TW201341700A - 蒸汽產生器加熱管修理構件及修理方法 - Google Patents

蒸汽產生器加熱管修理構件及修理方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種蒸汽產生器加熱管之修理管套(50、70)，該修理管套在其一端具有環繞之凸緣(36、52、72)，該凸緣過渡至一錐形區域(38、54、74)，該錐形區域之外部向另一管套端方向逐漸變窄，直線區域(56、76)連接至該錐形區域。本發明亦係關於一種用於構建在蒸汽產生器(80)中、具有損壞之管端之蒸汽產生器加熱管(12、32、86、88、90)的蒸汽產生器加熱管之修理方法，其中，多個蒸汽產生器加熱管(12、32、86、88、90)以其各別一端穿過每一經過金屬鍍層之管板(18、44、82)，並與金屬鍍層(20、46、84)焊接在一起，該方法包含下述步驟：1.對損壞之管端進行錐形銑削(14)，並將下沉部(16)圍繞損壞之管端銑入金屬鍍層(20、46、84)；2.將如請求項1至6中任一項之蒸汽產生器加熱管之修理管套(50、70)置入經錐形銑削(14)之損壞管端，其中，管套外輪廓至少在錐形(38、54、74)區域匹配於經過銑削之管端之內部輪廓；3.對蒸汽產生器加熱管之修理管套(50、70)之直線(56、76)區域進行軋滾；4.經軋滾之蒸汽產生器加熱管之修理管套(34)的凸緣區域(36、52、72)與金屬鍍層(20、46、84)焊接在一起，從而形成緊密接縫。

Description

蒸汽產生器加熱管修理構件及修理方法
本發明係關於一種蒸汽產生器加熱管之修理管套，其在一端具有環繞之凸緣，該凸緣過渡至一錐形區域，該錐形區域之外部向另一管套端方向逐漸變窄，一直線區域連接至該錐形區域。本發明亦係關於一種用於構建在蒸汽產生器中、具有損壞之管端之蒸汽產生器加熱管的蒸汽產生器加熱管之修理方法，其中，多個蒸汽產生器加熱管以其各別終端穿過每一經過金屬鍍層之管板，並與金屬鍍層焊接在一起，其中，根據本方法，使用根據本發明之蒸汽產生器加熱管之修理管套。本發明亦係關於根據本發明經修理之蒸汽產生器。
一般已知，蒸汽產生器特定用於電廠中，特定用於核電廠中。蒸汽產生器為如下之熱交換器：在運作中，經加熱之初級介質流過初級循環，在此，熱量被傳遞至次級介質(詳言之水中)，次級介質在與初級循環相分離之次級循環中流動。流過蒸汽產生器之後，水自聚集狀態轉換為氣態，並用於驅動蒸汽渦輪機。尤其在初級介質受到放射活性輻射之核電廠中，應當注意蒸汽產生器中初級與次級循環之間的嚴格且絕對安全之分離。
大部分蒸汽產生器具有基本上為圓柱形之容器，該容器在其軸向終端具有分別經過金屬鍍層之管板，在此，多個蒸汽產生器加熱管橫穿過如此形成之內腔，該加熱管與鍍層相連。由此形成了在兩個冷 循環之間、儘可能高的用於熱交換之接觸面積。
蒸汽產生器加熱管與管板下沿之金屬鍍層密封地焊接在一起。若焊縫由於異物而受損，則不能保證焊縫之密封性，而此將導致初級介質與次級介質之間的洩露。受損之焊縫必須進行修理，從而再次建立初級介質與次級介質之間的分離。
此藉由置放焊鍋而進行。在此，在焊縫上具有洩露點之蒸汽產生器加熱管按標準藉助於焊鍋來封閉。為置放焊鍋，首先引入特定之銑製輪廓。焊鍋之下凸緣作為添加材料並以WIG法(鎢惰性氣體法)與管板之金屬鍍層焊接在一起。該焊縫用作承載縫以及密封縫。
此處之缺陷在於，經封閉之蒸汽產生器加熱管不再有利於初級與次級循環之間的熱交換，由此將導致電廠效率之下降。由於蒸汽產生器在故障及事故時亦具有安全功能，經封閉之管之比重不能超過一定值，例如10%。若蒸汽產生器中受損之焊縫數目較高，則置放焊鍋將不再適用於修理措施。
