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蒸汽发生器传热管的修理
A.S.Amar
当压水堆
蒸汽发生器传热管发现缺陷时
确定该缺陷是否可以接受堵塞传热管的两端ｃ １． 堵管
直至８０年代初
凹痕已经造成一些电厂的几百根传热管进行了堵管因为衬管工艺在蒸汽发生器上部位置实施起来比较困难所以对于管板区上部的不可接受的降质目前世界上ＰＷＲ核电厂已经有４００００多根堵管然而目前大多数安装的堵头已由合金６９０制成爆炸以及机械或扩管安装
被堵的管子还是继续对应力
腐蚀破裂
而且最终会很严重
在被堵管子里的冷却剂温度大约
小于热侧未堵的管子
４０
７０℉这就极大地减少了一回 路水应力腐蚀破裂的
速率 致使被隔离的管子会经历大幅度
的振动
为了防止这种情况
图１ 美国西屋公司没有扩张和已扩张的机械堵头
例如它可以相互或与堵头以螺纹相连接
１
如下面所述
已经遭受到了ＰＷＳＣＣ
爆炸堵头至少在三个核电厂已经发现泄漏
至少在一个核电厂见
即在压力边界区这
可
到的破裂是环间型的
些泄漏的后果还没有进行评价
- 2 -
2002ÄêµÚ4ÆÚ
以假定由于爆炸扩张工艺引起的残余应力以及热端一次侧的高温环境的复合结果是导致这些堵头的ＰＷＳＣＣ
２并且已经鉴别出是由几种不同热
处理的合金６００管子堵头
也就是发生在
根部因而堵头的完整性没有受到影响即在位置
较小程度的轴向裂纹形式降质也已经发现
目前仅在
热侧看到有破裂的堵头
图２ Ｂａｂｃｏｃｋ＆Ｗｉｌｃｏｘ公
司机构扩张堵头和ＰＷＳＣＣ裂纹
扩管区的残余应力和敏感的微观结构三个因素引起的Ｂａｂｃｏｃｋ＆Ｗｉｌｃｏｘ也报道了晶间碳化物沉淀的特征性方法不足以表明堵头材料对ＰＷＳＣＣ的敏感
以便把各种堵头材料的微观结构对ＰＷＳＣＣ的相对抗力依次排列
由于这些问题的结果使大量堵头已被拆除
或进行了修理然而制造厂建议拆除并更换这些堵头比较好
３自１９８０年以来这种堵头安装量非常大这种类型的堵头发生了严重的ＰＷＳＣＣ在这个事故中堵头周围发生环形的几乎穿壁的ＰＷＳＣＣ在电厂运行瞬间
随后把堵头顶部推向传热管上部致使Ｕ形弯头被穿透引起严重的一次侧到二次侧的泄漏
但不会穿透这种情况不会造
成严重的安全问题
由几个因素
可以确定合金６００堵头的材料敏感性
随之增加了敏感性
大约２０个美国ＰＷＲ核电厂的西屋公司蒸汽发生器里大约有７０００
根传热管安装了可能对ＰＷＳＣＣ敏感的机械堵头
关于化学成份
来估算
- 3 -
这些堵头的寿命美国核管会对安装有西屋公司敏感型机械堵头的所有核电厂提出了一个拆除
西屋公司表明所有在１９８９年安装的堵头都会对ＰＷＳＣＣ
产生敏感然而认为是相对不敏感材料制成的堵头近来也出现严重的环向裂纹
美国核管会现在要求美国电力公司对所有西屋公司使用的热处理合
金６００制成的机械堵头执行一个有关堵头的拆除另外
由燃烧工程公司加工的焊接堵头也发生了降质并导致服役中的泄漏
并认为这是由ＰＷＳＣＣ降质引起的
焊接材料和程序的
改进预计可以防止将来这种新焊接堵头的降质
蒸汽发生器还是可以产生额定发电能力
然而
另外
并导致安全问题潜在的经济后果
就会迫使考虑衬管或蒸汽发生器的更换
衬管可以安装到以前被堵的传热管上
焊接的堵头可以由电力拆除机
机械堵头可以采用水力装置推出除去在１９８８年时由ＡＢＢ
