CN108597623A - 一种缓解应力腐蚀开裂的重水堆主管道支管接头连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核电设计与运行技术领域，具体涉及一种缓解应力腐蚀开裂的重水堆主管道支管接头连接结构。目的在于提供一种重水堆主管道支管接头连接结构，缓解应力腐蚀开裂，简化现场检修过程，保证焊接质量，使主管道支管接头在寿期内完整可靠。本发明包括主管道、管座、适配器和仪表管，还包括过渡管段；管座的上端连接在主管道连接支管的开口处的下端，管座和主管道之间通过氩弧焊焊接；过渡管段的上端连接在管座的下端，过渡管段和管座之间通过氩弧焊焊接；适配器的上端连接在过渡管段的下端，适配器和过渡管段之间通过氩弧焊焊接；仪表管的上端连接在适配器的下端，仪表管和适配器之间通过全位置自动焊接。
Description
技术领域
本发明属于核电设计与运行技术领域，具体涉及一种缓解应力腐蚀开裂的重水堆主管道支管接头连接结构。
背景技术
重水堆的主管道为重水堆一回路高温高压冷却剂的压力边界，是主要的核安全屏障，其完整性直接影响重水堆核安全。主管道支管接头如果发生双端断裂将导致重水堆一回路失去冷却剂，将引入堆芯熔化风险，严重影响机组安全稳定运行。主管道支管接头位置见附图1。
2007年12月和2016年10月，秦山第三核电厂1号机组就因为主管道支管接头开裂造成一回路重水泄漏并分别导致2次非计划停堆小修，仅损失的发电量相对应的经济损失即已超过8000万元人民币。
重水堆主管道支管接头原始设计的连接结构见附图2所示。图中各部件分别为1——主管道、2——管座、3——适配器、4——仪表管。
针对重水堆主管道支管接头泄漏问题，中核核电运行管理有限公司成立十大技术问题专项组，主要完成了如下分析、评估和开发工作。
完成了2007年12月和2016年10月2次发生开裂泄漏的主管道支管接头缺陷部件的失效原因分析，明确管接头开裂原因为碳钢管座和不锈钢适配器之间的异种金属焊接接头靠不锈钢异一侧的应力腐蚀开裂，裂纹在管道内壁多处起源，多条裂纹平行开裂贯穿。
基于失效分析结论，并结合应力腐蚀开裂的特点，明确不能通过直接对原发生开裂泄漏的焊接接头进行焊接修补的方式完成缺陷处理，而必须对适配器进行更换或通过在支管接头外表面进行堆焊、增加焊接套管的形式进行修补。
根据应力腐蚀开裂失效机理，明确导致支管接头发生开裂的主要影响因素为焊接接头处的应力、母材和焊材、焊接质量等。
从缓解导致主管道支管接头应力腐蚀开裂的主要因素出发，经过焊接工艺试验、焊接接头常规力学性能测试、氩气氛围力学性能测试、模拟一回路水条件下的应力腐蚀敏感性试验等，结合现场检修工艺条件，设计了一种缓解应力腐蚀开裂的重水堆主管道支管接头连接结构，优化了异种金属焊接接头处的应力分布，优选了应力腐蚀敏感性相对较低的焊材，增加了碳钢过渡管段，实现车间预制异种金属焊接，保证了焊接质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重水堆主管道支管接头连接结构，缓解应力腐蚀开裂，简化现场检修过程，保证焊接质量，使主管道支管接头在寿期内完整可靠。
本发明是这样实现的：
一种缓解应力腐蚀开裂的重水堆主管道支管接头连接结构，包括主管道、管座、适配器和仪表管，还包括过渡管段；管座的上端连接在主管道连接支管的开口处的下端，管座和主管道之间通过氩弧焊焊接；过渡管段的上端连接在管座的下端，过渡管段和管座之间通过氩弧焊焊接；适配器的上端连接在过渡管段的下端，适配器和过渡管段之间通过氩弧焊焊接；仪表管的上端连接在适配器的下端，仪表管和适配器之间通过全位置自动焊接。
如上所述的主管道管径为20英寸；管座的的管径为20英寸转3/4英寸；适配器的管径为3/4英寸转3/8英寸；仪表管的管径为3/8英寸；过渡管段的管径为3/4英寸，长度为60mm，壁厚为3.91mm；过渡管段和管座之间、适配器和过渡管段之间的焊接段各开35度坡口，钝边为1mm。
如上所述的主管道采用低碳钢材料制成；管座采用低碳钢材料制成；适配器采用不锈钢材料制成；仪表管采用不锈钢材料制成；过渡管段采用低碳钢材料制成。
本发明的有益效果是：
重水堆主管道支管接头原始连接结构材料存在一定的应力腐蚀敏感性，已给秦山第三核电厂带来巨大经济损失。
采用本发明的一种缓解应力腐蚀开裂的重水堆主管道支管接头连接结构，能够有效优化重水堆主管道支管接头在低碳钢对不锈钢的异种金属焊缝处的应力分布，选用的焊材相对原设计焊接材料耐应力腐蚀敏感能力强，显著提高了主管道支管接头耐应力腐蚀能力，使其在寿期内完整可靠。