先前技術之另一方法為後焊，藉由使材料再熔化可以使縫中之缺陷(如裂縫或孔隙)封閉。在後焊中，只能彌補小的及表面之缺陷。由於沒有引入額外材料，所以焊接材料之缺乏不能得到補償。此外，在進行後焊時，原焊縫之雜質再次熔化，由此對新焊縫之品質造成不利影響。受損焊縫之後焊因此不能起到可靠而且長期之修理方法的作用。
另外已知具有修理管套之修理方法。在此，文獻US 4592577公開了置於蒸汽產生器之損壞之管端內之修理管套。文獻GB 1141239同樣公開了一種修理管套，將其置於蒸汽產生器之損壞之管端內，之後藉由軋製製程進行擴展，從而完成一個與管端之密封連接。
鑒於上文之先前技術，本發明之任務在於，提供一種修理構件或修理方法，其一方面避免了阻斷相關之蒸汽產生器加熱管，另一方 面實現了受損管端之長期而可靠之修理。
藉由一種蒸汽產生器加熱管之修理管套實現了該目的，該管套在其一端具有環繞之凸緣，該凸緣過渡至一錐形區域，該錐形區域之外部向另一管套端方向逐漸變窄，一直線區域連接至該錐形區域。
本發明之基本想法係將短管套或蒸汽產生器加熱管之修理管套(也稱作套筒)安裝於每一受損之管端。蒸汽產生器加熱管之修理管套藉由機械軋滾而固定於蒸汽產生器加熱管中，而其下沿以銑入之輪廓與管板之金屬鍍層焊接在一起。由此，一方面確保了經修理之蒸汽產生器加熱管可繼續工作，從而使每一蒸汽產生器在多次修理後順利地繼續運作。另一方面，由此實現了對損壞之管端高品質且長效的修理。
有缺陷之焊縫藉由先對相關之管端進行的錐形粗銑再將下沉部圍繞損壞之管端銑入金屬鍍層。由此以有利之方式消除導致迄今之焊縫缺陷之雜質。
蒸汽產生器加熱管之修理管套之下沿具有凸緣，其用作焊接製程中之添加材料。由此，有利地避免了在焊接製程中手動引入添加材料。熔化之凸緣材料以有利之方式分佈於粗銑之下沉部，從而使鍍層之表面保持幾近平滑。由此除了焊縫之必要的高品質亦實現了加速的修理製程。
蒸汽產生器加熱管之修理管套之錐形區域精確地匹配於管端之錐形銑削區域，從而由此實現精確匹配。此點特定藉由選擇適合的、具有預期之錐形角之銑製構件而實現。
可以選擇管套之直線區域在其外徑方面不大於損壞之管端之最小內徑，從而實現將根據本發明之蒸汽產生器加熱管之修理管套放入經銑削之管端。
在軋滾製程中，對所使用之蒸汽產生器加熱管之修理管套之直 線區域進行擴展，從而得到與管板密封而安全之連接。
此外根據本發明之蒸汽產生器加熱管之修理管套實現了對損壞管端之特別快速的修理。由於對維護人員存在輻射負載，所以此尤其對於核電裝置之蒸汽產生器具有重要意義。由此可以有利地降低此類輻射負載。
根據本發明之蒸汽產生器加熱管之修理管套的一個有利實施方式，在錐形區域之管套壁之厚度相對於直線區域而可被增加。作為修理範圍之實質性及關鍵性部分，錐形區域藉由增加之壁厚而有利地可被加強。錐形區域不必為軋滾而設置，在錐形區域由於與錐形銑製之匹配原本就可得到一個高的匹配精確度。然而，可藉由軋滾而在錐形區域進一步提昇修理連接之穩定性。增加之壁厚在軋滾時不成為問題，只要壁材料由於管套之高的匹配精確度而在軋滾時不發生大的變形。在該區域增加之壁厚導致蒸汽產生器加熱管之修理管套與管板之待產生連接的提高穩定性。
在直線的、根據需要用於軋滾之區域中可將管套壁之厚度選擇得較薄，此係因為蒸汽產生器加熱管在後方區域不具有弱點。在此類情況下，既可對錐形區域，亦可對直線區域進行軋滾，必要時對兩者進行軋滾。管套壁之例示性厚度在錐形區域(例如)為1-2 mm而在直線區域為<0.5 mm，其中，此很大程度上取決於每一邊界條件及蒸汽產生器加熱管之修理管套之材料選擇。蒸汽產生器加熱管之修理管套之長度如下設計：(亦即)可在蒸汽產生器之邊緣位置安裝，而該長度為10至15 cm。