公司把高丽核电厂１号机组的二台西屋公司５１型蒸汽发生器上拆除了１４８３个机械堵头不是所有的机械堵头都能成功地用水力推进装置拆除
包括损坏螺纹堵头卡死
这些方法往往提出一些问题
最后只能把整个堵头或剩余部分进行研磨才能除
去
从管板底部到泥渣堆以上的一些区域
因为传热管在一次侧和二次侧的大多数缺陷都发生在管
板和泥渣堆一带因而为了解决插入问题必须安装较短的衬管或有挠性的衬管在直流蒸汽发生器里的腐蚀疲劳和侵蚀腐蚀机理大多数发生在接近管板顶部
第三个衬管的位置是在支撑板截面上
- 4 -
2002ÄêµÚ4ÆÚ
了修复发生在支撑板与管子缝隙里发生的ＩＧＡ／ＩＧＳＣＣ７０年代中期在帕利塞兹核电厂使用过二
个电厂里试验性的进行使用但现在日本和其它国家的电厂正在扩大使用
也就是说
衬管通常是使
用具有比原来管子具有更好腐蚀抗力的材料制造
为电力公司在采购衬管和传
热管材料时使用的一些依据性导则也已经编制出来
图３ 受水室空间的限制
泄漏限制型如在
机械扩张区里再进行水力扩张并且继续在相对低温度的电厂［一般热侧温度低于
３１５６００℉目前
安装的衬管使用泄漏密封联接
这也导致传热管的一些扩张有的采用爆炸
进行扩管和焊接
］里自由间隔区的焊接点一般由短时间的高温热处理进行应力释放
ＰＷＲ蒸汽发生器衬管的底部联接点经常是机械扩管型因为在管板里可以强硬扩管在管板区使用焊接联接
周边上的衬管长度较短
除非这下联接点从管板底部往上移
这个方法就很难做到在全深度管板扩张的
电厂里
这些衬管以及被衬管覆盖的管子区还是处在压力边界上
也就是对２０％壁厚或更深的缺陷使用涡流或超声检查方法是完全可以探
测到的在这些试验里
一些典型的衬管方法和经
验在后面进行讨论
这些衬管是由燃烧工程公司开发的并在７０年代中期安装的
这些衬管是泄漏限制型的
- 5 -
早期的西屋公司衬管设计如图４
里所示
在顶部使用同样的水力－机械
复合联接
ａ在顶部使
用水力扩张见图
４
在１９８１年首先在圣奥诺弗
雷核电厂１号机组上使用
如上所述首先
要进行水力扩张
使用这种复合扩张的理
由是ａ
这能导致较低的
残余应力
图４ 早期西屋公司的衬管
引入机械扩张区
就比单独使用水力扩张所达到泄漏更低形成了大约１００毫米长的水力扩张区衬管的变形部位将有一些弹性变形的回复在水力扩张区进行５０毫米长的强硬扩管１９８１年在圣奥诺弗雷１号机组的三台蒸汽发生器里大约有６９００根传热管安装
了衬管大约有４００根传热 管在安装衬管后随后又进行了堵
管
在１９８８年附加
的涡流检查中发现有１５６根安装有
衬管的传热管信号指示扩管不好
８０年代初
图５ Ｂａｂｃｏｃｋ ＆ Ｗｉｌｃｏｘ公司密封型衬管
在圣奥诺弗雷１号机组１９８１年安装衬
管的７％是使用钎焊图
５３００毫米１２英寸
安装方法包括在上下联接点的水力扩张
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2002ÄêµÚ4ÆÚ
焊接
并且把金属镍熔结在外表面以增强对ＩＧＡ的抗力
然而这种
设计会导致泄漏
图６里显示的泄漏密封扩管能使用在传热管的变形或未变形管子之间的扩张过渡区里有ＰＷＳＣＣ缺陷的传热管上
即使在缺陷区的裂
纹进一步扩展时因为这种泄漏密封扩张提供了新的管子与管板的联接
在部分深度的扩张管里修理扩张过渡区ＰＷＳＣＣ的另一种方法是按实验基础设计的方法如图７所示这种方法使用了一根薄的合金６９０小衬管大约４０毫米长
以前没有扩管的那部分传热管在管板上进行了扩管换句话说
