本發明涉及核電領域,可應用于蒸汽發生器、穩壓器,具體涉及一種核級螺紋襯套成品疲勞強度。
技術背景
在發達國家,核電已有幾十年的發展歷史。如今,在能源緊缺,全球變暖的時代背景下,核電已成為一種成熟的能源,發展核電已成為一項重要的戰略選擇。中國的核工業也已有40多年發展歷史,繼續發展核電,是我國經濟持續發展和提高人民生活水平的必然要求。核電技術發展:自1951年12月美國實驗增殖堆1號(ebr-1)首次利用核能發電以來,世界核電至今已有60多年的發展歷史。截止到2005年年底,全世界核電運行機組共有440多臺,其發電量約占世界發電總量的16%。
我國是名副其實的核大國,目前共有在運、在建及擬建的核電機組52臺,在建機組規模世界第一,總裝機規模位居世界第四。
到2020年,我國如果實現規劃的58gw核電裝機目標,核電廠每年產生的乏燃料將超過1000噸。同時,環保部核與輻射安全中心總工程師柴國旱透露,目前大亞灣核電廠乏燃料水池已經飽和,田灣核電廠乏燃料水池接近飽和,已經建成的離堆乏燃料濕法儲存設施也已貯存飽和。多位核工業專家對《每日經濟新聞》記者表示,乏燃料后處理大廠建設已經迫在眉睫。但無論是自主技術還是中法合作,乏燃料后處理大廠投資強度均超過普通核電站,建設周期超過10年,投資額更是動輒數千億元。“乏燃料處理沒有技術就是負擔,有能力就是財富。”曾任中國核動力研究設計院高級工程師的李映發告訴記者,乏燃料后處理在處理費用和資源再利用上都能產生經濟效益,而針對核電“出海”,后處理能力也會在商務談判中發揮重要的作用,從而提升我國核電站國際競爭力。
火力發電站利用煤和石油發電,水力發電站利用水力發電,而核電站是利用原子核內部蘊藏的能量產生電能的新型發電站核電站大體可分為兩部分:一部分是利用核能生產蒸汽的核島、包括反應堆裝置和一回路系統;另一部分是利用蒸汽發電的常規島,包括汽輪發電機系統。
核電站用的燃料是鈾。鈾是一種很重的金屬。用鈾制成的核燃料在一種叫“反應堆”的設備內發生裂變而產生大量熱能,再用處于高壓力下的水把熱能帶出,在蒸汽發生器內產生蒸汽,蒸汽推動氣輪機帶著發電機一起旋轉,電就源源不斷地產生出來,并通過電網送到四面八方。這就是最普通的壓水反應堆核電站的工作原理。
在發達國家,核電已有幾十年的發展歷史,核電已成為一種成熟的能源。中國的核工業已也已有40多年發展歷史,建立了從地質勘察、采礦到元件加工、后處理等相當完整的核燃料循環體系,已建成多種類型的核反應堆并有多年的安全管理和運行經驗,擁有一支專業齊全、技術過硬的隊伍。核電站的建設和運行是一項復雜的技術。中國已經能夠設計、建造和運行自己的核電站。秦山核電站就是由中國自己研究設計建造的。日本的核電站數量是55座,核電比例為30%,計劃到2030年將核電比例提高到41%。印度有20座。俄羅斯有31座,歐盟有16國擁有核電站,核電站總數158個。法國59座,英國在30座以上,美國最多,達104座。
就發電比例而言,目前全世界400多座核電站,年發電量占全世界總發電量的17%,其中,法國核電裝機占總裝機的78%,日本核電裝機占總裝機的36%,美國核電裝機占總裝機的20%,韓國核電裝機占總裝機的42%,而在中國大陸僅占1。6%。中國已超越美國,成為世界第一碳排放大國。
根據原本的數值全世界本因建設1000座核電站全世界40%靠核能。2500座核電就能滿足目前全世界的用電。但是反核人士的運動下,只有區區16%的發電能力,如果中國建設一百多座也許能補上4%,中國有六百多座核電站的話,就在沒有什么能源困擾。前美國國家航空航天局科學家漢森(hansen)作為合著者參與了一項研究。該研究估計1971年到2009年間,核能的使用很可能避免了至少184萬人死于世界范圍內化石燃料燃燒帶來的惡劣影響。他們表示,“沒有缺點的能源系統是不存在的。我們希望在制訂能源系統政策時,能基于事實,而不帶有感情色彩和偏見,因為這些不適用于二十一世紀的核能技術。”核能的發展,對醫療、環保、軍事、航母、機器人動力、核動力衛星、航天核動力飛機、航空空間站電源至關重要。隨著航天、航空、深海機器人等領域用核電池的成熟,核電池和太陽能電池必將在汽車這一能源大戶中得到應用。光子傳送技術,如今各個強國,正在把這變成現實,人們幻想著,用激光在地球和月亮之間,搭建一座彩虹橋,開采月球的礦產和能源。國際能源署斷言,如果未來幾十年核電份額大幅下降,那么要達到控制溫室氣體濃度在450ppm的目標,將需要對新興的低碳技術進行戰略性的部署,而這些技術還需要驗證。目前的核電大國也意識到,沒有核電的參與,要達到減排目標是一件難度巨大、代價高昂的事情。基于共同的目標,我們近期的能源供應需要側重現有核能和能量穩定的地熱能。
