福清核电工程蒸汽发生器设备监造技术培训教材苏州热工研究院有限公司目录第一章蒸汽发生器设备概述第二章蒸汽发生器材料采购第三章蒸汽发生器材料采购监造第四章蒸汽发生器的制造第五章蒸汽发生器焊接过程的监造第六章蒸汽发生器监造重点第七章蒸汽发生器监造的监督计划第一章蒸汽发生器设备概述1、蒸汽发生器设备简述核电站蒸汽发生器（简称SG）主要功能是作为热交换设备将一回路冷却剂中的热量传给二回路给水，使其产生饱和蒸汽供给二回路的动力装置。

1000MW核电机组有三个环路，每个环路装有一台蒸汽发生器，每台容量是按照满功率的三分之一的反应堆热功率设计。

蒸汽发生器是连接一回路与二回路的设备，在一、二回路之间构成防止放射性外泄的第二道屏障。

由于水受辐照后活化以及少量燃料包壳可能破损泄漏，流经堆芯的一回路冷却剂具有放射性，而压水堆核电站二回路设备不受到放射性污染，因此蒸汽发生器管板和倒置的U型管是反应堆冷却剂压力边界的组成部分，属于第二道放射性防护屏障之一。

蒸发器中的冷却剂压力边界的组成部分的部件安全等级1级，二次侧部件的安全等级是2级、抗震等级1I、质保等级1级、设计等级1级；每台核电机组有三台蒸汽发生器。

下图是1000MW核电站核岛主设备布置示意图。

核岛主设备连接示意图2 蒸汽发生器工作原理在大亚湾核电站、岭澳核电站均采用立式、自然循环、U型管式蒸汽发生器，其结构如上图。

从反应堆流出的冷却剂经一回路热管段由蒸汽发生器的下封头的进口接近进入水室，然后在倒U型管束内流动，倒U型管的外表面与二回路给水接触，传热给二回路水，并使其汽化，完成一、二回路间的热交换。

一回路冷却剂携带的热量传给二回路后，温度降低，再经过过下封头的出口水室和出口接管，流向一回路的过度管道然后进入主泵的吸入口。

二回路的给水由蒸汽发生器的给水接管进入给水环管，通过环管上的一组倒J形管进入下筒体与管束套筒之间的环状空间（即下降通道），与汽水分离器分离出的水混合后向下流动，直至底部管板，然后转向，沿着倒U型管束的管外（即上升通道）向上流动，被传热管内流动的一回路冷却剂加热，一部分水蒸发成蒸汽。

汽水混合物离开倒U型管束顶部继续上升，依次进入旋叶式汽水分离器和干燥器，经汽水分离后，蒸汽从蒸汽发生器的顶部出口流向汽轮机做功，分离出来的水则往下与给水混合进行再循环。

需指出的是，蒸汽发生器二回路侧流体流动是依靠自然循环驱动的。

管束套筒将二次侧的水分为上升通道和下降通道。

下降通道内流动的是低温的水与汽水分离器分离出来的饱和水混合物，属单相水（过冷水），而上升通道流动的是汽水混合物，在相同的压力下，单相水的密度大于汽水混合物的密度，两者密度差导致管束套筒两侧产生压差，驱动下降通道的水不断流向上升通道，建立自然循环。

下图为蒸汽发生器结构示意图：蒸汽发生器主要参数（以岭澳为例）：设计压力管程(一次侧)17.13MPa，壳程(二次侧)8.5MPa设计温度一次侧343℃,二次侧316 ℃工作介质管程除盐含硼水,壳层汽水混和物设备外形尺寸∅4484/∅3286×20970δ×112设备水压试验压力管程 22.9 MPa,壳程12.9MPa设备总重量约 330000 Kg第二章蒸汽发生器材料采购蒸汽发生器材料应满足采购规范以及购买方附加的采购要求。

蒸汽发生器部件由于安全等级存在区别，设计如按RCC-M规范级别区分如下（除了非RCC-M部件，部件的规范分级只是制造过程中的检验要求有所区别）：一次侧为安全功能1级，RCC-M规范1级，包括下封头及其附件、分隔板、管板、传热管束、安全端等；二次侧为安全功能2级，RCC-M规范1级，包括筒体、上封头、人孔、接管等；上部内件为非RCC-M级部件，材料可以按普通工业标准进行采购。

