基于闪光法的蒸汽发生器传热管导热系数的测量研究

针对蒸汽发生器传热管的导热系数很难由理论计算直接获得、通常需要通过试验测量得到的问题,基于瞬态传热原理,在保持传热管外形的基础上,运用激光闪光法设计了一种基于传热管导热系数测量装置。分别对4种不同厂家制造的690合金传热管的导热系数进行了测量,并将测得的数据在20~400℃范围内进行线性拟合,通过拟合公式,可直接求得该温度范围内任一温度条件下的导热系数,为蒸汽发生器传热计算提供可靠的参数。

某电厂工业冷却水热交换器传热管的涡流检测

在对某电厂工业冷却水热交换器传热管进行涡流检测时发现,多根传热管存在外壁缺陷,且均位于限位杆处,经拔管验证均为限位杆磨损缺陷。由于该设备结构特殊,限位杆与传热管之间为点接触,结合其产生的涡流信号特征,对该类缺陷的分析及定量方法进行了对比分析,为同类设备的涡流检测提供了实践经验。

蒸汽发生器传热管的凹痕尺寸测量

压水堆核岛主设备蒸汽发生器传热管在制造安装过程中易产生凹痕,要对凹痕进行残余应力分析、壁厚损失计算和运行寿命评估等工作,须获得凹痕的深度、长度和宽度等关键尺寸信息。针对已安装的传热管系密集和蒸汽发生器壳体限制导致凹痕尺寸无法直接测量的问题,提出了一种利用视频内窥镜测量凹痕深度、同轴线圈内穿涡流测量凹痕长度及阵列内穿涡流测量凹痕宽度的方法。该方法为传热管凹痕的定量分析提供了依据,为后续核岛主设备热交换器传热管凹痕质量问题的处理累积了宝贵经验。

不同类型涡流探头对蒸汽发生器传热管缺陷检测能力的对比分析

为研究不同类型涡流探头对蒸汽发生器传热管缺陷的检测能力,分别采用轴绕式探头、旋转探头与阵列探头,对位于自由段的孔形、槽形、磨损缺陷和疲劳裂纹进行试验、对胀管过渡区孔形和槽形缺陷进行试验,还进行了缺陷分辨力试验,发现旋转探头与阵列探头具有相近的缺陷检出能力,对于间距较小的缺陷和胀管过渡段上的缺陷等复合缺陷,旋转探头与阵列探头的缺陷检出能力均明显优于轴绕式探头的。

压水反应堆蒸汽发生器传热管焊接堵管工艺实践

基于某核电厂压水反应堆蒸汽发生器传热管的焊接堵管案例,根据2021年版ASME BPVC规范,主要从堵头材料、焊接材料、焊接工艺评定、堵管工艺操作技术等方面进行分析,以确保压水反应堆蒸汽发生器传热管焊接堵管工艺的有效性。采用经评定合格的堵管工艺,对该核电厂蒸汽发生器的破损传热管进行堵管,蒸汽发生器投用后未再发生泄漏,堵管效果良好。研究结果为国内核电厂蒸汽发生器传热管破损后焊接堵管工艺提供了技术参考。

蒸汽发生器小内径传热管检测辅助对管装置设计

本文通过设计夹持卡爪导向系统提出了一种可实现在管板上夹持并准确定位的末端操作装置,并设计了可实现对末端装置进行空间六自由度运动操作的对管操作机构,使人工可以在蒸发器水室外部对探头导引管与管孔的精确密封对准,可实现对小内径、大曲率传热管的涡流无损检测。

