一种重水堆主管道支管接头套管修补结构的制作方法

本实用新型属于核电设计与运行技术领域，具体涉及一种重水堆主管道支管接头套管修补结构。

背景技术：

重水堆的主管道为重水堆一回路高温高压冷却剂的压力边界，是主要的核安全屏障，其完整性直接影响重水堆核安全。主管道支管接头如果发生双端断裂将导致重水堆一回路失去冷却剂，将引入堆芯熔化风险，严重影响机组安全稳定运行。主管道支管接头位置见附图1。

2007年12月和2016年10月，秦山第三核电厂1号机组就因为主管道支管接头开裂造成一回路重水泄漏并分别导致2次非计划停堆小修，仅损失的发电量相对应的经济损失即已超过8000万元人民币。

重水堆主管道支管接头原始设计的连接结构见附图2所示。图中各部件分别为1——主管道、2——管座、3——适配器、4——仪表管。

针对重水堆主管道支管接头泄漏问题，中核核电运行管理有限公司成立十大技术问题专项组，主要完成了如下分析、评估和开发工作。

完成了2007年12月和2016年10月2次发生开裂泄漏的主管道支管接头缺陷部件的失效原因分析，明确管接头开裂原因为碳钢管座和不锈钢适配器之间的异种金属焊接接头靠不锈钢异一侧的应力腐蚀开裂，裂纹在管道内壁多处起源，多条裂纹平行开裂贯穿。

基于失效分析结论，并结合应力腐蚀开裂的特点，明确不能通过直接对原发生开裂泄漏的焊接接头进行焊接修补的方式完成缺陷处理，而必须对适配器进行更换或通过在支管接头外表面进行堆焊、增加焊接套管的形式进行修补。

根据应力腐蚀开裂失效机理，明确导致支管接头发生开裂的主要影响因素为焊接接头处的应力、母材和焊材、焊接质量等。

从缓解导致主管道支管接头应力腐蚀开裂的主要因素出发，经过焊接工艺试验、焊接接头常规力学性能测试、模拟一回路水条件下的应力腐蚀敏感性试验等，结合现场检修工艺条件，开发了一种重水堆主管道支管接头套管修补技术，能够在不割开一回路支管接头的情况下实现支管接头返修，优选了应力腐蚀敏感性相对较低的套管和焊接材料，套管具备足够的结构强度承受一回路冷却剂的压力，并且，即使在原始支管接头发生开裂泄漏贯穿后，套管具备较强的耐应力腐蚀开裂能力，从而保障重水堆一回路在寿期内完整可靠。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种重水堆主管道支管接头堆焊修补技术，可实现在重水堆一回路不开口检修的情况下主管道支管接头的堆焊修补，防止可能出现的异种金属焊接接头处的应力腐蚀裂纹进一步扩展，并使堆焊层具备足够的结构强度承受一回路冷却剂的压力，保障重水堆一回路在寿期内完整可靠。

本实用新型是这样实现的：

一种重水堆主管道支管接头套管修补结构，包括主管道、管座、适配器和仪表管，还包括套管；管座的上端连接在主管道连接支管的开口处的下端，管座和主管道之间通过氩弧焊焊接；适配器的上端连接在管座的下端，适配器和管座之间通过氩弧焊焊接；仪表管的上端连接在适配器的下端，仪表管和适配器之间通过全位置自动焊接；套管套装在管座和适配器连接部的外侧，套管的上端通过全熔头焊缝与管座连接，下端通过角焊缝与适配器连接。

如上所述的主管道管径为20英寸；管座的管径为20英寸转3/4英寸；适配器的管径为3/4英寸转3/8英寸；仪表管的管径为3/8英寸；套管的管径为1英寸，壁厚为4.5mm；套管和管座之间的焊接段开45度坡口；在套管和管座之间的焊接段中，套管端内表面加工半径2mm的圆角，角焊缝厚度大于4.5mm，角焊缝呈凹形焊缝。

