AP1000非能动余热排出热交换器的胀管评定技术
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摘要：胀管，是非能动余热排出热交换器制造中一道主要工序，它通过管子管板间的有效连接来保证含放射性的物质不致泄露。本文简要介绍ap1000非能动余热排出热交换器管子-管板胀接参数的工艺论证和胀接的技术要求。
关键词：核电站 非能动余热排出热交换器 胀管
前言
非能动余热排出热交换器（PRHR HX）是非能动余热排出系统的主要设备，其主要功能是在非LOCA事故下当反应堆的正常排热路径失效时导出堆芯衰变热。
PRHR HX由入口和出口封头及与其相连的C型立式传热管束组成，并被支承在安全壳内置换料水箱内。
本文简要介绍AP1000非能动余热排出热交换器管子-管板胀接参数的工艺论证和胀接的技术要求，验证胀管过程中液压胀接压力和机械胀减薄量在评定中的适用性。
1.评定的有效范围
在管子-管板胀接评定中 如果涉及到的主要因素或条件中一项或几项发生了改变（比如在以后的实际操作中更换了设备、材质或改变了相关参数等），则评定将不再适用，关系胀接技术中的主要因素或条件包括如下：
1.1.设备：液压胀管机
1.2.胀管用液体：B级去离子水
1.3.剂：可溶植物油脂
1.4.工艺过程：
最大胀接压力：400MPa
保压时间：50+2s
每次胀管循环注水次数：2次
1.5.管板试块材质：SA 508 Gr.3Cl.2
1.6. 管子材质：SB-163 UNS N06690
1.7.尺寸参数：
管子外径：φ19.05-0.20mm
管子壁厚：1.65±0.15mm
管板试板孔直径：φ19.25±0.05mm
评定有效胀管长度范围：185-308mm
管孔呈正方形排列，相邻两孔名义中心距：38.1mm
1.8.机械胀设备：电子机械胀枪
2.管子-管板胀接要求
管子-管板胀接评定顺序为：定位胀接-液压胀及检查-机械胀及检查-二次侧密封渗漏试验-管子管板残余应力测试-机械拉伸试验。
2.1.定位胀接
从管板一次侧表面开始，胀接长度为20mm，定位胀以达到固定换热管的目的，要求管子端面应与管板一次侧堆焊层平齐。定位胀接完成后应进行以下检测：
2.1.1.定位胀后对管子内壁胀接情况进行检查，应无明显划痕
2.1.2.定位胀后对胀接尺寸进行检查，包括胀接长度、管端与管板一次侧堆焊面距离
2.1.3.定位胀后应进行换热管固定效果检查，若发现管子窜动，需重新对换热管进行定位胀接
2.2.液压胀接
换热管在管板孔中进行全程液压胀接，胀接采用B级去离子水，剂采用可溶性油脂，胀接压力为300MPa，保压5秒，要求不允许有漏胀的现象。液压胀后每根管子应进行如下检测：
2.2.1.检查被胀接管子的内表面，应无明显划痕
2.2.2.使用带微调止动的检测仪对胀接长度进行精确检测，管子管板胀接贴合点距离管板试块二次侧面最近为1-3.2mm
2.2.3.采用涡轮探伤仪对胀接区域和胀接过渡区域进行轮廓度检测
2.3.机械胀接
全程液压胀接后，在二次侧进行管子-管板局部机械胀接，胀接长度25mm，距离二次侧表面未胀合长度为3mm，壁厚减薄率为4%-6%，要求不允许有漏胀现象。壁厚减薄率计算公式如下：
2.4.二次侧密封渗透试验（间隙密封试验）
在完成定位胀接、全程液压胀接、局部机械胀接后，采用水压试验进行间隙密封试验，试验用介质为A级水，施加在二次侧的压力为0.5MPa，保压时间为10分钟，一次侧表面不允许渗漏。水压试验完成后，用PT渗透剂浸泡余排管板试块二次侧12小时，线切割剖开管子管板后检查渗透情况。要求渗透长度不得超过机械胀未胀接区域范围。
2.5.管子管板残余应力测试
所有胀接完成后，进行管子管板残余应力测试。依据ASTM G36-2006、G38-2007标准，用沸腾氯化镁溶液腐蚀法对胀接评定试样管子的残余应力进行测试；依据ASTM E1426-2003标准，用X射线法对胀接评定试样管板的残余应力进行测试。
2.6.拉脱力试验
完成全程液压胀接后，对评定接头进行拉伸试验测量拉脱力，验收准则如下：
通过计算得出拉脱力F值，对于每根管子，其所需要的拔出或压出力应大于F值。
3. 实际制造过程中应重点关注的问题
在实际制造过程中，针对管子-管板二次侧间隙密封试验，由于ASME标准没有验收标准，因此，间隙密封试验应满足RCC-M F4423的要求，制造商通常在选用RCC-M F4423.2.1或RCC-M4423.2.2容易混淆。由于PRHR布置在安全壳内换料水箱（IRWST）内，换料水箱水带有腐蚀性，因此换料水箱的水绝不允许浸入管子与管板的缝隙中，间隙密封试验主要是考察管子-管板的间隙，所以试验应按照RCC-M4423.2.2（管子/管板不焊接连接的热交换器）执行，管板二次侧间隙的最低压力应为2MPa.
4.结论：
在核电项目中，核级换热器（如蒸汽发生器、非能动余热排出热交换器等）的管子-管板胀接的重要性、必要性已是众所周知。管子-管板的胀管工艺评定是为了确保产品上数万个胀接接头的万无一失而进行的试验研究，合理选择关键参数值，这也是核电主设备制造中唯一一项非焊接的工艺评定项目。
参考文献
[1] 中国核动力设计研究院《秦山核电工程二期蒸汽发生器管子与管板液压胀管技术条件》
[2] 上海锅炉厂《秦山核电站蒸汽发生器的胀管技术》
[3] RCC-M 《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》
作者简介：冯会君，1978年生，女，四川人，设备工程师，现从事热交换器设备的采购技术支持工作。