CN110735023A - 一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置及其处理方法 - Google Patents
一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置及其处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置及其处理方法，包括加热电源、加热元件、测温元件以及记录仪；加热电源设于双层筒体的一侧，加热电源通过连接导线与加热元件连接，加热元件设有两组，固定设于双层筒体外表面，沿所述焊缝长度的方向对称设置在焊缝的两侧；测温元件设于加热元件与焊缝之间，测温元件的一端与双层筒体外表面连接，另一端直接与记录仪连接；记录仪的一端通过连接导线与加热电源连接。本发明采用电磁感应加热方式实现了核电站双层筒体结构单面预热及消氢热处理，适于大型双层筒体结构现场预热及焊后消氢热处理，特别在背面无法施加保温棉的工况下，仍能满足预热及消氢热处理要求。
Description
技术领域
本发明属于核电站钢结构焊接技术领域，具体涉及一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置及其处理方法。
背景技术
核电站反应堆厂房为双层安全壳结构，内壳为钢制安全壳，外壳为混凝土结构与双层筒体结构（SC结构）组成的屏蔽墙。SC结构内外层筒体之间距离约为1.1m，外半径23.985m，内半径22.885m，总高度约50m，顶部的18和19层模块钢板为38mm厚的Q420C钢板，18、19层模块上设有焊缝，均要求进行焊前预热及焊后消氢热处理。由于内外层筒体之间布置有锚固钢筋和锚固钉等附件，人员无法进入筒体之间进行作业，因此只能在外部进行单面预热及消氢热处理作业。目前国内使用的预热及消氢热处理方法主要有火焰加热、电阻加热传热、电磁感应加热三种方式，其中火焰加热温度不可控、无法同时进行焊接作业，电阻加热传热的效率较低，无法满足施工要求。而SC结构直径大、散热快，且火焰加热需要操作人员十分靠近加热构件，危险性较高，此两种方法均不适用于SC结构现场焊缝的预热及消氢热处理。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置及其处理方法，该装置的处理方法效率高、成本较低、操作简单、可控性好，可高效高质完成大型双层筒体结构的焊前预热、过程控温及焊后消氢热处理工作。
本发明通过以下技术方案实现：
一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置，包括双层筒体，所述双层筒体外表面设有焊缝，所述的双层筒体内部设有若干钢筋与位于双层筒体内的安全壳固定，还包括加热电源、加热元件、测温元件以及记录仪；所述的加热电源设于双层筒体的一侧，加热电源通过连接导线与加热元件连接，所述的加热元件设有两组，固定设于双层筒体外表面，沿所述焊缝长度的方向对称设置在焊缝的两侧，对所述双层筒体的外表面加热；所述的测温元件设于加热元件与焊缝之间，测温元件的一端与双层筒体外表面连接，另一端直接与记录仪连接，用于将检测的温度传输给记录仪；所述的记录仪的一端通过连接导线与加热电源连接，由所述加热电源对其进行供电。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的加热电源采用中频感应加热设备。
上述的加热元件采用空冷框架感应器，所述空冷框架感应器靠近焊缝的一侧与焊缝之间的距离为130~170mm；所述的空冷框架感应器为方弧形结构，弧形半径与所述双层筒体的半径一致，与所述双层筒体的表面贴合固定。
上述的空冷框架感应器的最大加热温度为400℃，所述空冷框架感应器与双层筒体外表面之间设有保温棉。
上述测温元件至少设有6组，沿所述焊缝(2)长度方向交叉布置在焊缝的两侧，所述的测温元件距离焊缝坡口的距离为30mm，相邻的测温元件之间距离相等。
上述的测温元件采用K型热电偶，所述的K型热电偶的量程为0~800℃。
上述的焊缝包括横缝和立缝。
本发明还保护一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置的处理方法，包括以下步骤：
步骤一、打开加热电源，控制加热元件以250~400℃/h 的升温速率对需要加热的目标筒体进行加热，保证加热区域内的目标温度在100℃以上；
步骤二、预热达到目标温度后，设置加热电源对加热元件进行保温，保温温度控制为180~200℃，在此温度下进行焊接直至焊接作业完成；
步骤三、焊接工作完成后，调节加热电源，控制加热元件以180~300℃/h 的升温速率对焊接完成的目标筒体进行升温至300~340℃，随后保温1.2h；然后以120~150℃/h 的降温速率进行恒速率降温，直至目标筒体冷却至室温。