内壁强化对TA16钛合金传热管断裂韧度的影响

采用TA16传热管制备的直流蒸汽发生器是新一代核动力装置的核心部件。为提高管材的内壁质量,目前采用内绞、喷砂等数道表面加工程序,生产成本大幅升高。为简化工艺流程,降低生产成本,开展针对TA16管材的内壁强化技术研究。同时为了确定内壁强化对管材断裂韧性的影响,提出一种含双边轴向裂纹管(DEAT)试样,通过弹塑性有限元分析建立DEAT试样的应力强度因子K和J积分的计算表达式,通过建立的试验方法完成内壁强化前后TA16传热管的J-R曲线测试,获得内壁强化前后TA16传热管的断裂韧性参数。试验后采用SEM、EBSD、TEM及纳米压痕分析内壁强化对管材微观组织和性能的影响。研究结果表明:强化后TA16管内壁从表面沿径向形成100~200μm的纳米超细晶区和孪晶变形区,显著提高了管材的内壁质量,但由于表层的硬度升高,导致传热管的断裂韧度整体水平有所下降。研究结果可为TA16管材的质量提升、安全性评价及性能退化评估奠定技术基础。

蒸汽发生器传热管焊接堵管用小型化激光头研制

核电站蒸汽发生器传热管破损将导致放射性冷却剂外泄,因此需进行堵管作业。激光焊接精度高,可用于蒸汽发生器的焊接堵管。然而,受限于蒸汽发生器的空间结构,现有的激光焊接头往往难以满足实际要求,因此需设计定制化的小型激光头。首先,分析和计算了小型化激光头的光路;其次,设计出小型激光头的机械结构,并完成其在蒸汽发生器内的运动仿真和干涉模拟;最后,对所设计的激光头装置进行了模拟传热管焊接验证。结果表明,所设计的小型化激光头具有良好的焊接性能和可操控性能,可用于蒸汽发生器的焊接堵管作业。

核用小直径传热管衬管焊接TIG焊枪的设计及优化

随着我国核工业进入第3个30年发展阶段,核用设备的维修需求日益迫切。核用蒸汽发生器内部结构复杂,关键传热管结构管径小、管道长、拆卸安装难度大,传统修复方法难度极高。针对核用小直径传热管因长期处于高温高压工况而出现的腐蚀破坏问题,文中设计了一种全位置自动化TIG衬管焊接修复焊枪,并进行了焊枪可靠性验证和焊接修复试验。首先,提出了焊枪的总体结构设计方案,并阐述了所设计焊枪相对传统钨极TIG焊枪的优势;接着,完成了焊枪传动系统的设计与验证,所设计的传动系统体积小、空间利用率高;随后,对焊枪关键部位——导电轴进行了刚度理论建模、分析和实例计算,并通过有限元求解验证了理论模型的可靠性,在此基础上提出了焊枪结构的优化方法;最后,进行了现场挠度检测和焊接试验,验证了导电轴的刚度满足现场焊接工况,并用线性回归方程和挠度修正公式定量预测焊枪挠度变形,验证了所设计结构的合理性;焊接试验表明焊枪工作时传动系统的转速稳定可控,焊缝成形良好。文中所研制的焊枪能够满足核用蒸汽发生器不锈钢传热管的衬管焊接修复工艺要求。

高温高压水环境下690TT合金传热管微动磨损研究

蒸汽发生器(SG)的完整性对于核电站的安全运行十分重要。在运行过程中,SG二次侧流动会使得传热管产生微动磨损,导致管壁减薄甚至破裂,从而影响到核电站的高效安全运行。针对该问题,本文通过试验研究,模拟在高温高压水环境中SG传热管材料690TT合金的微动磨损行为。系统地研究了循环周次和位移幅值对690TT合金传热管微动磨损损伤机制以及磨损性能的影响。结果表明,循环周次对磨损行为和损伤机制影响不大,但影响材料磨损性能评估,需通过差分法计算得到准确的材料磨损系数。位移幅值对传热管的磨损行为和损伤机制影响较大。振幅由20μm增加到150μm时,磨损系数会增大,磨损机制从以黏着磨损为主,逐渐变成磨粒磨损、剥层磨损和氧化磨损。

