机械拉拔式堵管对蒸汽发生器传热管密封焊的影响研究

摘  要：针对机械拉拔式堵头安装过程中堵管工具与管口焊缝接触的情况，开展了堵管试验，并优化砧座结构对堵管后的焊缝进行观察，结果表明优化后的砧座不会对焊缝造成影响。

关键词：蒸汽发生器；机械堵管；密封焊；砧座

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Abstract： In view of the contact between the pipe plugging tool and the nozzle weld during the installation of the mechanical pull-off plug， the pipe plugging test was carried out， and the anvil structure was optimized to observe the weld after pipe plugging， and the results showed that the optimized anvil would not affect the weld.

Keywords： steam generator; mechanical pipe plugging; seal welding; Anvil

0  引言

在核电站蒸汽发生器（SG）加工过程中的制造缺陷可能导致个别传热管超出技术规范要求，需要实施预防性堵管。另外，在核电站正常运行过程中，其传热管由于材料本身的缺陷或者不溶性腐蚀产物的作用，随着运行时间的增长，将可能产生破损，最终导致泄漏。因此，在定期对传热管的完整性进行检查的基础上，有必要对已破损或面临破损的传热管进行快速而可靠的堵管操作，使其退出现役，从而保证SG安全、可靠地运行。

机械堵管作为SG传热管缺陷维修的现行主流技术手段，技术路线主要有两种：一种是机械辊胀式堵管，一种是机械拉拔式堵管，使用的堵头也分为机械辊胀式堵头和机械拉拔式堵头。这两种堵管技术在均经过了严格的考核试验和验证，并多次在核电现场应用，堵管工艺成熟可靠。

机械拉拔式堵管通过液压缸加压膨胀拉拔芯轴，带动堵头内的膨胀块向下移动，使得堵头外壳膨胀并与传热管内表面压紧结合，形成机械密封。此过程中的拉拔反作用力会通过堵管工具前端传递到与其接触的传热管密封焊上。本文通过模拟堵管试验、无损检测及金相解剖分析的方式，研究了机械拉拔式堵管对SG传热管密封焊的影响。

1  机械拉拔式堵管技术概述

机械拉拔式堵头为圆柱形结构，顶端封闭，尾端开放，圆柱体的内部有一个呈锥形的膨胀块，堵头材料为Inconel 690TT，适用于多种规格的SG传热管，安装在需要堵管的传热管两端起密封作用。堵头外壳上有多道密封环/肋条，这些密封环/肋条是为了与传热管内壁贴合，形成多道密封，高效阻隔泄漏。

机械拉拔式堵头内的膨胀块通过螺纹与堵管工具上的拉拔芯轴连接，将机械拉拔式堵头送至待堵的传热管内后，通过液压缸加压膨胀拉拔芯轴，带动膨胀块向下运动，使堵头外壳的密封面外径膨胀，堵头的外表面与传热管的内壁紧密贴合，形成固定密封，堵头密封面压紧力的大小由堵管工具的液压拉拔力来保证。机械拉拔式堵头的安装方式如图1所示。

2  堵头安装对管口焊缝的影响

由于机械拉拔式堵管工艺要求堵头拉拔前，堵头需要完全插入管孔，确保堵头下端面与管板表面平齐，因此在堵头拉拔前，堵管工具前端的砧座会直接接触传热管管口焊缝。

在机械拉拔式堵头在安装过程中，拉拔堵头内的膨胀块会产生朝向管板方向的反作用力，反作用力会通过堵管工具前端的砧座传递到与其接触的堵头下端面以及管板（包括管口密封焊）上，如图2所示。

由上图可以看出，堵头安装过程中，堵管工具砧座上表面台阶边缘会直接与焊缝表面形成线接触，可能导致拉拔反作用力集中作用于该区域。

本文选取3/4”和11/16”两种规格的模拟管孔作为研究对象进行机械拉拔式堵管试验，模拟管孔的规格及堵头安装参数如表1所示。

试验完成后对模拟管孔密封焊进行目视检查。检查结果表明，以正常的堵管工艺参数安装机械拉拔式堵头后，管口密封焊缝上会新增一道圆形压痕。堵管试验前后管孔焊缝的情况如图3、图4所示。

3  优化砧座结构对焊缝的影响

根据上述情况，对砧座进行结构优化改进，将砧座分为两部分，本体仍采用金属材质，保证堵头安装的质量，上端去掉部分结构，增加尼龙材质部件，按照焊缝以及堵头的尺寸进行设计，保证砧座与焊缝接触部分为尼龙材质，减轻堵管过程中对焊缝的压力，避免焊缝受到损伤。实际执行时发现焊缝无明显变化，砧座优化效果良好。

4  结论

安装机械拉拔式堵头会在蒸汽发生器传热管管口密封焊缝表面留下压痕，对砧座结构进行优化设计，避免了这一现象再次发生，对蒸汽发生器的寿命不产生影响。

参考文献：

[1]  丁训慎. 核电厂蒸汽发生器传热管与管堵头的一次侧应力腐蚀及其防护[J]. 核安全，2008（2）：30-34.