如上所述的主管道，采用低碳钢材料制成；管座采用低碳钢材料制成；适配器采用不锈钢材料制成；仪表管采用不锈钢材料制成；套管采用耐应力腐蚀能力强的690TT合金管制成。

本实用新型的有益效果是：

重水堆主管道支管接头原始连接结构材料存在一定的应力腐蚀敏感性，已给秦山第三核电厂带来巨大经济损失。

采用本专利技术开发了一种重水堆主管道支管接头套管修补技术，能够在重水堆一回路不开口检修的情况下实现主管道支管接头修补，优选了应力腐蚀敏感性相对较低的套管和焊接材料，套管具备足够的结构强度承受一回路冷却剂的压力，并且，即使在原始支管接头发生开裂泄漏贯穿后，套管具备较强的耐应力腐蚀开裂能力，从而保障重水堆一回路在寿期内完整可靠。

附图说明

图1是主管道上的支管接头位置示意图；

图2是现有的主管道支管接头连接结构示意图；

图3是本实用新型的主管道接头形式及其连接结构示意图。

其中：1.主管道，2.管座，3.适配器，4.仪表管，5.套管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步描述。

如图3所示，一种重水堆主管道支管接头套管修补结构，包括主管道1、管座2、适配器3、仪表管4和套管5。管座2的上端连接在主管道1连接支管的开口处的下端，管座2和主管道1之间通过氩弧焊焊接。适配器3的上端连接在管座2的下端，适配器3和管座2之间通过氩弧焊焊接。仪表管4的上端连接在适配器3的下端，仪表管4和适配器3之间通过全位置自动焊接。套管5套装在管座2和适配器3连接部的外侧，套管5的上端通过全熔头焊缝与管座2连接，下端通过角焊缝与适配器3连接。

在本实施例中，主管道1管径为20英寸，采用低碳钢材料制成。管座2的管径为20英寸转3/4英寸，采用低碳钢材料制成。适配器3的管径为3/4英寸转3/8英寸，采用不锈钢材料制成。仪表管4的管径为3/8英寸，采用不锈钢材料制成。套管5的管径为1英寸，壁厚为4.5mm，采用耐应力腐蚀能力强的690TT合金管制成。套管5和管座2之间的焊接段开45度坡口，不留钝边。在套管5和管座2之间的焊接段中，套管端内表面加工半径2mm的圆角，可以缓解焊接的残余应力，角焊缝厚度大于4.5mm，角焊缝呈凹形焊缝，保证焊接强度。

套管5连接的主要工艺步骤如下：

1.首先，打开仪表管4上的机械卡套连接接头，将加工好的套管5套在适配器上3，随即恢复仪表管4上的卡套连接。

2.在对焊接套管5与碳钢管座2的焊接需对碳钢管座2进行焊前预热，预热温度控制在为180～220℃，保温30min。

3.实施套管5与碳钢管座2的焊接。

3.1对套管5与碳钢管座2的焊缝外表面进行打磨抛光，要求去除余高、表面平滑、无肉眼可见凹坑。

3.2对套管5与碳钢管座2的焊缝外表面实施液体渗透检查，外表面不允许任何线性显示和直径大于0.5mm的圆形显示，否则需进行局部修补。

3.3对套管5与碳钢管座2的焊缝实施射线检查，不允许任何未熔合缺陷、裂纹类显示和直径大于1mm的圆形显示。

3.4对套管5与碳钢管座2的焊缝实施超声相控阵检查，超声相控阵检查为辅助的跟踪检查，不作为焊缝的评判依据，但对超过0.4mm的显示进行记录。

4.实施套管5与适配器3的焊接。

4.1对套管5与适配器3的焊缝外表面进行打磨抛光，要求去除余高、表面平滑、无肉眼可见凹坑。

4.2对套管5与适配器3的焊缝外表面实施液体渗透检查，外表面不允许任何线性显示和直径大于0.5mm的圆形显示，否则需进行局部修补。

5.对无损检查发现的超标缺陷，需返修消除。

上面结合实施例对本实用新型的实施方法作了详细说明，但是本实用新型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，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。本实用新型说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。