铅铋堆蒸汽发生器传热管破裂事故下铅铋-水相互作用程序开发及验证

铅铋堆在设计时必须考虑蒸汽发生器传热管破裂事故,国内外已开展了相关实验、数值模拟研究。对于该事故,传统两流体程序已不满足,为此本文就铅铋堆蒸汽发生器传热管破裂事故下铅铋-水相互作用行为,开展了池内铅铋-水相互作用理论、本构模型、数值算法研究,研制了专用程序,并采用已公开发布的相关实验数据进行程序验证。结果表明,所开发的模型、程序可较好地模拟铅铋-水相互作用行为。本文程序可为我国铅铋堆蒸汽发生器传热管破裂事故分析与安全评价提供理论与技术支撑。

2.25Cr1Mo传热管切向微动磨损性能研究

钠冷快堆换热器中的冷却剂与构件之间的流致振动会导致传热管发生微动磨损。以钠冷快堆换热器传热管候选材料2.25Cr1Mo钢为研究对象,研究其在不同法向载荷(10、20、30 N)下的切向微动磨损行为和损伤演变规律;采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及EDS对磨痕的形貌及摩擦化学反应进行分析;通过白光干涉仪获得传热管的磨损量。结果表明:随着法向载荷的增加,2.25Cr1Mo钢的微动模式由完全滑移转变为部分滑移,摩擦因数、磨损体积随着法向载荷的增加先增加后减小;当载荷为10~20 N时,2.25Cr1Mo钢的主要磨损机制为磨粒磨损、分层剥落以及氧化磨损,当载荷为30 N时,主要磨损机制为黏着磨损、塑性变形和氧化磨损。

核电厂蒸汽发生器传热管束流弹失稳评价关键参数分析及实验研究

针对某压水型核电厂新研发蒸汽发生器的传热管,采用ASME BPVC-Ⅲ推荐的半经验公式及相应参数取值,计算得到了悬臂传热管在空泡份额为0%(单相水)、10%、20%、50%、80%、90%下的流弹失稳临界流速。同时,设计开展了悬臂传热管阵在各空泡份额下的流致振动实验,测得了传热管流弹失稳临界流速、动水中的振动阻尼比及固有频率等关键参数。实验中测得的振动阻尼比主要包含了两相阻尼与粘滞阻尼,随空泡份额的变化而变化,范围为1.51%~3.98%,考虑测量不确定度后,该值可用于本文所述蒸汽发生器设计,且具有一定的保守性。分析结果表明,规范推荐的公式及参数计算所得传热管流弹失稳临界流速和实验结果趋势相同、规律一致,前者较后者有较大的保守性,安全系数在1.5以上;采用实验测得的阻尼比及固有频率重新计算得到的临界流速安全系数有所下降,但仍高于1.1。通过实验和分析,讨论了文中所述新研发核电厂蒸汽发生器传热管束流弹失稳评价关键参数取值及分析方法的合理性与保守性,可用于工程产品的设计及分析。

含微振磨损缺陷蒸发器传热管爆破压估算方法

蒸汽发生器传热管的局部微振磨损缺陷会导致其承压能力降低。研究了含不同微振磨损缺陷的Inconel 690蒸汽发生器传热管的爆破压,采用数值模拟方法分析了微振磨损缺陷对传热管爆破压的影响规律,并进一步研究得到了含瓦片状缺陷及防振条磨损缺陷的传热管爆破压估算公式。研究表明,基于缺陷分类的爆破压预测结果更为精确,且所建立的降质传热管爆破压估算公式是合理且保守的。

传热管表面裂纹应力强度因子影响研究

针对蒸汽发生器传热管表面裂纹存在的应力腐蚀开裂问题,对传热管表面裂纹的应力强度因子进行了研究。利用解析法验证了有限元计算的准确性,对传热管表面裂纹在不同长度、深度、角度以及壁面温差条件下的应力强度因子分布及变化趋势进行了分析总结。计算结果表明:传热管表面裂纹主要为张开型裂纹,当裂纹与轴向夹角为0°时裂纹对传热管影响最大,其应力强度因子沿裂纹最深点呈对称分布,随裂纹长度、深度呈非线性增长,与温差呈线性增长。计算结果为传热管寿命评估及可靠性分析提供了参考。

