核电站核级管件的制造与使用

2015-03-19李占全赵自奕

产业与科技论坛 2015年14期

关键词：核级碳钢管件

□ 李占全赵自奕王超

一、核级管件的分类

(一)对接焊管件。通过对接焊形式完成管件与管道间连接的管件叫作对接焊管件。对接焊管件一般是用钢管制造而成的。口径在DN600以上的对接焊管件使用两个钢板焊接制造完成。

(二)承插管件。承插管件，主要是由圆钢或钢锭模压锻造毛坯成型，然后经车床机加工成型的一种高压管道连接配件。

(三)螺纹管件。带螺纹的管件一般被称作螺纹管件。螺纹管件一般被用于常用于水煤气管、小直径水管、压缩空气管和低压蒸汽管等。核电站中常遇到的螺纹管件为螺纹管帽。螺纹挂件安装时需涂以适当的胶合剂(如厚白漆、一氧化铅甘油胶合剂等)，以保证密封。

二、管件制造的主要工艺

(一)对接焊管件的制造工艺。

1．对接焊管制管件制造工艺。进料→原材料检验→下料→成型(冷挤压成型、热压成型、中频推制)→热处理→机械性能检验→酸洗钝化(不锈钢);整形喷丸(碳钢)→修磨→坡口加工→无损检验→打标识→成品。

2．板制管件制造工艺。进料→原材料检验→校平→下料→压制成型→二次切割制破口→焊接组对→整形→热处理→整形喷丸→修磨→坡口加工→无损检测→成品检验→打标识→成品。

3．锻制管件制造工艺。进料→锯切下料→锻造(模锻)→热处理→机加工→酸洗钝化(不锈钢)→打标识→成品。

(二)重要制造工艺步骤介绍。

1．冷成型管件。冷挤压成型分为水压冷成型和非水压冷成型。水压冷成型通常是用液压油对下料好的钢管行挤压，制造管件的工艺。水压冷成型工艺主要是用于制造1/2”－30”的三通与异径三通。非水压冷成型通常是用惰性气体对下料好的钢管进行挤压，制造管件的工艺。此种工艺主要是用于制造1/2”－30”弯头、1/2”－24”异径管与管帽。冷挤压成型工艺的特点是挤压管件尺寸准确表面光洁，目前我国研制的冷挤压件一般尺寸精度可达8～9级且不需要在加工，少量的只需要精加工。同时冷挤压加工的管件还十分节省原材料且管件的加工效率也很高。冷挤压件材料利用率通常可以达到80%以上。用冷挤压方法生产管件可比切削加工生产的效率提高几倍、几十倍、甚至几百倍。

2．热成型管件。热成型管件是将管子加热后用专业设备加工成型，然后加热到临界温度以上，保温一段时间后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度急速冷却的方法制作而成的管件，这种方法主要用于制作弯头。制造厂常用的无缝弯头成型工艺有热推、热挤压等。

由于碳钢含碳量相对不锈钢较高，故其强度和硬度较高塑性和韧性较较差。所以碳钢管件的成型一般选用热成型工艺。核级碳钢管件主要使用的材料为A42AP、AE250B1、P265GH、P280GH、TU42C。A42AP这种材料主要用于制造锻制管件，其需满足 RCC－M中 M1122相关章节的要求。AE250B1此种材料主要是用于核三级管件的制造，其需满足RCC－M中M1151相关章节的要求。P265GH此种材料可用于核二三级管件的制造。P280GH和TU42C这两种碳钢材料用于制作核二级的管件。上述三种材料均需满足RCC－M中M1149相关章节的要求。

3．焊接制造管件。焊接制造管件是通过压制钢板成型后焊接制造的管件。焊接制造管件的特点是制造生产成本低，可以制造大口径薄壁管件。

三、管件的热疲劳

(一)管件热疲劳的诱因与特点。管件在电站服役期间，管道内介质的温度反复变化而引起管件金属材料的疲劳现象称为热疲劳。长时间的管道热疲劳会引起管件应力集中处的管件裂纹。管件的热疲劳失效将会增大发生以下事故的潜在风险:一是小破口LOCA事件，主回路冷却剂丧失，导致冷却能力下降的核安全风险。二是泄漏量超过规范限定值，导致停堆，直接影响电站运行的业绩和经济利益。三是发生泄漏会使核岛厂房内的放射性水平升高，破口附近区域环境剂量激增，存在着人员外照射和体表污染的风险。四是失效管道维修更换风险大、难度高，维修处理方案需要经过严格的核安全审评，程序复杂。

在役核电站中存在热疲劳现象的管段主要在余热排出系统(RRA)的死管段。“死管段”现在是指部分与一回路直接相连的管道，在正常运行期间被两端的隔离阀或止逆阀隔离，“死管段”内的流体处于静止状态。在一回路升温升压及正常运行的过程中，由于“死管段”中压力较低，水的饱和温度也比较低，较低压力的水会被一回路侧隔离阀加热蒸发产生水—汽两相，导致管件的腐蚀发生。

(二)延长管件在热疲劳状态下的使用寿命。如果不能在管道布置上避免管道热疲劳的出现，那么我们只能通过改变管件的材料和制造工艺来延长管件的使用寿命。

一般我们会将管件原有Z2CN18－10材质替换为Z2CND17－12。后者比前者主要是增加了钼元素，其作用是提高不锈钢的耐点腐蚀、缝隙腐蚀的能力，同时可提高不锈钢在高温下长期工作时抗塑性变形的能力。

在管件的加工工艺上提高管件内壁的光洁度。管件过度倒角处更加圆滑，以便减少热应力在管件过度处的集中。通过以上的方法可以很好地延长管件在热疲劳环境下的使用寿命。

四、核级管件出厂验收及施工使用中所遇到的问题

(一)管件尺寸超差问题。在管件出厂验收的过程当中经常会遇到管件尺寸超差的问题，处理这类问题的方法一般为两种:第一种方法为对管件进行重新加工，加工后的尺寸需满足相关管件尺寸标准的要求。第二种方法为向相关技术部门打不符合项清单(NCR)，由技术人员判断此超差管件是否可以继续使用，如不能使用将此管件判废，要求厂商重新加工此规格管件。

(二)运输过程中管件所遇问题。在管件运输的过程中经常会发生对接焊管件焊接坡口被磕碰的事情。处理这种问题的方法是对管件在施工现场重新加工坡口，重新加工坡口后的管件其外形尺寸应满足标准要求。如果再加工后的管件尺寸超差需打不符合项清单，由设计人员判断管件是否可以继续使用。

碳钢管件在运输过程中经常会出现生锈的问题。在现场开箱验货的过程中如果发现管件生锈，可以现场要求厂商对管件现场除锈。除锈后测量管件相关部位的尺寸，如无尺寸超差管件可照常使用。如果锈蚀严重除锈后管件尺寸超差，可将问题管件退回厂商报废，要求厂商重新加工制造。