一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途

《一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途》是上海電氣核電設備有限公司於2014年11月5日申請的專利，該專利的公布號為CN104357644A，授權公布日為2015年2月18日，發明人是李雙燕、徐超、張茂龍。

《一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途》該系統包含：熱處理設備；流量可控冷風通風裝置；溫度及流量可控的熱風通風裝置；位移測量系統，其用於測量蒸汽發生器的支撐板的邊緣位移；溫度檢測系統；及，無損檢測設備，其用於在熱處理前後分別對支撐板周邊至少20根換熱管進行渦流檢測對比分析，以確認換熱管是否出現凹坑。

2017年12月11日，《一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途》獲得第十九屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途
• 申請人：上海電氣核電設備有限公司
• 申請日：2014年11月5日
• 申請號：2014106154130
• 公布號：CN104357644A
• 公布日：2015年2月18日
• 發明人：李雙燕、徐超、張茂龍
• 地址：上海市浦東新區臨港重型產業裝備區層林路77號
• Int.Cl.： C21D9/50(2006.01)I
• 代理機構：上海信好專利代理事務所
• 代理人：張靜潔、徐雯瓊
• 類別：發明專利

專利背景

如圖1所示，核電蒸汽發生器包含上部組件10和下部組件20，該上部組件10具有上部環縫11，該下部組件20具有對應的下部環縫21。在核電蒸汽發生器製造工藝中，上部環縫11、下部環縫21均需局部熱處理。

核電蒸汽發生器設計要求高、製造複雜，關鍵環縫局部熱處理工序中有著特殊技術要求。由於蒸汽發生器尺寸較大且結構複雜，熱處理時既需要消除焊接殘餘應力，又需要防止熱處理時各部件間熱膨脹不均勻導致支承板變形而可能使換熱管出現永久性壓痕造成的凹坑。為此，必須採取有效的控制技術，防止環縫局部熱處理中換熱管出現凹坑。

防止換熱管出現凹坑控制技術一方面可以防止換熱管在熱處理過程中出現永久性壓痕造成的凹坑，另一方面此技術的成功套用可以最佳化蒸汽發生器製造工藝，從而大大縮短整個蒸汽發生器的製造周期。蒸汽發生器的製造過程中，最終兩條環縫的製造順序可分別採用兩種方式，方式1：先對接上部環縫11，後對接下部環縫21，方式2：先對接下部環縫21，後對接上部環縫11。2014年11月之前的技術中，中國國內外同類製造廠，蒸汽發生器製造順序均採用方式2即先對接下部環縫21，後對接上部環縫11的方式。然而，上部組件多為結構件，材料多以碳鋼或不鏽鋼為主，製造簡單且可以外購，製造周期短，首先具備裝焊條件；下部組件中的下封頭組件結構複雜，製造工序繁多，焊接和機加工工作量大，製造周期長。若能執行方式1的製造順序，可使蒸汽發生器的整個製造周期縮短6個月。但方式1使換熱管出現凹坑的風險增加，控制難度同時也大大增加。

因此，針對方式1（即，先對接上部環縫，再對接下部環縫的蒸汽發生器加工工藝）需要研發一種可以有效防止換熱管出現凹坑的控制技術。

發明內容

專利目的

《一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途》的目的是提供一種能用於先對接上部環縫，再對接下部環縫的蒸汽發生器加工工藝的環縫熱處理技術，其能防止換熱管出現凹坑。

技術方案

《一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途》提供了一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，該系統包含：熱處理設備，與蒸汽發生器殼體上的開孔連線的流量可控冷風通風裝置，與蒸汽發生器殼體上的開孔連線的溫度及流量可控的熱風通風裝置；位移測量系統，用於測量蒸汽發生器的支撐板的邊緣位移；溫度檢測系統；及無損檢測設備，用於在熱處理前後分別對支撐板周邊至少20根換熱管進行渦流檢測對比分析，以確認換熱管是否出現凹坑。

