新型高效汽液分离干燥器装置波纹板的制造

蔡振芳 赵金民 赵 鹏 王 烨

(上海东海压力容器制造有限公司)

在国内核电厂中，核岛的主要设备装置由反应器、蒸发器、稳压器及有关泵等组成,反应器产生高压蒸汽后必须经蒸发器,由一回路中间载热体将其热能在蒸发器中加热二回路水，产生一定温度和压力的蒸汽。由于蒸汽含有大量水分将严重影响汽轮机的正常工作，因此必须经分离干燥后将其水分分离到一定指标(干度达99.75%)，之后干蒸汽才能推动汽轮机正常工作发电。

1 蒸汽发生器简介

蒸发器底部是一个U形换热器(图1)，其管程走一回路热载体加热壳程的二回路水并产生蒸汽,其蒸汽经设在蒸发器顶部的汽液分离干燥器分离水并达到干燥的效果。为了保证汽轮机能在较高负荷、压力和循环倍率下提供合格的蒸汽就要求有高效的分离和干燥装置，而完成这一功能的关键则是分离和干燥装置中的波纹板。我国已建和在建的核能装置中的波纹板均为进口。为了打破西方垄断，实现国产化，上海东海压力容器制造有限公司(以下简称：上海东海)自2006年以来，在承接国家有关核电设计院、研究院、制造厂和使用厂的制造项目并在其协同下完成了相关堆型的波纹板研制,开发的8种波纹板结构均已应用于有关堆型并取得了成功。

蒸汽发生器干燥器工作时，蒸汽经一级分离器分离后，由干燥器底部进入干燥器，经波形板分离后，经过侧向的分隔板从顶部排出以达到汽水分离干燥的效果。干燥器由底部法兰、外侧围筒以及8组波形板分离组件等构成，每个分离组件由疏水槽组件和波形板叶片组件构成。应指出该装置除了在核电装置中应用外，因其功能和作用表明在火电、化工和石油系统凡需要获得高指标干蒸汽的场合也可同样适用。

图1 蒸汽发生器结构简图

2 波形板结构简介

上海东海在过去7年中分别为AP1000、CPR1000、国内自主技术的CAP1400陆续开发了8种波纹板结构，其中尤以研究制造完成的CPR1000波纹板结构最为复杂，当然这8种波纹板结构(图2～9)繁简不一，但都满足设计和使用要求。

图2 CAP1400单面双钩波纹板叶片组件

图3 CAP1400带支承隔板单面双钩波纹板叶片组件

图4 C1-C4洽希玛项目起始波纹板叶片组件

图5 CAP1400双钩波纹板叶片组件

图6 C1-C4洽希玛项目终端波纹板叶片组件

图7 ACP1000(B型干燥器试验件)标准波纹板叶片组件

图8 MSR性能试验件标准波纹板叶片组件

图9 冲压V形组件

3 波纹板的制造

笔者以CPR1000为例进行说明，波纹板的研制需制备复杂的工装和模具，经大量试验才得以完成。波纹板的结构形式比较复杂，其尾钩、挡水钩和波纹板需要整体成型，要达到设计所要求的结构形状需经过多道工艺才能完成。

3.1 模具的研制

经分析研究设计图纸中的要求，为能制造出合格产品首先通过分析确定模具套数，即用多少加工模具实现产品的压制。在此基础上首先进行小模试验，待小模试验成功后再扩大生产压制实际产品用模。

首先笔者参考了产品图纸和进口件产品，进行了仔细分析和研究，最终确定了加工工序，共分5副模具来完成波纹板产品的加工全过程：U形打弯模、S形打弯模、H形压平模、V形打弯模和整体成型模。

在加工正式模具之前进行了大量小型模具的试验工作，使每一道加工工序都能达到产品图纸的要求。小型模具的尺寸为宽405mm，长100mm。因在试制过程中有很多不可预知的情况，如：变形量、回弹量以及延伸率等，经许多试验使每一道工序都得到了正确的数据，在此基础上最终确定了实际产品用模具的图纸设计。

