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摘   要：传热管与管板全深度胀接是核电站机械设备蒸汽发生器制造过程的重要工艺，根据设计及制造规范的要求，该接头需通过系列技术验证以评定胀接工艺符合要求，保证蒸汽发生器的制造质量可靠。文章结合“华龙一号”示范项目的工程实例，分析传热管胀接的准备工作和产品胀管要求，并针对胀管过程中的问题提出解决措施，便于后续项目参考。

关键词：华龙一号;蒸汽发生器;传热管胀接

“华龙一号”是我国自主研发、具有自主知识产权的三代核电技术，其安全性优于二代加技术，技术要求严于二代加核电，制造工艺要求高于二代加核电。蒸汽发生器属于核电厂一、二回路之间的换热设备，起到将带核辐射的一回路循环水隔离在一回路中的作用，传热管与管板的接头为一、二回路的关键边界，其制造质量直接影响核电厂的安全运行。在蒸汽发生器运行期间，传热管与管板的胀接接头可保护传热管与管板的焊缝免受管束的应力，对蒸汽发生器的安全运行起到极其重要的作用。传热管与管板的胀接作为其关键制造环节之一，设计上提出了更加严苛的技术要求，对于胀接接头的各种性能也提出了更高的要求或增加了验收项次，本文结合已实施的“华龙一号”核电蒸汽发生器的制造经验，分析液压胀管的工程应用。

1    传热管胀接要求

传热管胀接工艺的关键要素包括胀接设备、胀接压力、胀接保压时间等，该接头的验收要求包括胀接长度、泄漏试验、接头机械强度、接头残余应力等。一般在胀接产品前应通过胀接评定验证胀接工艺的稳定性，在胀接评定之前，还应通过胀接试验确定各项胀接参数。

胀管作业应包括以下4个环节：（1）胀接试验。（2）胀接评定。（3）产品胀接。（4）经验反馈及改善。

2    传热管胀接工程应用

2.1  胀管试验

胀管试验至少包含以下内容：（1）胀接用管板试板和传热管试管，要求试板和试管的物理特性与产品一致。（2）胀接设备，应根据传热管规格定制。（3）胀接参数，胀管压力、胀管时间、胀接长度、胀管循环次数等。

胀管试验的目的是确定胀接参数，实现胀管稳定可靠，并且批量胀管的工艺具有经济性。胀管试验分理论计算和试验胀管两个阶段。

理论计算一般根据经验公式计算许用胀接压力范围、胀接时间，建议采用相关软件建模，如ABAQUS，分析胀接接头机械强度、胀接残余应力的水平等。胀接压力的计算方法如表1经验公式所示。

其中：（1）σst为传热管屈服强度，MPa;（2）σsp为管板屈服强度，MPa;（3）Ft，Fp为胀管内压放大系数;（4）ε为传热管径比系数，ε=do/di;（5）K为多孔孔系孔桥影响系数，K=（3.5 P-2.5 H）/ H;（6）Ft=1+ [di（ε-1）1/2] /2L;Fp=1+ [H（K-1）1/2] /2L;（7）di，do分别为传热管内、外径，mm;（8）P为管孔中心距，mm;（9）H为管板孔径，mm。（10）L为理论胀接长度，mm。試验胀管一般分3步开展。

第一步为筛选胀接压力下限。选定若干组胀接参数，胀接压力应覆盖计算的范围，每组参数胀接若干接头。对胀接压力最小的接头进行泄漏试验，摸底接头贴合情况;对所有接头进行拉脱力试验，摸底接头的机械强度水平，找出胀接压力下限。

第二步为筛选胀接压力上限。在第一步的基础上，选定若干组胀接参数，每组参数胀接若干接头。采用沸腾氯化镁腐蚀浸泡法[1]进行应力试验，摸底残余应力的水平，找出胀接压力上限。

第三步为确定胀长关系。分析上述接头的胀长数据，计算实际胀长L与设定胀长l的差值，一般地，L=l-ΔT。如果需要，再选定若干组胀长参数，每个胀长参数胀接若干接头，并且搭配不同的胀接压力。第三步的接头应免除残余应力试验。