Mente-Carlo方法在热交换器传热管降质评估中的应用

结合EPRI的无损检测数据,对无损检验的不确定度和传热管降质增长量进行Mente-Carlo模拟,建立了一种简便有效的传热管完整性评估方法。通过该方法计算了某电站某型热交换器传热管堵管限值,当传热管整体降质超过38%TW或者38%PDA时,应该对传热管进行维修或堵管。建立的计算传热管完整性评估方法,可根据具体设备的特定工况进行分析计算,制定堵管维修准则,避免了热交换器运行管理过程中太过保守或裕量不足的风险,具有较高的可信度,提升了热交换器运行经济价值。

铁素体不锈钢传热管远场涡流检测分析技术

为迎合我国核电厂及火电厂换热器,大量使用铁素性不锈钢材质传热管需要在役检查的市场需求,本文针对目前国内远场涡流检测的分析技术,组织开展了试验研究。同时,阐述了试验研究的远场涡流信号显示的分类以及对应特征,给出了缺陷分析评定流程和评定缺陷用对比样管,最后介绍了现场检测的应用情况。

核电厂蒸汽发生器传热管接近管运行特性研究

由于传热管结构设计考虑裕量不足,以及制造、运输、安装过程中的不当操作,蒸汽发生器弯管区传热管之间可能存在接近管现象。本文针对存在接近管的蒸汽发生器管束区进行三维流场分析,对接近管的振动运行特性进行分析评价,并对运行期间存在接近现象的传热管间隙变化进行了评估。分析结果表明,管子因湍流激励导致的最大振幅均方根值约为50μm,考虑相邻两个管子的振动,当两根管子之间的间隙大于0.3 mm时,可以认为传热管不会发生因流致振动导致的接触磨损。一对接近管的小半径传热管被执行堵管后,热膨胀将使存在接近管现象的两根传热管之间的间隙将进一步增加。

国产690TT与800合金传热管高温苛性钠溶液中的应力腐蚀行为

通过高温高压C型环试验方法研究了国产690TT与800合金传热管在苛性钠溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)行为。研究结果表明,在300℃饱和氧10%NaOH溶液中,690TT传热管与800合金传热管在局部位置发生沿晶/穿晶应力腐蚀开裂(IG/TGSCC),裂纹向纵深发展,生长速率分别达到0.059 mm/a、0.076 mm/a;在300℃饱和氧30%NaOH溶液中,690TT传热管与800合金传热管未发生应力腐蚀开裂,腐蚀形态主要为均匀腐蚀+晶间侵蚀(IGA)混合模式,690TT管最大均匀腐蚀速率为0.060 mm/a,IGA深度为20~30μm,综合腐蚀速率达到0.112 mm/a;800合金管最大均匀腐蚀速率为0.350 mm/a,IGA深度为10μm,综合腐蚀速率达到0.367 mm/a。

核用小直径传热管自动化衬管焊接系统的研制

目的针对核用小直径传热管长期服役于高温高压环境时易产生表面腐蚀缺陷等问题,研制一套自动化衬管焊接系统,以高效修复腐蚀传热管,并验证该焊接系统的可行性。方法采用以STM32F405RGT6微处理器为控制核心、植入FreeRTOS实时操作系统的方式设计了一款焊接控制系统;以微型TIG焊枪为执行机构、数字化焊接电源为功率输出设备,研制了一套自动化衬管焊接系统;最后以304不锈钢管为试样进行了衬管脉冲焊接试验。结果焊接试验过程稳定,无断弧现象,得到的焊缝衬管完全焊透,基管适度熔透,焊缝成形良好。可通过调整基值电流、峰值电流、脉冲频率和占空比等参数调控焊接热输入,获得优质的焊缝。结论研制的微型焊枪可适应传热管内部的狭小焊接工况;焊接电源能够满足焊接过程中的能量需求,提高了焊接过程的动态响应能力;焊接控制系统在硬件和软件层面上实现了焊枪和焊接电源的宏观调度,能够对焊接波形进行精细化调控。所研制的衬管焊接系统各项性能优秀,满足压水堆核用蒸汽发生器水箱内不锈钢传热管内衬管焊接高质量修复的需求。