反应堆蒸汽发生器的材料有大型锻件和轧件制（现在的蒸发器无铸件材料），下表是蒸发器主要结构部件材料II序号描述 RCCM ASMEGr.SA-508,1AM21341 上封头 M21272 给水进口接管M2219 SA-508, Gr.3 Cl. 13 壳体M2133 M2126 SA-508, Gr.3 Cl. 14 管板M2115 SA-508, Gr.3 Cl. 15 下封头M2143 SA-508, Gr.3 Cl. 16 管束 M4105 SB-163(Inconel)7 蒸汽出口管安全端M11228 一次侧接管安全端M3301SB-1689 隔板 M4107 SA-240,以上部件原材料采购过程需要进行源地驻厂验证监督。

蒸汽发生器材料主要是大型锻件和钢板轧制件，以岭澳二期为例，蒸汽发生器锻件材料如封头、管板、接管、安全端等，轧制件如筒体用钢板，管束，内件材料等。

材料的制造需要有良好的炼钢、锻造技术和重大的生产设备，世界上能够做好这些材料的厂家不多，如日本JSW、法国CREUSOT工厂、韩国的斗山、法国法内诺等；目前国内主要材料制造商如一重、二重、上重、宝钢等都在对百万组机核电站蒸发器主要材料进行国产化研制工作，部分材料将国产化。

1、锻件采购一般锻件制造流程：炼钢和浇注--熔炼分析--锻造--预备热处理--粗加工--尺寸检查--UT 检查-- 性能热处理--尺寸检查--取试--试料模拟消应热处理--机械性能试验和成品分析--精加工--目视和尺寸检查--最终无损检测（超声波检测、磁粉检测、渗透检测）。

各种材料的制造工艺应视不同的制造商而有可能所不同。

1.1、炼钢和浇注1.1.1原料选用成分明确的生铁、优质废钢及铁合金冶炼原料。

1.1.2冶炼用电炉粗炼。

用钢包精炼炉精炼。

在钢包精炼炉中用硅(锰\铝等)进行脱氧。

在钢包精炼炉中精炼和浇注加铝镇静。

在钢包精炼炉中进行脱气精炼。

1.1.3浇注钢水精炼后在真空状态下用上注法浇注钢锭。

下图是日本JSW公司对蒸发器下封头钢锭冶炼浇注流程示意图：1.1.4锭型不同的锻件有不同的锭型，在岭澳二期蒸发器用锻件的几个示意图：下封头锻件的钢锭类型锥型筒节锻件钢锭类型椭圆上封头钢锭类型下筒节钢锭类型管板钢锭类型钢锭重量和尺寸允许存在一定的偏差；钢锭有小锥度。

1.1.5 熔炼分析在钢包精炼炉浇注到中间包的过程中取熔炼成品样。

氢含量分析可在钢锭上部切除部分取样进行分析。

如氢含量超过0.8ppm，在后续的预备热处理就相应的增加消氢处理,使含氢量下降以满足要求。

每次取双样分析并取平均值。

元素化学分析值须满足采购规范的要求。

1.2 锻造锻件在水压机上进行热锻,锻件在锻造过程中要注意锻造比的控制,以及锻造温度的检查。

不同结构形式的锻件和不同的制造商的锻造工艺不完全一致；下面介绍的是在岭澳二期中一些蒸发器锻件上使用的锻造工艺。

1.2.1 管板的锻造第一步:初轧滚圆,并切除冒口和水口端; 为了确保管板锻件的内部质量，锻造过程中钢锭的水、冒口应有足够的切除量。

第二步: 镦粗(板压)第三步: 镦粗(锤镦)第四步:镦粗\成型1.2.2锥形筒节锻件的锻造下封头锻件的锻造的顺序见下表1.2.3: 下封头锻件的锻造下封头锻件的锻造的顺序见下表上封头锻件的锻造工艺与下封头锻件的锻造工艺是类似的。