这样残余应力也比原来硬扩管联接时要小以
致传热管的内部尺寸没有特别变化如果在以后发现新的缺陷然而因为在该衬管的顶部和底部的被扩张传热管里经过以后不长的运行时间又发生了ＰＷＳＣＣ
焊接衬管的工艺使用了水力扩张
ＴＩＧ选择的衬管长度要保证上联接点在管
板和泥渣堆区域上部３６英寸每根衬管都用水力扩张接着焊接在管板底部
都是这样
因此焊接参数必须按特定电厂选择
最佳化壁厚和直径事实上对于给定电厂的众多传热管壁厚会有一个范围
１０％如果发生耗蚀
这个变化会更大另
外因而在焊接
图６ 在管板扩张过渡区存在ＰＷＳＣＣ
时进行的泄漏密封扩管
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时能否成功地产生好的金相结合将决定于在样品传热管上选择最佳的焊接参数并在焊接之前控制好衬管与母体管子之间的间隙
那么紧挨着这条焊缝可以再焊一条修理的焊缝考虑到顶部联接点处有ＰＷＳＣＣ的问题在灵哈尔斯２号机组
图７ 采用爆炸扩张的短衬管 图８ 焊接衬管
通常衬管长度超过顶部联接点２５毫米
导致管子两头断裂
或更多些
一些欧洲设计的衬管没有这种
特征在一种设计中衬管的端部采用了角焊
衬管被相吻合的对缝焊接到母体管子上
上述加长衬管设计的好处还没
有被实验所证明
尽管衬管的延长部分有约束力那么
衬管的延长部分也没有什么帮助因为衬管材料是新的
使用延长一段的管子大概是为了对安全有好处
自１９８５年起除了在支撑板部位的钎焊联接另外
在衬管的顶部和底部使用爆炸焊接联接
支撑板衬管在管束的较高部位在管束较高部
位进行操作时使用的工具必须是组合式可拆的或者是可折叠的
- 8 -
2002ÄêµÚ4ÆÚ
除了上面讨论的方法下面是比较各种替换方法的一些基本准则
ａ水压试验和电厂启动后所显示的性能来证明联接点是不泄漏的
ｂ衬管发生泄漏时修理是否容易
ｄ联接点焊好后母体管子的可检查性ｆ
包括停堆成本
进行这些修理时人员的辐射剂量
为了对给定的设计进行评价已经开发了设计审查的检查清单
除了破损的蒸汽发生器进行更换外
不是小尺寸衬管数量不多的长衬管发现有泄漏
但对于全衬管没有系统性的问题
上述在道益尔２号机组里安
装的短衬管端部的母体管子发生ＰＷＳＣＣ
ｂ
然而
这就会引起新的破裂
但是在现场不容易测量衬管在一次侧上引入了缝隙
最后当在母体管子上
的缺陷扩展成为穿壁时母体管子和衬管之间的间隙就会滞留二次侧水
这里讨论的问题都需要进一步研究
有助于研究人员了解和预测压水堆蒸汽发生器传热管堵管
和衬管的性能
图９在胀管过度区具有ＰＷＳＣＣ时
的涂镍层修理
以修理压水堆蒸汽发生器传热管的
ＰＷＳＣＣ裂纹涂镍层工艺包括电解清洁受损表面
８密耳镍
沉积在受损的管壁上填补了穿壁裂纹
此外
镍沉积防止了一回路冷却剂与受损的管壁之间接触
涂镍方法对比衬管有几个优点
不要求随后进行热处理
它也
可以在以后损坏修理时
反之衬管就不能
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以清除
而不会损伤传热管
涂镍方法是个缺点涂层对于由常
规涡流探头引起的小磁场产生屏蔽然而
脉冲磁饱和涡流检查也可以用来检查
涂镍的传热管
作为现场试验以评价不同的涂镍方
法一个最佳的涂镍层工艺已经开发出来有严重的裂纹
比利时
章成光译自
具 丁训慎校
