[发明专利]高温气冷堆蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置及方法

说明书

蒸汽发生器是高温气冷堆核电系统中的关键设备之一。蒸汽发生器传热管是一回路压力边界的重要组成部分，是防止放射性裂变产物外泄的重要屏障。传热管长期在高温、高压及高辐射作用下，容易引发严重破损事故，因此对故障前期的传热管进行封堵作业至关重要。本发明针对高温气冷堆蒸汽发生器给水端的特殊结构，给出了基于多轴机器人和激光焊接工艺的高温气冷堆蒸汽发生器给水端激光焊接堵管装置及方法。利用该装置，可提高给水端堵管作业精度和自动化程度，减少人工操作时间。本发明为高温气冷堆核电站蒸汽发生器给水端的的激光焊接堵管提供创新性解决方案。

技术领域

本发明属于核电技术和装备领域，具体涉及一种用于高温气冷堆核电站蒸汽发生器给水端的激光焊接堵管装置及方法。

背景技术

高温气冷堆(HTR-PM)核电站经济性好、效率高，被核能界认为是最有希望满足第四代先进核能装备系统要求的堆型之一。蒸汽发生器(SG)是高温气冷堆(HTR-PM)核电系统中最关键的设备之一。蒸汽发生器是将反应堆的热能传递给二回路介质以产生蒸汽的热交换设备，是一、二回路的枢纽。一回路工质为带有放射性的冷却剂，二回路工质为非放射性蒸汽,，这些特点对蒸汽发生器结构、强度、耐蚀性等与安全可靠性有关的内容提出了非常苛刻的要求。高温气冷堆的蒸汽发生器在功能结构上有给水端和主蒸汽出口端等，其中，主蒸汽出口端向汽轮机组提供蒸汽动力，而给水端用于给蒸汽发生器提供循环介质。主蒸汽出口端和给水端均含有固定传热管的管板结构，然而其整体几何形状、空间尺寸、安装位置、配套建筑设施等各不相同。

传热管是防止放射性裂变产物外泄的重要屏障，也是蒸汽发生器中最薄弱的环节。无论是主蒸汽出口端还是给水端，管板结构中的传热管长期在高温、高压及高辐射作用下，会产生机械或化学损伤，导致传热管破损从而发生放射性冷却剂外泄事故，造成严重的社会、环境问题和巨大的经济损失。对破损或故障早期的传热管进行封堵作业是防止放射性冷却介质泄漏的主要手段。现阶段，对蒸汽发生器堵管主要有爆炸堵管、机械堵管、焊接堵管等方法。其中，爆炸堵管由于高残余应力容易导致应力腐蚀，基本已不再使用；机械堵管是较为常用方法，大量文献报道了机械堵头设计和堵管装置设计(张利军,朱鹏超,薛祥义,等.一种核电站蒸汽发生器传热管用辊胀式机械堵头:CN203687745U[P]；龚卫民,丁明.一种用于蒸汽发生器传热管机械堵管的转动力矩测量校验装置:CN108267251A[P]；未永飞,闫国华,冯利法,等.基于ANSYS的蒸汽发生器机械堵管接触分析[J].机械设计与制造,2012,000(004):106-108；)；针对机械堵管，美国Westinghouse公司、法国AREVA集团的Framatome-ANP公司、美国zetec公司等相继开发了堵管检修、作业机械装置，提高了机械堵管作业的自动化和智能化。然而，机械堵管存在的关键问题是管体在堵头的作用下膨胀产生高应力和塑性变形。与在役的压水堆SG系统相比，HTR-PM中SG加热管的服役温度更高，一次侧的温度由343℃提高到了750℃。应用于常规压水堆的机械堵管方法可能会因高温下的应力松弛而导致堵管失效。焊接堵管是另一种可行的堵管方法，其原理是利用焊接手段将堵头材料与传热管端部材料局部熔合，解决机械堵管容易出现的密封失效问题。现有技术主要利用氩弧焊等传统焊接方法实现堵管作业，相关工作包括设计焊接堵头及研究堵头的可靠性问题(章贵和，邓小云，徐晓.蒸汽发生器焊接堵管堵头的设计与评价[J].原子能科学技术,50(7):1270-1274)、解决焊接堵管效率问题(鲁艳红,张茂龙,孙志远.提高蒸汽发生器堵管效率的焊接工艺:CN201710743687.1)、考察焊接服役可靠性问题(薛纫蓉,田柏园.秦山核电厂蒸汽发生器焊接堵管的腐蚀试验[J].核动力工程,1993,014(004):340-343.)等。现有的焊接堵管方法多处于探索也研究阶段，极少有针对高温气冷堆蒸汽发生器或其它类型蒸汽发生器工作现场的自动化焊接堵管的案例报道。