其他的锻件如接管、下筒节的锻造工艺可参考压力容器教材。

1.3、预备热处理为了改善毛坯锻造后的不良组织,消除锻造内应力,并改善其切削加工性，对锻件锻后进行预备热处理，对不同的制造商热处理的温度时间工艺曲线可能是不一样的，但对于规范中（如RCCM、ASME）规定的温度控制要求必须遵守。

下图是日本JSW对岭澳二期蒸发器大型Mn-Ni-Mo低合金钢封头锻件预备热处理工艺曲线的例子上图中“*”去氢时间根据钢锭氢含量而定（氢含量一般应低于0.8ppm），该段时间保温时间应与氢含量而定。

预备热处理前的下封头预备热处理和其他热处理阶段一样，至少附两只热电偶记录温度，两个热电偶都要与工件接触，一支放在壁厚的最厚处，另一支应放在最薄处。

下图中是封头热处理时热电偶放置示意图。

1.4、粗加工在精加工尺寸基础上，对锻件厚度进行粗加工，为超声波探伤和性能热处理做准备。

1.5、超声波检测粗加工后进行超声波检测。

大型锻件厚度较大、质量要求高，超声波检测穿透力强、灵敏度高、效率快，因此超声波检测是核电大型锻件质量控制和保证的主要方法。

只有超声波没有超标缺陷的锻件，方可继续进行下道工序。

1.6、性能热处理对不同的制造商不同的锻件，性能热处理的温度时间工艺曲线可能是不一样的，但对于规范中（如RCCM、ASME）规定的温度控制要求必须遵守。

下图是制造商JSW对蒸发器大型Mn-Ni-Mo低合金钢封头锻件性能热处理工艺曲线的例子。

下封头正淬火（水淬）热处理后的下封头锥型筒节出炉待淬火在加温速度要求上，RCCM规范没有明确要求，如日本JSW规定最大的加温速度不宜超过150度/小时。

1.7 性能试验1.7.1试验项目验收检验项目包括常温拉伸、高温拉伸、冲击试验（20℃、0℃、-20℃）、落锤试验和冲击试验转变曲线试验。

这些试验项目及其取样位置在制造大纲文件中列出，应符合技术规范要求,并经过业主的审查或认可。

下封头性能试验取样1.7.2机械性能试验和指标机械性能试验必须在符合规范要求试验设备上进行，人员是能胜任工作需有资格的人员担任。

数据指标必须达到规范要求。

机械性能试验和取样是作为材料监督的一个重点。

1.7.3模拟消应热处理（标识SSRHT），下图是按RCCM 有些试验试料应完成以下模拟消应热处理后进行试验。

规范中规定的Mn-Ni-Mo某一锻件模拟消应热处理曲线要求。

对400度以上的加热速度按规范要求（如RCCM）应控制加热速度。

温度(℃)时间(小时)1.8 精加工对锻件进行加工以达到最终锻件采购尺寸的要求。

下封头完成精加工上封头完成精加工 1.9 最终无损检测筒节UT 检查 下封头PT 探伤 锻件最终应进行以下检测：－超声波检测；－磁粉检测；－渗透检测；－最终尺寸检查最终阶段的无损检测是相当重要的的检查，应认真执行，也是监造关注重点阶段。

注：锻件发现超标缺陷而导致需补焊的，这种情况下锻件应是拒收的。

1.10、进入最后发货阶段，包装运输按采购技术条件要求，制造商编制完工报告。

2、钢板的轧制蒸发器的上筒节、管嘴筒节等采用轧制的板材卷制而成，内件还有一些轧制板材；岭澳二期的筒节钢板是由法国INDUSTEEL 生产，规范要求是RCCM2126，下面就筒节钢板法国INDUSTEEL 工厂的轧制采购作一简明的描述。

2.1、钢锭钢的冶炼和浇注与锻造用钢的冶炼和浇注工艺过程基本是相同的，冶炼时进行熔炼分析,轧制钢板用钢锭如下图：2.2 钢板轧制轧制前对钢锭加热到高温(大于1250度),保温时间应根据钢锭的尺寸和重量，不同的工厂可能工艺有所区别。

轧制分两部完成，第一步轧出板宽，第二步得到厚。