根据小型模具试制验证，设计了产品模具，宽405mm、长1 400mm，其研制过程如下：

a. 按图纸设计要求采购模具材料；

b. 根据图纸进行粗加工，然后根据零件的要求进行热处理，使每一只零件都能达到较好的机械性能和强度；

c. 按各零件设计要求在加工中心上进行精加工，使每一零件达到设计要求；

d. 采购模具装配所需要的各种标准件及附件；

e. 装配。

根据各道模具在冲压过程中的使用要求进行装配，使模具能非常正确的在导柱间进行灵活地上下运动，然后安装各定位装置，使每一道工序都能在加工时保证正确的尺寸要求。

3.2 波纹板制造方法及工艺路线的确定

经研究确定具体技术方法及工艺路线如下：

a. 波纹板下料，下料用剪切方法并于剪切后去除毛刺；

b. 第一道工序冲压尾钩；

c. 通过7道工序完成双曲S形状，同样通过七道工序将S形波纹板改变成U形；

d. U形压扁整体校正整形；

e. 压制V形板，同样通过7道工序完成波纹板基本形状和尺寸；

f. 波纹板整体整形压模。

通过上述6步工序完成波纹板的试制工作，在完成小试的基础上，本公司进行了大尺寸的试制，此后又完成了预投件(10件)的生产制造。在完成研制过程中，除了完成模具的研发及修正、有关工装的试制、测量检具的试制外还完成了有关制造文件、质量控制文件和程序文件，具体包括：蒸汽发生器波形板(折板)科研方案、制造大纲、质量计划、尺寸检查程序、压制程序、液体渗透程序、清洁程序、制造工艺流转卡以及专业检测量具等。

3.3 原材料采购及选用

试件采用厚度为1.2mm，ASME A240-316L材料(抗拉强度485MPa，屈服强度170MPa，延伸率55%)，材料采购经入厂验收入库，化学成分见表1。

表1 试件化学成分表 wt%

3.4 试制工艺

试制工艺流程为：

a. 完成模拟模具和生产模具的研制及试验修正，模拟模具经4次修正和4次试压成形满足图纸要求后,再进行生产模具的设计制作(经3次修正,3次试压)，完成后压制科研件4件；

b. 按图纸尺寸下料后进行检查，满足通过模拟压制确定的波纹板展开几何尺寸，并去除毛刺；

c. 下料后成形前作目视检查其表面质量，不允许存在任何刮伤、皱纹、裂缝、凹坑、疤痕、嵌入物及金属异物等；

d. 按工艺文件压制波纹板；

e. 压制后用碱性溶液清洗，禁止酸洗；

f. 压制各中间过程均采用样板检查；

g. 压制后作目视检查以不存在任何刮伤、皱纹、裂缝、凹坑、疤痕、嵌入物及金属异物为合格；

h. 按蒸汽发生器波形板液体渗透检验程序对波形板压制受检表面进行液体渗透检验；

i. 成品表面作防铁素体污染清洗，按蒸汽发生器波形板清洁程序。

3.5 有关几何尺寸的检查

为了能正确检查试制件的几何尺寸，公司制订了专用样板并取得检验证书，经检验各件几何尺寸完全符合图纸的要求。

3.6 试压产品

用设计好的产品模具首先压制了产品波形板，在检验合格后又压制了预投件10件，在进行试压过程中比较顺利，经检验试压出的产品都能达到图纸要求。

4 波纹板压制

波纹板压制步骤和程序为：

a. 下料。为防止板材表面划伤，工作场所应进行适当隔离，工件的存放应设有保护措施。下料采用一台2600mm×6mm数控切机完成。

b. 冲压S形板片尾钩。尾钩冲压在160t专用冲压折边机上用专用模具冲压成形(图10)。

c. 冲压S形板片挡水钩。挡水钩在320t专用冲压折边机上用专用模具冲压成形(图11)。通过7道步骤完成S形板片，冲压在四立柱320t油压机上进行，工作台面尺寸为1000mm×2000mm，行程大于800mm。

d. 冲压U形板片。在四立柱320t油压机上用专用模具冲压成形(图12)，通过七道冲压，将S形板片冲压成U形板片。

e. U形板片整体校正。在800t油压机上进行(图13)。

f. 冲压V形板。在320t油压机上通过7道步骤完成波形板毛坯(图9)。

g. 整形。波形板用专用模具在800t油压机上整体整形(图14)。

图10 冲尾钩

图11 冲压挡水钩

图12 冲压U形板片

图13 U形板片整体校正

图14 整体整形

5 结束语

波纹板研制成功后召集了国内核电领域专家评审，经过与国外同类产品的比较，审定认为：通过试验试制和产品制造，上海东海完全掌握了波纹板的成型技术，生产的波纹板经检验完全能满足设计图纸和使用要求，达到了国外同类产品的技术指标，现在都已应用于有关堆型的分离与干燥装置中，打破了西方垄断，实现了国产化，并希望为今后核电设备的生产作出应有的贡献。同时因其功能和作用，可以将产品在其他领域中得到进一步推广应用。