上述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其中，所述的熱處理設備包含：電加熱板、保溫材料、熱電偶及電加熱數控系統。進一步地，所述的熱處理設備還包含電加熱板固定裝置、保溫材料固定裝置。上述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其中，所述的流量可控冷風通風裝置包含冷卻設備、通風管道、流量控制櫃、流量測定儀。

上述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其中，所述的冷卻設備最大空氣流量至少10000立方米/小時，使用過程中能無級調整流量。上述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其中，所述的溫度及流量可控的熱風通風裝置包括加熱設備、通風管道、流量控制櫃、溫度控制櫃、流量測定儀、電加熱器。

上述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其中，所述的加熱設備最大空氣流量至少10000立方米/小時，使用過程中能無級調整流量。上述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其中，所述的電加熱器最小功率為20千瓦，調節最高溫度為250℃。

上述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其中，所述的支撐板的邊緣位移轉換成角度最大不能超過1.5°。上述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其中，所述的溫度檢測系統包含若干熱電偶，以檢測蒸汽發生器不同區域的溫度。

該發明還提供了一種上述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統的用途，該核電蒸汽發生器環縫包含上部環縫和下部環縫，該系統用於核電蒸汽發生器製造工藝，該工藝先對接上部環縫，再對接下部環縫。

改善效果

《一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途》提供的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，能用於核電蒸汽發生器製造工藝（該工藝先對接上部環縫，再對接下部環縫），不僅能防止各部件間熱膨脹不均勻導致支承板變形而可能使換熱管出現永久性壓痕造成的凹坑，而且，該系統可以最佳化蒸汽發生器製造工藝，從而縮短整個蒸汽發生器的製造周期。

附圖說明

圖1為2014年11月之前技術的蒸汽發生器環縫位置示意圖。

圖2為該發明的核電蒸汽發生器的上部環縫11局部熱處理工藝中，冷卻設備連線接口位置示意圖。

圖3為圖2中U1、U2接口部的截面圖。

圖4為該發明的核電蒸汽發生器的下部環縫21局部熱處理工藝中，加熱和冷卻設備連線接口位置示意圖。

技術領域

《一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途》涉及核電熱處理技術，涉及一種核電蒸汽發生器環縫熱處理過程中防止換熱管出現凹坑的控制技術，具體涉及一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途。

權利要求

1.一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其特徵在於，該系統包含：熱處理設備，流量可控冷風通風裝置，溫度及流量可控的熱風通風裝置；位移測量系統，用於測量蒸汽發生器的支撐板的邊緣位移；溫度檢測系統；及無損檢測設備，用於在熱處理前後分別對支撐板周邊至少20根換熱管進行渦流檢測對比分析，以確認換熱管是否出現凹坑。

2.如權利要求1所述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其特徵在於，所述的熱處理設備包含：電加熱板、保溫材料、熱電偶及電加熱數控系統。

3.如權利要求1所述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其特徵在於，所述的流量可控冷風通風裝置包含冷卻設備、通風管道、流量控制櫃、流量測定儀。

4.如權利要求3所述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其特徵在於，所述的冷卻設備最大空氣流量至少10000立方米/小時，使用過程中能無級調整流量。

5.如權利要求1所述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其特徵在於，所述的溫度及流量可控的熱風通風裝置包括加熱設備、通風管道、流量控制櫃、溫度控制櫃、流量測定儀、電加熱器。

6.如權利要求5所述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其特徵在於，所述的加熱設備最大空氣流量至少10000立方米/小時，使用過程中能無級調整流量。

7.如權利要求5所述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其特徵在於，所述的電加熱器最小功率為20千瓦，調節最高溫度為250℃。

8.如權利要求1所述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其特徵在於，所述的支撐板的邊緣位移轉換成角度最大不能超過1.5°。

9.如權利要求1所述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統，其特徵在於，所述的溫度檢測系統包含若干熱電偶，以檢測蒸汽發生器不同區域的溫度。

