一种耐冲刷腐蚀的耐磨填料衬里节流孔板组件的制作方法

本发明属于核电站设计与运行技术领域，具体涉及一种耐冲刷腐蚀的耐磨填料衬里节流孔板组件。

背景技术：

冲刷腐蚀是核电厂二回路高温高压管道的主要失效机理之一，世界范围内核电厂二回路腐蚀降级造成的管道破口事件已有300余起，严重影响了核电厂安全、稳定、经济运行，甚至造成了多人死亡、重伤的惨剧；

冲刷腐蚀的主要影响因素为材料、介质相态、流体力学等，在材料、介质相态等特征确定的情况下，核电厂二回路管道的冲刷腐蚀主要与管道部件内表面的局部流体力学特性有关，局部流速越快，越易发生冲刷腐蚀。

由于上下游压差大，节流孔板下游管段内壁的局部区域流速较高，是核电厂二回路管道冲刷腐蚀减薄的敏感位置(如图1所示)，目前，国内核电厂已有10余起由于节流孔板下游管段严重的冲刷腐蚀减薄导致的管道破口事件，造成核电机组非计划停机降功率，严重影响了核电厂的安全、稳定、经济运行。

目前，针对节流孔板及其下游管段冲刷腐蚀问题主要是按照原始设计进行更换，存在的主要问题如下：

1、按照原设计更换孔板及下游管道后，后续运行中仍会发生冲刷腐蚀问题，需要定期跟踪监督，并存在管线漏检和泄漏风险，增加了管理成本和运行风险。

2、按照原设计更换孔板及下游管道后，增加了一道管道对接焊缝或两道承插焊接口，焊接接头数量的增加使管线可靠性有所下降，也相应增加了管理成本和运行风险。

3、未明确孔板下游冲刷腐蚀的影响范围，盲目更换节流孔板的下游管段可能未完全覆盖冲刷腐蚀的影响区域。

针对核电厂二回路管道节流孔板及其下游管线的冲刷腐蚀问题，需要通过流体力学分析和实际工况验证，明确冲刷腐蚀的影响范围，设计开发结构简单、加工安装便捷、运行可靠的耐冲刷腐蚀的节流孔板组件。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种耐冲刷腐蚀的节流孔板组件，通过对孔板组件的结构和材料的优化设计实现避免节流孔板及其下游管线冲刷腐蚀减薄的问题，并使孔板组件便于加工和安装，保障核电厂承压管线安全可靠运行。

本发明是这样实现的：

一种耐冲刷腐蚀的耐磨填料衬里节流孔板组件，包括孔板上游部件、硬质填料内衬和孔板下游部件；孔板上游部件的左端与上游管道固定连接，右端与孔板下游部件的左端固定连接；硬质填料内衬固定在孔板下游部件的内部，位于孔板上游部件的右侧；孔板下游部件的右端与下游管道固定连接。

如上所述的孔板上游部件整体为圆柱体形，左端面沿轴向自左向右依次开设有三个圆孔，三个圆孔的内径依次减小；孔板上游部件左部圆孔的内径与上游管道的外径相匹配，中部圆孔的内径小于上游管道的内径；孔板上游部件用于接收上游管道流出的液体并对液体进行增压。

如上所述的硬质填料内衬整体为中空的圆柱体形，与孔板上游部件同轴设置，左端与孔板上游部件紧密接触；硬质填料内衬的内径与上游管道和下游管道的内径相等；硬质填料内衬用于承受通过液体的冲刷腐蚀，减少液体对下游管道的结构损伤。

如上所述的孔板下游部件整体为圆柱体形，分别与孔板上游部件和硬质填料内衬同轴设置；孔板下游部件左端面沿轴向自左向右依次开设有两个圆孔，两个圆孔的内径依次减小；孔板下游部件左部圆孔的内径与孔板上游部件的外径相匹配，右部圆孔的内径与硬质填料内衬的外径相匹配；右部圆孔的右部设置有圆环形凸台，凸台的左端与硬质填料内衬紧密接触，凸台的右端与下游管道紧密接触；孔板下游部件用于固定孔板上游部件、硬质填料内衬和下游管道。

如上所述的孔板上游部件的左端和上游管道的外表面通过承插焊连接，形成上游承插焊口；孔板上游部件的外表面和孔板下游部件的左端通过承插焊连接，形成孔板组件承插焊口；孔板下游部件的右端和下游管道的外表面通过承插焊连接，形成下游承插焊口；硬质填料内衬涂覆在孔板下游部件上。

如上所述的上游承插焊口至上游管道右端的轴向距离为上游管道内径的0.5倍；上游承插焊口至孔板组件承插焊口的轴向距离为上游管道内径的2倍；孔板组件承插焊口至孔板上游部件右端的轴向距离为上游管道内径的0.5倍；硬质填料内衬的轴向长度为上游管道内径的2.5倍；孔板下游部件圆环形凸台的轴向长度为3mm；孔板下游部件圆环形凸台的右端至下游承插焊口的轴向距离为上游管道内径的0.5倍。

