應(yīng)力腐蝕主要與存在高的拉應(yīng)力和敏感的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān),改進一個或兩個參數(shù)可以明顯增加傳熱管抗應(yīng)力腐蝕的能力。目前應(yīng)用的消除傳熱管應(yīng)力腐蝕的方法有噴丸及熱處理兩種

2、,今作簡單介紹如下。一、噴丸對蒸汽發(fā)生器傳熱管脹管區(qū)表面,特別是脹管過渡區(qū)(僅幾個毫米內(nèi)表面進行噴丸處理,能對該區(qū)域施加壓縮應(yīng)力,提高抗應(yīng)力腐蝕性能。常用的噴丸方法有散射噴丸和旋轉(zhuǎn)噴丸兩種。散射噴丸是利用壓縮空氣輸送金屬小珠打擊管子內(nèi)壁,其噴丸系統(tǒng)如圖1所示。旋轉(zhuǎn)噴丸是利用粘結(jié)在擊打器上的小珠打擊管子內(nèi)壁,如圖2所示。 圖1散射噴丸系統(tǒng)圖圖2 旋轉(zhuǎn)噴丸示意圖散射噴丸系統(tǒng)主要由下列幾部分組成:(1壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)。包括壓縮機,空氣干燥器和空氣儲罐。(2球丸發(fā)生裝置。包括球丸發(fā)生器、球丸再循環(huán)系統(tǒng)、為每根管子噴丸稱重的球丸收集器、真空泵、儲存新球丸和回收舊球丸的兩個儲存箱。這套裝置可以無人干預(yù)地閉

3、環(huán)操作,由控制臺附近的一套裝置驅(qū)動。(3推拉器和特殊的噴射導(dǎo)管,使噴射頭可到達管板出口脹管過渡區(qū)的所有需作噴丸的區(qū)域。散射噴丸處理的要點如下:(1采用優(yōu)良的彈丸種類、尺寸和工藝參數(shù),在約為0.1mm 深度的內(nèi)壁造成均勻壓應(yīng)力,而在外壁則不會產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力;(2噴丸區(qū)具有600MPa 的最大壓應(yīng)力,能防止應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生,對已產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕裂紋和噴丸深度外的應(yīng)力腐蝕裂紋的影響很小;(3進行了噴丸的特性試驗和腐蝕試驗,證明了噴丸處理的可靠性;(4彈丸再生后可重新循環(huán)使用,循環(huán)區(qū)域限制在脹管區(qū)和脹管過渡區(qū);(5經(jīng)常從經(jīng)噴丸處理的傳熱管中取樣,全面檢查噴丸處理后的情況。除了散射噴丸外,還有旋轉(zhuǎn)噴丸

4、。旋轉(zhuǎn)噴丸多用于不帶放射性的待運行的蒸汽發(fā)生器,而散射噴丸則用于在役帶放射性的蒸汽發(fā)生器。散射噴丸已在法國、美國、比利時、西班牙和瑞典等國的百余臺蒸汽發(fā)生器上應(yīng)用。在封頭內(nèi)的多功能機械手,把每根噴丸的傳熱管固定在噴射接管的位置。這種機械手適用于一次側(cè)封頭內(nèi)的各種操作,如堵管、管端加工和襯管等。噴丸控制臺對噴丸系統(tǒng)進行視頻監(jiān)督,并裝有噴丸和機械手實現(xiàn)自動化的全部控制設(shè)備。噴丸操作分三個階段:第一階段是噴丸設(shè)備裝入蒸汽發(fā)生器封頭前,在蒸汽發(fā)生器外的實體模型上組裝好,并隨之進行強度試驗、穩(wěn)定性試驗和性能試驗。設(shè)備管理與維修 2005 7 第二階段是蒸汽發(fā)生器內(nèi)噴丸階段,包括在封頭內(nèi)工作平臺上的設(shè)備安

5、裝,進行噴丸系統(tǒng)的特性試驗。隨后作傳熱管的噴丸處理。第三階段噴丸設(shè)備和系統(tǒng)從核電站拆運走,包括工作平臺的拆除和設(shè)備的裝箱待運。二、熱處理減小脹管區(qū)和脹管過渡區(qū)應(yīng)力的方法還有現(xiàn)場局部消除應(yīng)力處理和整體熱處理。局部消除應(yīng)力處理是采用電感應(yīng)加熱至700 的局部熱處理。短時間的熱處理具有釋放管壁應(yīng)力,提高抗應(yīng)力腐蝕的能力。將熱處理時間延長到12h(類似管子制造中的特殊熱處理,還能改進材料的微觀結(jié)構(gòu)。為了降低U形彎頭區(qū)的應(yīng)力,以減輕一次側(cè)應(yīng)力腐蝕破裂,法國布熱核電站、美國勇士核電站和前南斯拉夫克爾什科核電站的蒸汽發(fā)生器對U型小彎頭都進行了在役的消除應(yīng)力熱處理。作為消除應(yīng)力的整體熱處理是將整個管板加熱到6