根據本發明之蒸汽產生器加熱管之修理管套特定較佳的設計方案，錐形區域之長度至少相當於一倍半之凸緣側之內管套直徑，其在一側例如為2.5 cm，藉由一個此類呈比例長之錐形區域有可能僅藉由對錐形區域軋滾處理而產生修理連接。藉由蒸汽產生器加熱管之修理 管套在錐形孔中的在未軋滾狀態就已較高之匹配精確度，可軋滾處理出增加之壁厚度，由此得到之連接品質較高。
根據本發明之蒸汽產生器加熱管之修理管套的另一變體，管套壁之厚度在錐形區域朝向直線區域變小。由此在錐形區域整體得到蒸汽產生器加熱管之修理管套之恆定壁厚，而且以理想為恆定之修理連接之內徑得到錐形粗銑之蒸汽產生器加熱管。
對應於本發明之蒸汽產生器加熱管之修理管套的另一實施方式，在外表面之至少部分區域設置薄粗糙層。該層(也稱作Microlock)改良了蒸汽產生器加熱管之修理管套在蒸汽產生器加熱管中的錨定連接，且避免了修理管套在安裝製程中(詳言之在軋滾製程中)之旋轉。由此造成之修理管套之外徑之不明顯增加為無所謂的，此係因為最終將產生縫隙，從而使修理管套順利地用於經銑削之管端。縫隙藉由軋滾處理而完全消除。
根據一個特定較佳之實施方式，根據本發明之蒸汽產生器加熱管之修理管套由材料Inconel 690®製成。此優勢在於較佳之抗腐蝕性以及與鍍層材料之可焊接性。同樣，由於該特性及在軋滾時良好的效應，適用材料Inconel 800®。由此，在1 mm範圍之較高壁厚之軋滾可在無裂縫產生的情況下而實現。
本發明可藉由用於構建在蒸汽產生器中、具有損壞之管端之蒸汽產生器加熱管之蒸汽產生器加熱管的修理方法來實現，其中，多個蒸汽產生器加熱管以其各別終端穿過每一經過金屬鍍層之管板，並與金屬鍍層焊接在一起，該方法包含下述步驟：-對損壞之管端進行錐形銑削，並將下沉部圍繞損壞之管端銑入金屬鍍層；-將根據本發明之蒸汽產生器加熱管之修理管套置入經錐形銑削之損壞管端，其中，管套外輪廓至少在錐形區域匹配於經銑削之管端 之內部輪廓，-對蒸汽產生器加熱管之修理管套在其直線及/或錐形區域進行軋滾，-將經軋滾之蒸汽產生器加熱管之修理管套之凸緣區域與金屬鍍層焊接在一起，從而形成緊密接縫。
損壞之管端藉由錐形銑製構件進行銑製。銑製構件以其尖端在蒸汽產生器加熱管中對齊中心。銑製構件之錐形構件之直徑及角度經設計而使老的、損壞之焊縫完全移除。在此產生新的銑製輪廓，其具有用於接納之下沉部，亦在稍後時候將蒸汽產生器加熱管焊接在其凸緣區域。由此得到蒸汽產生器加熱管之修理管套之錐形區域與錐形粗銑之管端的高的匹配精確度。
除了所提及之關於蒸汽產生器加熱管之修理管套的優點以外，該方法除了必要的品質上非常高價值的、修理管套與管板之間的連接以外亦證明係非常快速的，此特定鑒於對於修理人員最小化之輻射負載為具有優勢的。
對應於根據本發明之方法之另一實施方式，藉由使用WIG法(鎢惰性氣體法)進行焊接。此類作法證明係適宜的，並可獲得高品質之焊縫。
根據另一方法變體，所使用之蒸汽產生器加熱管之修理管套的焊接在軋滾之前進行。由此避免在軋滾期間出現修理管套之轉動。
對應於另一方法變體，蒸汽產生器加熱管之修理管套之軋滾在數個處理步驟中進行。詳言之對於軸向向後分級之蒸汽產生器加熱管內徑，可在必要時為每個分級設置不同之軋滾構件，由此判定下一處理步驟。
根據特定較佳之方法變體，此方法在核電裝置之放射活性輻射之蒸汽產生器的蒸汽產生器加熱管之損壞的一端進行。由於在此要求 之最高安全要求，根據本方法實現之修理結果之高品質及耐久性為意義重大的。此外，由於根據本發明之方法之時間需求小，所以有效降低了修理人員之輻射負載。必要時，該等步驟之順序可按一定規則互換，只要此不會對最終結果造成影響。