10.一種根據權利要求1所述的核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統的用途，該核電蒸汽發生器環縫包含上部環縫（11）和下部環縫（21），其特徵在於，該系統用於核電蒸汽發生器製造工藝，該工藝先對接上部環縫（11），再對接下部環縫（21）。

實施方式

為實現防止換熱管出現凹坑，環縫熱處理工藝需要一套完整的熱處理設備、流量可控冷風通風裝置、溫度及流量可控的熱風通風裝置、位移測量系統、溫度監測系統以及無損檢測設備等。

所述的熱處理設備包括電加熱板、保溫材料、熱電偶、電加熱數控系統、電加熱板固定裝置、保溫材料固定裝置等。

所述的流量可控冷風通風裝置包括冷卻設備、通風管道、流量控制櫃、流量測定儀等。在熱處理過程中該裝置連線蒸汽發生器殼體上的開孔，吹入冷空氣或抽出熱空氣。冷卻設備最大空氣流量至少10000立方米/小時，過程中可無級調整流量。

所述的溫度及流量可控的熱風通風裝置包括加熱設備、通風管道、流量控制櫃、溫度控制櫃、流量測定儀、電加熱器等。在熱處理過程中該裝置連線蒸汽發生器殼體上的開孔，吹入熱空氣。加熱設備最大空氣流量至少10000立方米/小時，過程中空氣流量和溫度可無級調整。電加熱器最小功率為20千瓦，調節最高溫度為250℃。

所述的位移測量系統採用特殊的測量設備測量支撐板的邊緣位移。測量設備通過相連線的儀器進行數據收集、監控和分析。4個測量設備布置在支撐板邊緣，其中2個測量設備通過蒸汽發生器上的2個檢查孔布置，2個測量設備與之垂直布置。

所述的溫度檢測系統包含若干熱電偶，熱處理過程中不同數量的熱電偶分別布置在換熱管內、手孔內、檢查孔內，以檢測不同區域的溫度，為有效控制冷、熱風流量提供數據支持。

所述的無損檢測設備，用於熱處理前後分別對蒸汽發生器的支撐板周邊至少20根換熱管進行渦流檢測對比分析，以確認換熱管是否出現凹坑，控制技術是否成功。

環縫局部熱處理前安裝上述所有設備。熱處理過程中，通過支撐板邊緣位移的監測結果、不同位置熱電偶的溫度監測結果來調節冷熱風流量和溫度，以及蒸汽發生器殼體上開孔的打開和關閉時機。最終通過換熱管的渦流檢測結果判斷防止換熱管出現凹坑的控制技術是否套用成功。熱處理過程中按支撐板邊緣位移轉換成的角度最大不能超過1.5°進行控制。

該發明的蒸汽發生器上部環縫11局部熱處理時，流量可控冷風通風裝置和溫度及流量可控熱風通風裝置中的加熱和冷卻設備連線接口位置（R1、S1、S2、T1、T2、U1、U2、U3、U4）見圖2及圖3，其中，U1~U4接口均勻分布位於蒸汽發生器殼體的圓周上，分布示意如圖3所示。熱處理過程中具體的連線接口和接口的打開或關閉情況見表1。表1所示十種方案中的任意一種均可達到效果，設備A、B、C均為冷卻設備，該設備與表1中的相應接口連線。

表1上部環縫11換熱管凹坑防護方案

方案	設備	接口	加熱階段	保溫階段	冷卻階段	備註（除表中連線設備的接口外其他接口的打開、關閉情況）
1	A	S1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣	僅U1~U4接口打開，其他接口關閉
2	A	S1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣	僅U1~U4接口打開，其他接口關閉
	B	R1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣
3	A	S1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣	其他接口關閉
	C	U1~U4	吹入空氣	吹入空氣	吹入空氣
4	A	S1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣	其他接口關閉
	B	R1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣
	C	U1~U4	吹入空氣	吹入空氣	吹入空氣
5	A	S1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣	僅U1~U4接口打開，其他接口關閉
	B	T1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣
6	A	S1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣	其他接口關閉
	B	T1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣
	C	U1~U4	吹入空氣	吹入空氣	吹入空氣
7	A	R1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣	僅U1~U4接口打開，其他接口關閉
8	A	R1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣	其他接口關閉
	C	U1~U4	吹入空氣	吹入空氣	吹入空氣
9	A	R1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣	僅U1~U4接口打開，其他接口關閉
	B	T1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣
10	A	R1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣	其他接口關閉
	B	T1	抽出空氣	抽出空氣	抽出空氣
	C	U1~U4	吹入空氣	吹入空氣	吹入空氣