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蒸汽发生器传热管的修理
A.S.Amar
当压水堆
蒸汽发生器传热管发现缺陷时
确定该缺陷是否可以接受堵塞传热管的两端ｃ １． 堵管
直至８０年代初
凹痕已经造成一些电厂的几百根传热管进行了堵管因为衬管工艺在蒸汽发生器上部位置实施起来比较困难所以对于管板区上部的不可接受的降质目前世界上ＰＷＲ核电厂已经有４００００多根堵管然而目前大多数安装的堵头已由合金６９０制成爆炸以及机械或扩管安装
被堵的管子还是继续对应力
腐蚀破裂
而且最终会很严重
在被堵管子里的冷却剂温度大约
小于热侧未堵的管子
４０
７０℉这就极大地减少了一回 路水应力腐蚀破裂的
速率 致使被隔离的管子会经历大幅度
的振动
为了防止这种情况
图１ 美国西屋公司没有扩张和已扩张的机械堵头
例如它可以相互或与堵头以螺纹相连接
１
如下面所述
已经遭受到了ＰＷＳＣＣ
爆炸堵头至少在三个核电厂已经发现泄漏
至少在一个核电厂见
即在压力边界区这
可
到的破裂是环间型的
些泄漏的后果还没有进行评价
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2002ÄêµÚ4ÆÚ
以假定由于爆炸扩张工艺引起的残余应力以及热端一次侧的高温环境的复合结果是导致这些堵头的ＰＷＳＣＣ
２并且已经鉴别出是由几种不同热
处理的合金６００管子堵头
也就是发生在
根部因而堵头的完整性没有受到影响即在位置
较小程度的轴向裂纹形式降质也已经发现
目前仅在
热侧看到有破裂的堵头
图２ Ｂａｂｃｏｃｋ＆Ｗｉｌｃｏｘ公
司机构扩张堵头和ＰＷＳＣＣ裂纹
扩管区的残余应力和敏感的微观结构三个因素引起的Ｂａｂｃｏｃｋ＆Ｗｉｌｃｏｘ也报道了晶间碳化物沉淀的特征性方法不足以表明堵头材料对ＰＷＳＣＣ的敏感
以便把各种堵头材料的微观结构对ＰＷＳＣＣ的相对抗力依次排列
由于这些问题的结果使大量堵头已被拆除
或进行了修理然而制造厂建议拆除并更换这些堵头比较好
３自１９８０年以来这种堵头安装量非常大这种类型的堵头发生了严重的ＰＷＳＣＣ在这个事故中堵头周围发生环形的几乎穿壁的ＰＷＳＣＣ在电厂运行瞬间
随后把堵头顶部推向传热管上部致使Ｕ形弯头被穿透引起严重的一次侧到二次侧的泄漏
但不会穿透这种情况不会造
成严重的安全问题
由几个因素
可以确定合金６００堵头的材料敏感性
随之增加了敏感性
大约２０个美国ＰＷＲ核电厂的西屋公司蒸汽发生器里大约有７０００
根传热管安装了可能对ＰＷＳＣＣ敏感的机械堵头
关于化学成份
来估算
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这些堵头的寿命美国核管会对安装有西屋公司敏感型机械堵头的所有核电厂提出了一个拆除
西屋公司表明所有在１９８９年安装的堵头都会对ＰＷＳＣＣ
产生敏感然而认为是相对不敏感材料制成的堵头近来也出现严重的环向裂纹
美国核管会现在要求美国电力公司对所有西屋公司使用的热处理合
金６００制成的机械堵头执行一个有关堵头的拆除另外
由燃烧工程公司加工的焊接堵头也发生了降质并导致服役中的泄漏
并认为这是由ＰＷＳＣＣ降质引起的
焊接材料和程序的
改进预计可以防止将来这种新焊接堵头的降质
蒸汽发生器还是可以产生额定发电能力
然而
另外
并导致安全问题潜在的经济后果
就会迫使考虑衬管或蒸汽发生器的更换
衬管可以安装到以前被堵的传热管上