根據本發明之優勢亦係關於蒸汽產生器，其包含多個蒸汽產生器加熱管，該加熱管在其兩端穿過每一經金屬鍍層之管板，並與金屬鍍層焊接在一起，其中，在至少一管端使用根據本發明之修理方法。由於繼續使用根據本發明經修理之蒸汽產生器加熱管，所以經多次修理之蒸汽產生器之效率不會降低，而此可由於高品質、耐用之修理而以有利方式安全地以更長使用壽命運作。
此等優勢特定係關於放射活性上受到輻射之蒸汽產生器，對於使用壽命減短之情況，其更換及清除特別費事。
其他有利之設計方案在其他申請專利範圍附屬項中給出。
10‧‧‧例示性金屬鍍層管板中之蒸汽產生器加熱管
12‧‧‧蒸汽產生器加熱管
14‧‧‧經錐形銑削之管端
16‧‧‧銑入之下沉部
18‧‧‧管板
20‧‧‧金屬鍍層
30‧‧‧例示性經修理之蒸汽產生器加熱管
32‧‧‧蒸汽產生器加熱管
34‧‧‧軋滾之蒸汽產生器加熱管之修理管套
36‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之凸緣區域
38‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之錐形區域
40‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之直線區域
42‧‧‧中軸
44‧‧‧管板
46‧‧‧金屬鍍層
50‧‧‧例示性第一蒸汽產生器加熱管之修理管套
52‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之凸緣區域
54‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之錐形區域
56‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之直線區域
58‧‧‧薄粗糙層
60‧‧‧中軸
70‧‧‧例示性第二蒸汽產生器加熱管之修理管套
72‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之凸緣區域
74‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之錐形區域
76‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之直線區域
78‧‧‧薄粗糙層
80‧‧‧例示性蒸汽產生器
82‧‧‧蒸汽產生器之下管板
84‧‧‧下管板之金屬鍍層
86‧‧‧第一蒸汽產生器加熱管
88‧‧‧第二蒸汽產生器加熱管
90‧‧‧第三蒸汽產生器加熱管
92‧‧‧壁
100‧‧‧例示性經修理之第二蒸汽產生器加熱管
102‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之錐形區域
104‧‧‧凸緣側之內徑
106‧‧‧例示性第三蒸汽產生器加熱管之修理管套
藉由以附圖展示之實施例進一步描述本發明、其他實施方式及另外優勢。附圖中：圖1為例示性經金屬鍍層之管板中之蒸汽產生器加熱管，圖2為例示性經修理之蒸汽產生器加熱管，圖3為例示性第一蒸汽產生器加熱管之修理管套，圖4為例示性第二蒸汽產生器加熱管之修理管套，圖5為例示性蒸汽產生器圖6為例示性經修理之第二蒸汽產生器加熱管。