如上所述的孔板上游部件和孔板下游部件均采用304l不锈钢材料制成；硬质填料内衬采用高固态环氧涂层填料制成。

如上所述的孔板上游部件和孔板下游部件的外表面粗糙度为1.6μm，其他表面粗糙度3.2μm。

如上所述的硬质填料内衬的厚度大于等于2mm。

如上所述的上游承插焊口、孔板组件承插焊口和下游承插焊口的厚度均大于1.2倍的上游管道的壁厚。

本发明的有益效果是：

本发明适用于dn50及以下规格管道上孔径比在2.25至6之间的单孔节流孔板管段的耐冲刷腐蚀应用。利用国家能源核电站寿命评价与管理技术研发中心核电站二回路材料评估实验平台开展了模拟核电厂二回路实际工况下得验证试验，经试验验证，本发明的流体力学数值模拟结论可靠、孔板设计和硬质填料选用得当。

本发明开发的孔板组件经秦山第三核电厂高压缸疏水管线等6年3个大修周期的应用，通过对孔板组件及其上下游管段内表面宏微观形貌检查验证，本专利技术开发的孔板组件分析准确、设计合理、安全可靠，能够有效缓解冲刷腐蚀减薄。

附图说明

图1是易发生冲刷腐蚀的原始孔板管段结构；

图2是本发明的一种耐冲刷腐蚀的耐磨填料衬里节流孔板组件的结构示意图；

图3是本发明的一种耐冲刷腐蚀的耐磨填料衬里节流孔板组件的关键尺寸示意图。

其中：1.孔板上游部件，2.硬质填料内衬，3.孔板下游部件，4.上游管道，5.下游管道，6.上游承插焊口，7.孔板组件承插焊口，8.下游承插焊口，9.原节流孔板，10.冲刷腐蚀敏感区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

如图2所示，一种耐冲刷腐蚀的耐磨填料衬里节流孔板组件，包括孔板上游部件1、硬质填料内衬2和孔板下游部件3。孔板上游部件1的左端与上游管道4固定连接，右端与孔板下游部件3的左端固定连接。硬质填料内衬2固定在孔板下游部件3的内部，位于孔板上游部件1的右侧。孔板下游部件3的右端与下游管道5固定连接。

孔板上游部件1整体为圆柱体形，左端面沿轴向自左向右依次开设有三个圆孔，三个圆孔的内径依次减小。孔板上游部件1左部圆孔的内径与上游管道4的外径相匹配，中部圆孔的内径小于上游管道4的内径。孔板上游部件1用于接收上游管道4流出的液体并对液体进行增压。

硬质填料内衬2整体为中空的圆柱体形，与孔板上游部件1同轴设置，左端与孔板上游部件1紧密接触。硬质填料内衬2的内径与上游管道4和下游管道5的内径相等。硬质填料内衬2用于承受通过液体的冲刷腐蚀，减少液体对下游管道5的结构损伤。

孔板下游部件3整体为圆柱体形，分别与孔板上游部件1和硬质填料内衬2同轴设置。孔板下游部件3左端面沿轴向自左向右依次开设有两个圆孔，两个圆孔的内径依次减小。孔板下游部件3左部圆孔的内径与孔板上游部件1的外径相匹配，右部圆孔的内径与硬质填料内衬2的外径相匹配。右部圆孔的右部设置有圆环形凸台，凸台的左端与硬质填料内衬2紧密接触，凸台的右端与下游管道5紧密接触。孔板下游部件3用于固定孔板上游部件1、硬质填料内衬2和下游管道5。

在本实施例中，孔板上游部件1的左端和上游管道4的外表面通过承插焊连接，形成上游承插焊口6；孔板上游部件1的外表面和孔板下游部件3的左端通过承插焊连接，形成孔板组件承插焊口7；孔板下游部件3的右端和下游管道5的外表面通过承插焊连接，形成下游承插焊口8；硬质填料内衬2涂覆在孔板下游部件3上。

如图3所示，上游承插焊口6至上游管道4右端的轴向距离为上游管道4内径的0.5倍；上游承插焊口6至孔板组件承插焊口7的轴向距离为上游管道4内径的2倍；孔板组件承插焊口7至孔板上游部件1右端的轴向距离为上游管道4内径的0.5倍；硬质填料内衬2的轴向长度为上游管道4内径的2.5倍；孔板下游部件3圆环形凸台的轴向长度为3mm；孔板下游部件3圆环形凸台的右端至下游承插焊口8的轴向距离为上游管道4内径的0.5倍。

孔板上游部件1和孔板下游部件3均采用304l不锈钢材料制成；硬质填料内衬2采用高固态环氧涂层填料制成。

孔板上游部件1和孔板下游部件3的外表面粗糙度为1.6μm，其他表面粗糙度3.2μm。

硬质填料内衬2的厚度大于等于2mm。上游承插焊口6、孔板组件承插焊口7和下游承插焊口8的厚度均大于1.2倍的上游管道4的壁厚。

本发明分析了dn50及以下规格节流孔板及其下游管道在不同入口流速、不同孔径内部条件下介质的流体力学特征，找到了节流孔板下游冲刷腐蚀的影响规律，通过保守预估和取整，确定孔径比在2.25至6之间的节流孔板下游冲刷腐蚀的敏感范围为孔板下游沿轴线方向2.5倍管径范围。本发明对孔板的结构和材料进行了优化设计，在孔板下游的沿轴线方向2.5倍管径范围的管内壁增加了硬质填料衬里，孔板组件的基体材料选用304l不锈钢，硬质填料衬里选用高固态环氧涂层填料，使硬质填料衬里的轴向长度覆盖冲刷腐蚀的敏感范围，并使孔板结构简单，便于加工和现场安装。

上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。