焊接的堵头可以由电力拆除机
机械堵头可以采用水力装置推出除去在１９８８年时由ＡＢＢ
公司把高丽核电厂１号机组的二台西屋公司５１型蒸汽发生器上拆除了１４８３个机械堵头不是所有的机械堵头都能成功地用水力推进装置拆除
包括损坏螺纹堵头卡死
这些方法往往提出一些问题
最后只能把整个堵头或剩余部分进行研磨才能除
去
从管板底部到泥渣堆以上的一些区域
因为传热管在一次侧和二次侧的大多数缺陷都发生在管
板和泥渣堆一带因而为了解决插入问题必须安装较短的衬管或有挠性的衬管在直流蒸汽发生器里的腐蚀疲劳和侵蚀腐蚀机理大多数发生在接近管板顶部
第三个衬管的位置是在支撑板截面上
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2002ÄêµÚ4ÆÚ
了修复发生在支撑板与管子缝隙里发生的ＩＧＡ／ＩＧＳＣＣ７０年代中期在帕利塞兹核电厂使用过二
个电厂里试验性的进行使用但现在日本和其它国家的电厂正在扩大使用
也就是说
衬管通常是使
用具有比原来管子具有更好腐蚀抗力的材料制造
为电力公司在采购衬管和传
热管材料时使用的一些依据性导则也已经编制出来
图３ 受水室空间的限制
泄漏限制型如在
机械扩张区里再进行水力扩张并且继续在相对低温度的电厂［一般热侧温度低于
３１５６００℉目前
安装的衬管使用泄漏密封联接
这也导致传热管的一些扩张有的采用爆炸
进行扩管和焊接
］里自由间隔区的焊接点一般由短时间的高温热处理进行应力释放
ＰＷＲ蒸汽发生器衬管的底部联接点经常是机械扩管型因为在管板里可以强硬扩管在管板区使用焊接联接
周边上的衬管长度较短
除非这下联接点从管板底部往上移
这个方法就很难做到在全深度管板扩张的
电厂里
这些衬管以及被衬管覆盖的管子区还是处在压力边界上
也就是对２０％壁厚或更深的缺陷使用涡流或超声检查方法是完全可以探
测到的在这些试验里
一些典型的衬管方法和经
验在后面进行讨论
这些衬管是由燃烧工程公司开发的并在７０年代中期安装的
这些衬管是泄漏限制型的
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早期的西屋公司衬管设计如图４
里所示
在顶部使用同样的水力－机械
复合联接
ａ在顶部使
用水力扩张见图
４
在１９８１年首先在圣奥诺弗
雷核电厂１号机组上使用
如上所述首先
要进行水力扩张
使用这种复合扩张的理
由是ａ
这能导致较低的
残余应力
图４ 早期西屋公司的衬管
引入机械扩张区
就比单独使用水力扩张所达到泄漏更低形成了大约１００毫米长的水力扩张区衬管的变形部位将有一些弹性变形的回复在水力扩张区进行５０毫米长的强硬扩管１９８１年在圣奥诺弗雷１号机组的三台蒸汽发生器里大约有６９００根传热管安装
了衬管大约有４００根传热 管在安装衬管后随后又进行了堵
管
在１９８８年附加
的涡流检查中发现有１５６根安装有
衬管的传热管信号指示扩管不好
８０年代初
图５ Ｂａｂｃｏｃｋ ＆ Ｗｉｌｃｏｘ公司密封型衬管
在圣奥诺弗雷１号机组１９８１年安装衬
管的７％是使用钎焊图
５３００毫米１２英寸
安装方法包括在上下联接点的水力扩张
- 6 -
2002ÄêµÚ4ÆÚ
焊接
并且把金属镍熔结在外表面以增强对ＩＧＡ的抗力
然而这种
设计会导致泄漏
图６里显示的泄漏密封扩管能使用在传热管的变形或未变形管子之间的扩张过渡区里有ＰＷＳＣＣ缺陷的传热管上
即使在缺陷区的裂