增加的碳钢过渡管段能够将难于焊制的异种金属焊接接头转移至车间焊接。车间焊接能够实现平焊位置，焊接环境舒适，焊工不需穿着气衣等氚防护用品，焊接质量能够得到最大限度的保障。
增加特定长度的过渡管段能够避免重水堆主管道支管接头处发生流质振动和声振动。
附图说明
图1是主管道上的支管接头位置示意图；
图2是现有的主管道支管接头连接结构示意图；
图3是本发明的主管道接头形式及其连接结构示意图。
其中：1.主管道，2.管座，3.适配器，4.仪表管，5.过渡管段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图3所示，一种缓解应力腐蚀开裂的重水堆主管道支管接头连接结构，包括主管道1、管座2、适配器3、仪表管4和过渡管段5。管座2的上端连接在主管道1连接支管的开口处的下端，管座2和主管道1之间通过氩弧焊焊接。过渡管段5的上端连接在管座2的下端，过渡管段5和管座2之间通过氩弧焊焊接。适配器3的上端连接在过渡管段5的下端，适配器3和过渡管段5之间通过氩弧焊焊接。仪表管4的上端连接在适配器3的下端，仪表管4和适配器3之间通过全位置自动焊接。
在本实施例中，主管道1管径为20英寸，采用低碳钢材料制成。管座2的的管径为20英寸转3/4英寸，采用低碳钢材料制成。适配器3的管径为3/4英寸转3/8英寸，采用不锈钢材料制成。仪表管4的管径为3/8英寸，采用不锈钢材料制成。过渡管段5的管径为3/4英寸，长度为60mm，壁厚为3.91mm，采用低碳钢材料制成。过渡管段5和管座2之间、适配器3和过渡管段5之间的焊接段各开35度坡口，钝边为1mm，使得在焊接时容易焊透。
现场支管接头更换的实施步骤为：
1.在更换焊接接头时，首先在车间完成适配器3和仪表管4之间的异种金属焊接。对该焊缝实施坡口和层间的液体渗透检查。
2.对适配器3和仪表管4之间的焊缝外表面进行打磨抛光，抛光后要求去除外表面余高，表面平滑，无肉眼可见凹坑。
3.对适配器3和仪表管4之间的焊缝区域实施液体渗透检查，外表面不允许任何线性显示和直径大于0.5mm的圆形显示，否则需进行局部修补。
4.对适配器3和仪表管4之间的焊缝区域实施射线检查，不允许任何未熔合缺陷、裂纹类显示和直径大于1mm的圆形显示。
5.对适配器3和仪表管4之间的焊缝区域实施超声相控阵检查，超声相控阵检查为辅助的跟踪检查，不作为焊缝的评判依据，但对超过0.4mm的显示进行记录。
6.对适配器3和仪表管4之间的焊缝区域发现的超标缺陷，需返修消除。
7.车间完成适配器3和仪表管4之间的异种金属焊接检验合格后，完成适配器3和过渡管段5的对接焊，对接焊采用不加填充金属的全位置自动焊接，需对该焊缝实施液体渗透检查和射线检查，检查的验收准则按照管道焊缝设计建造标准执行。
8.现场实施管座2和过渡管段5的对接焊接，需对该焊缝实施坡口和最终的液体渗透检查和射线检查。检查的验收准则按照管道焊缝设计建造标准执行。
9.现场完成仪表管的机械卡套连接。
上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (3)
1.一种缓解应力腐蚀开裂的重水堆主管道支管接头连接结构，包括主管道(1)、管座(2)、适配器(3)和仪表管(4)，其特征在于：它还包括过渡管段(5)；管座(2)的上端连接在主管道(1)连接支管的开口处的下端，管座(2)和主管道(1)之间通过氩弧焊焊接；过渡管段(5)的上端连接在管座(2)的下端，过渡管段(5)和管座(2)之间通过氩弧焊焊接；适配器(3)的上端连接在过渡管段(5)的下端，适配器(3)和过渡管段(5)之间通过氩弧焊焊接；仪表管(4)的上端连接在适配器(3)的下端，仪表管(4)和适配器(3)之间通过全位置自动焊接。
2.根据权利要求1所述的缓解应力腐蚀开裂的重水堆主管道支管接头连接结构，其特征在于：所述的主管道(1)管径为20英寸；管座(2)的的管径为20英寸转3/4英寸；适配器(3)的管径为3/4英寸转3/8英寸；仪表管(4)的管径为3/8英寸；过渡管段(5)的管径为3/4英寸，长度为60mm，壁厚为3.91mm；过渡管段(5)和管座(2)之间、适配器(3)和过渡管段(5)之间的焊接段各开35度坡口，钝边为1mm。
3.根据权利要求1所述的缓解应力腐蚀开裂的重水堆主管道支管接头连接结构，其特征在于：所述的主管道(1)采用低碳钢材料制成；管座(2)采用低碳钢材料制成；适配器(3)采用不锈钢材料制成；仪表管(4)采用不锈钢材料制成；过渡管段(5)采用低碳钢材料制成。
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