进一步地，所述目标筒体的钢板厚度为20~50mm。
本发明的有益效果为：
1. 本发明预热及消氢装置及处理方法首次采用电磁感应加热方式实现了核电站双层筒体结构单面预热及消氢热处理，解决了双层筒体结构内部没有操作空间、仅能从单面实施的问题。
2. 本发明采用电磁感应加热方式，较火焰加热和电阻加热传热的方式，效率更高、成本更低，且操作简单、可控性好。
3. 本发明预热及消氢热处理方法通过选用合理的工艺参数，并通过K型热电偶的精确测温，高水准实现双层筒体结构焊前预热、过程控温及焊后消氢热处理工作。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明横缝预热及消氢处理示意图。
图3为图2中A-A方向的示意图。
图4为本发明立缝预热及消氢处理示意图。
图5为图4中B-B方向的示意图。
图中序号，1-双层筒体、2-焊缝、3-钢筋、4-加热电源、5-加热元件、6-测温元件、7-记录仪、8-保温棉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
参见图1所示的一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置，包括双层筒体1，所述双层筒体1外表面设有焊缝2，所述的双层筒体1内部设有若干钢筋3与位于双层筒体内的安全壳固定，还包括加热电源4、加热元件5、测温元件6以及记录仪7；所述的加热电源4设于双层筒体1的一侧，加热电源4通过连接导线与加热元件5连接，所述的加热元件5设有两组，固定设于双层筒体1外表面，沿所述焊缝2长度的方向对称设置在焊缝2的两侧，对所述双层筒体1的外表面加热；所述的测温元件6设于加热元件5与焊缝2之间，测温元件6的一端与双层筒体1外表面连接，另一端直接与记录仪7连接，用于将检测的温度传输给记录仪7；所述的记录仪7的一端通过连接导线与加热电源4连接，由所述加热电源4对其进行供电；其中，所述的连接导线采用485总线。
本实施例中，所述的加热电源4采用中频感应加热设备，由于中频感应加热电源采用高温点控制，即运行时其以温度最高点为基准，当某一点的温度达到设定温度、其他各点未达到时，认为已经达到设定要求。因此为保证各点温度均达到要求，设置目标温度时在规定范围内选择较高温度。
本实施例中，所述的加热元件5采用空冷框架感应器，所述空冷框架感应器靠近焊缝2的一侧与焊缝2之间的距离为130~170mm；所述的空冷框架感应器为方弧形结构，弧形半径与所述双层筒体1的半径一致，与所述双层筒体1的表面贴合固定。优选地，所述的空冷框架感应器的宽为300mm，长为3000mm，最大加热温度为400℃，空冷框架感应器之间的空间满足焊接操作需求；同时，所述空冷框架感应器与双层筒体1外表面之间设有保温棉8，保证了加热后的保温效果。
本实施例中，所述的测温元件6至少设有6组，沿所述焊缝2长度方向交叉布置在焊缝2的两侧，所述的测温元件距离焊缝坡口的距离为30mm，相邻的测温元件6之间距离相等。优选地，所述的测温元件6采用K型热电偶，所述的K型热电偶的量程为0~800℃。在测温元件数量和记录仪记录通道有限的情况下，尽可能多地在焊缝两侧布置有效测温点位，保证了检测温度的准确性。
本实施例中，所述的焊缝2包括横缝和立缝。
实施例1
参见图2和图3，为核电站双层筒体结构单面横缝预热及消氢处理示意图，目标筒体的钢板厚度为20mm，使用中频感应加热设备作为加热电源；使用外形尺寸与筒体结构相匹配的空冷框架感应器作为加热元件，半径为23.985m；使用K型热电偶作为测温元件，监测实施过程中构件的温度。两块加热元件沿横缝长度方向布置在焊缝两侧，其靠近横缝一侧与焊缝的距离为150mm；自距焊缝起始端开始，每间隔600mm布置1个K型热电偶；热电偶与焊缝坡口距离为30mm，交叉布置在焊缝两侧，具体的操作过程如下：
步骤一、打开加热电源4，控制加热元件5以400℃/h 的升温速率对需要加热的目标筒体进行加热至目标温度为150℃；
步骤二、预热达到目标温度150℃后，进行过程保温处理，设置加热电源4对加热元件5进行保温，保温温度控制为200℃，在此温度下保温时间4h，并进行焊接直至焊接作业完成；
步骤三、焊接工作完成后，立即进行消氢热处理，调节加热电源4，控制加热元件5以300℃/h 的升温速率对焊接完成的目标筒体进行升温至340℃，随后保温1.2h；然后以120℃/h的降温速率进行恒速率降温，直至目标筒体冷却至室温25℃。
实施过程结束，利用设备上的无纸记录仪，获取工艺曲线。
实施例2