蒸汽發生器下部環縫21局部熱處理時，流量可控冷風通風裝置和溫度及流量可控熱風通風裝置中的加熱和冷卻設備連線接口位置（R1、S1、S2、T1、T2、U1、U2、U3、U4）見圖3、圖4，熱處理過程中具體的連線接口和接口的打開或關閉情況見表2。表2所示十種方案中的任意一種均可達到效果，A、B1、B2為冷卻設備，C為加熱設備，該設備與表2中的相應接口連線。

表2下部環縫21換熱管凹坑防護方案

方案	設備	接口	加熱階段	保溫階段	冷卻階段	備註（除表中連線設備的接口外其他接口的打開、關閉情況）
1	A	S2	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣	加熱和保溫階段：除接口R1打開外，其餘接口均關閉。 冷卻階段：除接口R1關閉外，其餘接口均打開。
	B1	U1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	/
	B2	S1	/	/	吹入冷空氣
	C	U2	吹入熱空氣	吹入熱空氣	吹入熱空氣
2	A	S1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣	加熱和保溫階段：除接口R1打開外，其餘接口均關閉。 冷卻階段：除接口R1關閉外，其餘接口均打開。
	B1	U1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	/
	B2	S2	/	/	吹入冷空氣
	C	U2	吹入熱空氣	吹入熱空氣	吹入熱空氣
3	A	S2	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣	所有階段除R1打開外，其他均關閉。
	B1	U1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	/
	V	U2	吹入熱空氣	吹入熱空氣	吹入熱空氣
4	A	S1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣	所有階段除R1打開外，其他均關閉。
	B1	U1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	/
	C	U2	吹入熱空氣	吹入熱空氣	吹入熱空氣
5	A	S2	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣	加熱和保溫階段：除接口R1打開外，其餘接口均關閉。 冷卻階段：除接口R1關閉外，其餘接口均打開。
	B2	S1	/	/	吹入冷空氣
	C	U2	吹入熱空氣	吹入熱空氣	吹入熱空氣
6	A	S1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣	加熱和保溫階段：除接口R1打開外，其餘接口均關閉。 冷卻階段：除接口R1關閉外，其餘接口均打開。
	B2	S2	/	/	吹入冷空氣
	C	U2	吹入熱空氣	吹入熱空氣	吹入熱空氣
7	A	S2	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣	所有階段除R1打開外，其他均關閉。
	C	U2	吹入熱空氣	吹入熱空氣	吹入熱空氣
8	A	S1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣	所有階段除R1打開外，其他均關閉。
	C	U2	吹入熱空氣	吹入熱空氣	吹入熱空氣
9	A	S2	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣	加熱和保溫階段：除接口R1打開外，其餘接口均關閉。 冷卻階段：除接口R1關閉外，其餘接口均打開。
	B1	U1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	/
	B2	S1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣
	C	U2	吹入熱空氣	吹入熱空氣	吹入熱空氣
10	A	S1	吹入冷空氣	吹入冷空氣	吹入冷空氣	加熱和保溫階段：除接口R1打開外，其餘接口均關閉。 冷卻階段：除接口R1關閉外，其餘接口均打開。

註：表2中的“/”表示該連線設備的接口處於關閉狀態。

榮譽表彰

2017年12月11日，《一種核電蒸汽發生器環縫熱處理裝置系統及其用途》獲得第十九屆中國專利優秀獎。