圖1以示意圖10展示在經鍍層20之管板18中例示性蒸汽產生器加熱管12。蒸汽產生器加熱管12在其前端區域經錐形粗銑，如附圖標記14所示。此外，管板18之金屬鍍層20之表面銑入了一個下沉部。由 此，可將之前損壞之(未圖示)焊縫，以及每一可能之雜質完全移除(該雜質將導致焊縫缺陷)。蒸汽產生器加熱管12在其後部區域具有逐級遞減之內徑及逐級增加之壁厚。較高之壁厚對於蒸汽產生器加熱管自管板退出是必要的，此係因為此將使其失去穩定效應。所展示之蒸汽產生器加熱管12在此預備用於置放本發明之蒸汽產生器加熱管之修理管套或者套筒。
圖2以示意圖30展示例示性經修理之蒸汽產生器加熱管32，其穿過管板44及設置於其上之金屬鍍層46。在對應於圖1提供之管端，使用蒸汽產生器加熱管之修理管套34，其在上側直線區域40已經軋滾，亦即其直徑擴展為每一管端之內徑。由此確保了蒸汽產生器加熱管32與蒸汽產生器加熱管之修理管套34之間密封的連接。由於蒸汽產生器加熱管32之分級，有必要進行數個軋滾步驟。在錐形區域38，蒸汽產生器加熱管之修理管套34之錐形外部形狀與經粗銑之管端之錐形內部形狀彼此匹配，從而形成精確匹配之連接。在凸緣區域36，在銑入之下沉部中存在一個包圍蒸汽產生器加熱管之修理管套34之凸緣，該凸緣如下構建：亦即，使凸緣材料在後繼之焊接製程中發生熔化時填入下沉部。蒸汽產生器加熱管之修理管套34或蒸汽產生器加熱管32旋轉對稱地圍繞想像中之中軸42延伸。
圖3以橫截面圖展示例示性(亦未經軋滾)第一蒸汽產生器加熱管之修理管套50。在下凸緣區域52設置有環繞之凸緣，其在稍後之焊接製程中熔化並與每一管板之金屬鍍層相連。錐形區域54具有增加之壁厚，其中，該區域不設置用於軋滾。緊接著的直線區域56為軋滾而設置，並因此具有不明顯地小於待修理之蒸汽產生器加熱管之內徑的外徑。在直線區域56之外表面，區域式地設有薄粗糙層58(所謂的Microlock)，從而避免在稍後時候進行軋滾時發生第一蒸汽產生器加熱管之修理管套50之旋轉。第一蒸汽產生器加熱管之修理管套旋轉對 稱地圍繞想像中之中軸60延伸，並較佳由材料Inconel 690®製成，該材料證實特別適宜於此等應用。
圖4同樣展示例示性第二蒸汽產生器加熱管之修理管套70，然而，係以三維視圖展示。在下端設有凸緣區域72，錐形區域74及直線區域76在另一管套端方向上連接至該凸緣區域。直線區域76在其外面由粗糙層78包圍，該粗糙層避免了軋滾製程中蒸汽產生器加熱管之修理管套70的旋轉。
圖5用示意圖展示例示性蒸汽產生器80。壁92及經鍍層84之管板82形成封閉的內部空間，多個蒸汽產生器加熱管86、88、90穿過該內部空間。此等蒸汽產生器加熱管以其每一終端通過鑽孔穿過底板或鄰接之金屬鍍層84，並與金屬鍍層焊接在一起。在蒸汽產生器運作期間，蒸汽產生器之內部空間被第一介質流過，其中，蒸汽產生器加熱管86、88、90被第二介質流過。兩介質完全地並保險地彼此分離，在任何情況之下均避免混合。在修理情況下，根據本發明之修理方法用於每一損壞之管端。
圖6以橫截面圖100展示實例性經修理之第二蒸汽產生器加熱管。蒸汽產生器加熱管之修理管套106具有錐形區域102，該錐形區域長度大約相當於凸緣側內徑104之兩倍。蒸汽產生器加熱管之修理管套106放入經銑削之蒸汽產生器加熱管中，並在其錐形區域得到軋滾處理。藉由對錐形區域102之呈比例長之設置，在緊接著錐形區域之直線區域之軋滾處理並非必要的。蒸汽產生器加熱管之修理管套106之壁厚向後有一定程度的下降，經錐形粗銑之蒸汽產生器加熱管之壁厚以該程度上升，從而在錐形區域得到蒸汽產生器加熱管之修理管套與蒸汽產生器加熱管之總壁厚恆定。
30‧‧‧例示性經修理之蒸汽產生器加熱管
32‧‧‧蒸汽產生器加熱管
34‧‧‧軋滾之蒸汽產生器加熱管之修理管套
36‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之凸緣區域
38‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之錐形區域
40‧‧‧蒸汽產生器加熱管之修理管套之直線區域
42‧‧‧中軸
44‧‧‧管板
46‧‧‧金屬鍍層

Claims (13)

  1. 一種一蒸汽產生器加熱管之修理管套(50、70)，其一端具有一環繞之凸緣(36、52、72)，該凸緣過渡至一錐形區域(38、54、74、102)，該錐形區域之外部向另一管套端方向逐漸變窄，一直線區域(56、76)連接至該錐形區域，其中，錐形區域(38、54、74、102)中之一管套壁之一厚度相對於直線區域(56、76)可被增加。
  2. 如請求項1之蒸汽產生器加熱管之修理管套，其中錐形區域(38、54、74、102)之一長度至少相當於一個半凸緣側之一管套內徑(104)。
  3. 如請求項1或2之蒸汽產生器加熱管之修理管套，其中在錐形區域(38、54、74、102)中之管套壁之厚度向直線區域(56、76)方向變窄。
  4. 根據前述請求項中之任一項之蒸汽產生器加熱管之修理管套，其中至少在外表面之部分區域設置有一薄粗糙層(58、78)。
  5. 根據前述請求項中之任一項之蒸汽產生器加熱管之修理管套，其中此等管套至少主要由材料Inconel 690®製成。
  6. 如請求項1或2之蒸汽產生器加熱管之修理管套，其中此等管套至少主要由材料Inconel 800®製成。
  7. 一種用於構建在一蒸汽產生器(80)中、具有一損壞之管端之一蒸汽產生器加熱管(12、32、86、88、90)的蒸汽產生器加熱管之修理方法，其中，多個蒸汽產生器加熱管(12、32、86、88、90)以其各別一端穿過每一經鍍層之管板(18、44、82)，並與一金屬鍍層(20、46、84)焊接在一起，該方法包含下述步驟：對損壞之管端進行錐形銑削(14)，並將一下沉部(16)圍繞損壞 之管端銑入金屬鍍層，將如請求項1至6中任一項之蒸汽產生器加熱管之修理管套(50、70)置入經錐形銑削(14)之損壞管端，其中，一管套外輪廓至少在一錐形(38、54、74)區域中匹配於經銑削之管端之一內部輪廓，對蒸汽產生器加熱管之修理管套(50、70)之一直線(56、76)及/或錐形(38、54、74、102)區域進行軋滾，將經軋滾之蒸汽產生器加熱管之修理管套(34)的一凸緣區域(36、52、72)與金屬鍍層(20、46、84)焊接在一起，從而形成緊密接縫。
  8. 如請求項7之蒸汽產生器加熱管之修理方法，其中該焊接藉由使用WIG法(鎢惰性氣體法)進行。
  9. 如請求項6或8之蒸汽產生器加熱管之修理方法，其中所採用之蒸汽產生器加熱管之修理管套(50、70)之焊接在軋滾前進行。
  10. 如請求項7至9中任一項之蒸汽產生器加熱管之修理方法，其中蒸汽產生器加熱管之修理管套(50、70)之軋滾在數個處理步驟中進行。
  11. 如請求項7至10中任一項之蒸汽產生器加熱管之修理方法，其中此方法在一受到放射活性輻射之核電裝置之一蒸汽產生器(80)中進行。
  12. 一種蒸汽產生器，其包含多個蒸汽產生器加熱管(12、32、86、88、90)，該多個加熱管以其兩端穿過每一經鍍層之管板(18、44、82)，並與一金屬鍍層(20、46、84)焊接在一起，其中在至少一管端使用如請求項7至11中任一項之方法。
  13. 如請求項11之蒸汽產生器，其中該蒸汽產生器受到放射活性輻射。
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