6、10 ,以消除傳熱管的脹管區(qū)和脹管過渡區(qū)的殘余應(yīng)力和改善金相組織(在晶粒邊界析出碳化物。具體方法是將電加熱元件(例如陶瓷加熱板布置于管板及其附近筒體外側(cè),熱處理升溫、降溫過程中,當溫度到達427 以上時,必須控制升降溫速率50 h,當達到熱處理溫度后開始保溫。這種整體熱處理的優(yōu)點是所需時間為幾個星期,不需要在高輻照劑量的水室里工作。但不能由于過高的熱處理溫度,使管子與管板脹接區(qū)的脹接力松弛,以及管子與管板焊縫的機械性能下降。三、多功能機械手在蒸汽發(fā)生器維修操作時普遍采用多功能遙控機械手,對提高維修質(zhì)量和降低輻照劑量具有明顯作用。1.爬行器用于在役檢查和下封頭內(nèi)比較簡單作業(yè)(如小規(guī)模堵管的裝置,

7、分為檢查用爬行器和維修用爬行器。(1檢查用爬行器。這種渦流檢查用爬行器是一種置于蒸汽發(fā)生器下封頭、懸掛在管板下表面上的工具運送裝置,它能把各種檢查或維修工具送入蒸汽發(fā)生器中的任何一根管子。這種爬行器被設(shè)計成可沿整個管板,某一管排或管板上的預(yù)定區(qū)域運動,也可爬向某一根管子。它具有智能,可以修正自己的路線,繞過堵管、拉桿一類障礙。(2維修用爬行器。在檢查用爬行器基礎(chǔ)上又設(shè)計了維修用爬行器,它可運送15kg的工具,被廣泛用于渦流檢查、加工管端并堵管,對管子內(nèi)表面噴丸等操作。以后又發(fā)展為Su2y維修用爬行器,用于在下封頭內(nèi)的維修操作,例如:堵管、加工管孔、焊接、噴丸和脹管等。借助于一組桿子把這種爬行器

8、放入蒸汽發(fā)生器,并將其固定在管板下表面。用微機來控制Su2y爬行器在管板上的運動。有幾種操作方式:手動方式,使爬行器在四個方向的任一方向移動一步;半自動方式,使爬行器向前或向一邊作長距離運動;自動方式,使爬行器作長距離運動并操作工具。2.智能機械手智能機械手不再是圍繞給定工具(探頭、堵管用具等設(shè)計出來的結(jié)構(gòu),而是要滿足采用各種工具并在負荷較大的情況下進行更復(fù)雜的操作,包括維修管板、噴丸和加裝襯管等。在Su2y 爬行器的基礎(chǔ)上進行改進設(shè)計,使之能夠裝備不同的維修工具(機械加工、焊接和堵管工具。(1Roteta機械手。可攜帶較重工具并能重復(fù)操作(如管端修理、噴丸和加裝襯管,它有一根豎立桿和一個支承

9、工具托架的轉(zhuǎn)動臂,可到達管板的任何部位。只要將該機械手傾斜并固定在人孔的對面,就可以很方便地更換工具。機械手的控制臺被建成環(huán)形,它由使機械手轉(zhuǎn)動或平移的動力箱和計算機控制系統(tǒng)組成。(2Romeo機械手。它是一種多功能機械手,有一個簡單的運送器,在下封頭內(nèi)很容易對整塊管板進行各種操作。它有一根豎立桿,一個具有接頭的轉(zhuǎn)動臂和一個前臂延伸節(jié),與豎立桿相連的支桿在肘部支承著轉(zhuǎn)動臂?？蓴y帶100kg重的工具移動1.5m,偏差只有 1.5mm。如果攜帶200kg,相同的距離其偏差不超過 3mm。用微機對機械手進行數(shù)字控制,用程序調(diào)節(jié)器調(diào)整所有的自動動作,其位置偏差為 1mm,重復(fù)誤差為 0.5mm。第一根

10、軸(肩軸的轉(zhuǎn)速為4 s,第二根軸(肘軸的轉(zhuǎn)速為8 s,前臂的延伸速度為80mm s,總重量為70kg。其操作方式有手動、半自動和全自動三種。3.多功能遙控機械手西屋公司開發(fā)的ROSA 機械手的主要功能是對蒸汽發(fā)生器一次側(cè)進行各種檢查、維護和修理,是ROSA機械手的第三代產(chǎn)品,具有先進的自動操作裝置以及程序控制的終端操縱器。該自動操作裝置使用了調(diào)諧傳動和高轉(zhuǎn)矩直流馬達,配備自動手臂,使人孔到管板按指定要求運動,并可承受36kg的負荷。現(xiàn)代化的電腦控制系統(tǒng)包括在線操作指令、診斷和復(fù)原、跟蹤和登記功能,并有探明目標和自動執(zhí)行任務(wù)的能力。采用了先進的人機接口系統(tǒng),一個操作人員就可以控制該機械手和終端操縱器。使用先進的光纖系統(tǒng),可以遠距離地進行操作。W05.07-15作者通聯(lián):核動力運行研究所 武漢市關(guān)山路20號 430074 編輯 王 其起重機主梁矯正 強化 專利技術(shù)發(fā)明專利號:ZL98110310 3國際主分類號:B6696 00本起重機主梁矯正、沖擊強化專利技術(shù)已于2003年下半年和2004年全年連續(xù)在 設(shè)備管理與維修 雜志上介紹。遼寧撫順紅透山銅礦是第一個受益單位。2004年末,銅礦反饋修過的五臺起重機主梁效果很好,非