纹进一步扩展时因为这种泄漏密封扩张提供了新的管子与管板的联接
在部分深度的扩张管里修理扩张过渡区ＰＷＳＣＣ的另一种方法是按实验基础设计的方法如图７所示这种方法使用了一根薄的合金６９０小衬管大约４０毫米长
以前没有扩管的那部分传热管在管板上进行了扩管换句话说
这样残余应力也比原来硬扩管联接时要小以
致传热管的内部尺寸没有特别变化如果在以后发现新的缺陷然而因为在该衬管的顶部和底部的被扩张传热管里经过以后不长的运行时间又发生了ＰＷＳＣＣ
焊接衬管的工艺使用了水力扩张
ＴＩＧ选择的衬管长度要保证上联接点在管
板和泥渣堆区域上部３６英寸每根衬管都用水力扩张接着焊接在管板底部
都是这样
因此焊接参数必须按特定电厂选择
最佳化壁厚和直径事实上对于给定电厂的众多传热管壁厚会有一个范围
１０％如果发生耗蚀
这个变化会更大另
外因而在焊接
图６ 在管板扩张过渡区存在ＰＷＳＣＣ
时进行的泄漏密封扩管
- 7 -
时能否成功地产生好的金相结合将决定于在样品传热管上选择最佳的焊接参数并在焊接之前控制好衬管与母体管子之间的间隙
那么紧挨着这条焊缝可以再焊一条修理的焊缝考虑到顶部联接点处有ＰＷＳＣＣ的问题在灵哈尔斯２号机组
图７ 采用爆炸扩张的短衬管 图８ 焊接衬管
通常衬管长度超过顶部联接点２５毫米
导致管子两头断裂
或更多些
一些欧洲设计的衬管没有这种
特征在一种设计中衬管的端部采用了角焊
衬管被相吻合的对缝焊接到母体管子上
上述加长衬管设计的好处还没
有被实验所证明
尽管衬管的延长部分有约束力那么
衬管的延长部分也没有什么帮助因为衬管材料是新的
使用延长一段的管子大概是为了对安全有好处
自１９８５年起除了在支撑板部位的钎焊联接另外
在衬管的顶部和底部使用爆炸焊接联接
支撑板衬管在管束的较高部位在管束较高部
位进行操作时使用的工具必须是组合式可拆的或者是可折叠的
- 8 -
2002ÄêµÚ4ÆÚ
除了上面讨论的方法下面是比较各种替换方法的一些基本准则
ａ水压试验和电厂启动后所显示的性能来证明联接点是不泄漏的
ｂ衬管发生泄漏时修理是否容易
ｄ联接点焊好后母体管子的可检查性ｆ
包括停堆成本
进行这些修理时人员的辐射剂量
为了对给定的设计进行评价已经开发了设计审查的检查清单
除了破损的蒸汽发生器进行更换外
不是小尺寸衬管数量不多的长衬管发现有泄漏
但对于全衬管没有系统性的问题
上述在道益尔２号机组里安
装的短衬管端部的母体管子发生ＰＷＳＣＣ
ｂ
然而
这就会引起新的破裂
但是在现场不容易测量衬管在一次侧上引入了缝隙
最后当在母体管子上
的缺陷扩展成为穿壁时母体管子和衬管之间的间隙就会滞留二次侧水
这里讨论的问题都需要进一步研究
有助于研究人员了解和预测压水堆蒸汽发生器传热管堵管
和衬管的性能
图９在胀管过度区具有ＰＷＳＣＣ时
的涂镍层修理
以修理压水堆蒸汽发生器传热管的
ＰＷＳＣＣ裂纹涂镍层工艺包括电解清洁受损表面
８密耳镍
沉积在受损的管壁上填补了穿壁裂纹
此外
镍沉积防止了一回路冷却剂与受损的管壁之间接触
涂镍方法对比衬管有几个优点
不要求随后进行热处理
它也
可以在以后损坏修理时
反之衬管就不能
- 9 -
以清除
而不会损伤传热管
涂镍方法是个缺点涂层对于由常
规涡流探头引起的小磁场产生屏蔽然而
脉冲磁饱和涡流检查也可以用来检查
涂镍的传热管
作为现场试验以评价不同的涂镍方
法一个最佳的涂镍层工艺已经开发出来有严重的裂纹
比利时
章成光译自
具 丁训慎校