参见图4和图5，为核电站双层筒体结构单面立缝预热及消氢处理示意图，目标筒体的钢板厚度为50mm，使用中频感应加热设备作为加热电源；使用外形尺寸与筒体结构相匹配的空冷框架感应器作为加热元件，半径为23.985m；使用K型热电偶作为测温元件，监测实施过程中构件的温度。两块加热元件沿横缝长度方向布置在焊缝两侧，其靠近横缝一侧与焊缝的距离为160mm；自距焊缝起始端开始，每间隔600mm布置1个K型热电偶；热电偶与焊缝坡口距离为30mm，交叉布置在焊缝两侧，具体的操作过程如下：
步骤一、打开加热电源4，控制加热元件5以300℃/h 的升温速率对需要加热的目标筒体进行加热至目标温度为120℃；
步骤二、预热达到目标温度120℃后，进行过程保温处理，设置加热电源4对加热元件5进行保温，保温温度控制为180℃，在此温度下保温时间5h，并进行焊接直至焊接作业完成；
步骤三、焊接工作完成后，立即进行消氢热处理，调节加热电源4，控制加热元件5以200℃/h 的升温速率对焊接完成的目标筒体进行升温至300℃，随后保温1.2h；然后以150℃/h的降温速率进行恒速率降温，直至目标筒体冷却至室温25℃。
实施过程结束，利用设备上的无纸记录仪，获取工艺曲线。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置，包括双层筒体(1)，所述双层筒体(1)外表面设有焊缝(2)，所述的双层筒体(1)内部设有若干钢筋(3)与位于双层筒体内的安全壳固定，其特征在于：还包括加热电源(4)、加热元件(5)、测温元件(6)以及记录仪(7)；所述的加热电源(4)设于双层筒体(1)的一侧，加热电源(4)通过连接导线与加热元件(5)连接，所述的加热元件(5)设有两组，固定设于双层筒体(1)外表面，沿所述焊缝(2)长度的方向对称设置在焊缝(2)的两侧，对所述双层筒体(1)的外表面加热；所述的测温元件(6)设于加热元件(5)与焊缝(2)之间，测温元件(6)的一端与双层筒体(1)外表面连接，另一端直接与记录仪(7)连接，用于将检测的温度传输给记录仪(7)；所述的记录仪(7)的一端通过连接导线与加热电源(4)连接，由所述加热电源(4)对其进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置，其特征在于：所述的加热电源(4)采用中频感应加热设备。
3.根据权利要求1所述的一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置，其特征在于：所述的加热元件(5)采用空冷框架感应器，所述空冷框架感应器靠近焊缝(2)的一侧与焊缝(2)之间的距离为130~170mm；所述的空冷框架感应器为方弧形结构，弧形半径与所述双层筒体(1)的半径一致，与所述双层筒体(1)的表面贴合固定。
4.根据权利要求3所述的一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置，其特征在于：所述的空冷框架感应器的最大加热温度为400℃，所述空冷框架感应器与双层筒体(1)外表面之间设有保温棉(8)。
5.根据权利要求1述的一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置，其特征在于：所述的测温元件(6)至少设有6组，沿所述焊缝(2)长度方向交叉布置在焊缝(2)的两侧，所述的测温元件距离焊缝坡口的距离为30mm，相邻的测温元件(6)之间距离相等。
6.根据权利要求5述的一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置，其特征在于：所述的测温元件(6)采用K型热电偶，所述的K型热电偶的量程为0~800℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置，其特征在于：所述的焊缝(2)包括横缝和立缝。
8.权利要求1所述的核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、打开加热电源(4)，控制加热元件(5)以250~400℃/h 的升温速率对需要加热的目标筒体进行加热，保证加热区域内的目标温度在100℃以上；
步骤二、预热达到目标温度后，设置加热电源(4)对加热元件(5)进行保温，保温温度控制为180~200℃，在此温度下进行焊接直至焊接作业完成；
步骤三、焊接工作完成后，调节加热电源(4)，控制加热元件(5)以180~300℃/h 的升温速率对焊接完成的目标筒体进行升温至300~340℃，随后保温1.2h；然后以120~150℃/h 的降温速率进行恒速率降温，直至目标筒体冷却至室温。
9.根据权利要求8所述的核电站双层筒体结构单面预热及消氢装置的处理方法，其特征在于：所述目标筒体的钢板厚度为20~50mm。
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