通过以上3个阶段的胀接试验，可确定主要胀接参数：胀接压力和胀长设置要求。

2.2  胀管评定

胀管评定的目的是验证胀接参数的稳定性。胀管评定的要求与胀管试验相类似，区别在于评定已具有明确的目标参数。胀管评定应满足RCC-M F4400[2]的要求，对于示范工程，还应满足胀接接头的残余应力不大于150 MPa、接头具有良好贴合性的要求[3]。

2.3  传热管胀接

传热管胀管作业一般包括以下步骤：（1）设定胀长;（2）设定胀接压力、胀接时间;（3）胀管并记录。

由于蒸汽发生器具有传热管数量多、胀管周期长的特点，胀管检查的频率一般应考虑工程效率，胀管过程的质量控制一般采取抽查方式：每班次首个接头全面检查、每班结束后抽检10%～20%、更换胀接工具后的首个接头全面检查。

3    传热管胀接经验总结

3.1  胀接接头拉脱力异常问题

在胀接试验前期出现接头拉脱力不稳定、离散严重等异常，部分接头的拉脱力甚至低于3 000 N，仅少数接头满足要求（见图1），经过排查，发现同批次清理的未胀接管孔存在残余油膜的情况，通过再次胀接对比，存在残余油膜的管孔拉脱力普遍偏小，对胀接接头进行剖切检查发现，存在残余油膜的传热管更容易脱落。经过上述的再次试验和分析，拉脱力异常的主要原因在于管孔表面清洁度不良。后续的胀接试验及评定严格清理管孔和传热管，未出现拉脱力偏小的问题。

3.2  胀管评定覆盖范围

由于管板的结构特性以及钻孔工艺的极小概率异常，个别管孔内壁可能存在局部凹坑、环向凹痕、螺旋划痕等缺陷。合格管孔的胀接评定不能覆盖上述缺陷管孔，应补充试验或增加评定评估缺陷孔的接头的性能是否符合要求。胀管试验和评定应结合钻孔工程经验，预估可能出现的管孔缺陷，扩展胀管评定的覆盖范围，示范项目有胀接评定扩评前后的胀管覆盖范围如表2所示。

表2  胀管覆盖缺陷管孔范围对比表

扩评前 扩评后

凹痕深度 0 0.4 mm max

凹痕周向长度 0 1/4，1/2，1

凹痕轴向位置 无 定位胀区域，均匀胀接区域，过渡区域

3.3  胀接介质循环次数

产品的传热管胀接数据反馈，个别传热管的胀长接近允值下限，比较保险的处置方案是再次胀接传热管，适当增加胀接长度。由于试验和评定均采用一次循环胀接，胀管评定不支持二次胀接。后续项目应充分考虑二次胀接的试验和评定，尽可能在胀接评定环节将工程可能出现的情况考虑周全。

4    结语

经过接近半年的努力，顺利完成了“华龙一号”蒸汽发生器的传热管胀接工作。胀接接头的间隙泄漏速度小于35 mm/min，拉脱力水平在8 000～16 000 N，残余应力水平小于（100±20）MPa，二次侧未胀间隙深度平均值约2.0 mm，胀接接头的各项性能指标、检查结果均符合验收标准，达到了预期目标。

同时，经过示范项目的实施，形成了标准化的核电传热管胀管作业流程和成熟可靠的胀接参数计算分析方法，获得了大量的工程应用经验，为后续核电项目的传热管的胀管活动提供了很好的工程应用参考案例。

[参考文献]

[1]ASTM G36.Standard practice for evaluating stress-corrosion-cracking resistance of metals and alloys in a boiling magnesium chloride solution[Z].Astm，2011.

[2]RCC-M edition 2000.Design and construction rules for mechanical components of PWR Nuclear Islands[J].Nuclear Engineering & Design，1991（3）：239-254.

[3]ACP1000S-420600-JT13.蒸汽發生器管子—管板胀接工艺评定技术条件[D].成都：中国核动力研究设计院，2011.