建造核電站的設備主要分為三類:核島設備、常規島設備、輔助系統(bop)。核島設備是承擔熱核反應的主要部分,技術含量最高,對安全設計的要求也最高;常規島設備在技術上不區分第二代和第三代;輔助系統的工程規模比較小,這三種設備在核電站的造價中所占到的比例分別為5:3:2。
通常把核電站的組成設備稱為核電設備,各系統的設備約有48000多套件,其中機械設備約6000套件,電器設備5000多套件,儀器儀表25000余套件,總重約7萬噸。一座2*600mw的壓水堆核電站約有290個系統,分別歸屬核島(ni)、常規島(ci)和電站輔助設施(bop)。
目前我國在建機組有四種機型,國產化程度不一,技術掌握情況也不盡相同。兩種國產化程度較高的機型是cpr1000和高溫氣冷堆型。cpr1000是在cpr300(秦山一期)、cpr600(秦山二期)的基礎上發展起來的自主研發的機型,業內也稱之為“二代半”機型,是四種在建機型中國產化程度最高和建造單價最低的。
高溫氣冷堆型是由清華大學和中國核工業建設集團公司共同研制第四代機型,我國在該技術領域處于國際領先水平,不過第四代機型仍在實驗室階段,正式商用預計在2020年之后。
其余兩種機型都屬三代機型,廣東臺山的2臺機組采用法國阿海琺的epr技術,后來在“統一技術路線”的方針下,中央決定成立國家核電技術公司,由國核技引進西屋的ap1000技術,并以浙江三門和山東海陽的四臺機組作為第三代核電自主化的依托項目,逐步提高國產化率。
核電設備上游原材料主要是鋼材,目前國內的核電用鋼主要供應商有寶鋼、太鋼、鞍鋼等。從核電用鋼的發展歷史和目前發展趨勢來看,核電用鋼正沿著一條低強度→中強度→高強度→超高強度的路線發展。例如,美國早期曾采用屈服強度為270mpa的sa212-b低強度鋼,后來采用t屈服強度為350mpa的3028和sa533b-1中強度鋼,接著又在核潛艇耐壓殼體用鋼和高壓容器鋼的基礎上發展了屈服強度為600mpa的sa543-sa542高強度鋼,目前又在積極著手為開發900~1400mpa級的超高強度用鋼積累資料。
在成分選擇方面,核電用鋼主要分為碳鋼及合金鋼兩大領域,其中由于在核電站內部的特殊環境,鋼板在具有較好的強度、韌性匹配的同時,更為主要的是還要承受長期的中子輻射作用,而一般來講,鋼中的合金元素越多,其體現出的整體抗中子輻射作用就越弱,世界各國廣泛認同的是mn-ni-mo系低合金高強度鋼,它是在mn-mo的基礎上加m而發展起來的,比mn-mo型低合金鋼韌性好。為了獲得比較滿意的淬透性,并保證鋼板各項性能能夠達到規定的要求,世界各國對鋼的成分范圍均做了不同程度的調整,但其基本性能相差無幾。國際上較為典型的核電用鋼主要有美國的a508-3、a533(b,d)、德國的bhw35、法國的16mnd5和日本的sfvv3等。
受能源需求持續上漲和碳排放下降承諾的雙重壓力,繼續發展核電是我國能源戰略的必然選擇。要達到2020年非化石能源占一次能源15%的承諾,根據調查分析,預計2015年前新開工核電裝機容量在3000萬千瓦以上,投資規模超過3900億元。目前國家能源局《核電安全規劃》和國家發改委《核電中長期發展調整規劃》均已送往國務院待批,核電投資重啟在即。
隨著核電投資重啟,核電鑄鍛件、核電主設備、核級閥門和核電hvac設備等細分行業有望全面復蘇。其中,核電鑄鍛件未來四年年均需求有望達到86億元;未來四年核電主設備行業下游需求旺盛,行業年均銷售額預計可達390億元;核電閥門和核電hvac設備下游需求有望倍增。
核級螺紋襯套成品被國外所壟斷,在生產加工核電蒸汽發生器、穩壓器產品的核級螺紋襯套的內孔、螺紋的過程中,對其表面粗糙度及位置度要求十分嚴格。因該產品的結構形狀比較特殊,現用的管座類產品專用襯套加工內孔、螺紋的工藝過程,經常出現中徑超差、爛牙,形成的螺紋孔帶有毛刺、波紋等,造成螺紋粗糙度不好,螺紋孔的位置度不好等問題,嚴重影響著產品的質量。
技術實現要素:
本發明提供一種核級螺紋襯套成品疲勞強度,疲勞強度達到了國外產品的同類水平,代替進口,疲勞試驗20萬次以上,在世界核電行業中有中國自己的系列螺紋襯套產品,打破國外對該產品的封鎖。
采用的技術方案:
一種核級螺紋襯套成品疲勞強度,包括下述技術要點:
1、嚴格控制螺紋襯套尺寸、精度、截面尺寸、表面光潔度參數;
2、按國家要求標準嚴控螺栓的公差;
3、用與核電相同材質的螺桿、底孔進行疲勞測試。
本技術的關鍵點為:
1、疲勞強度試驗120萬次以上;
2、疲勞檢測方法。
本發明的優勢和特點在于:
此方法所得產品為替代產品,形成國內的自主技術標準;疲勞強度達到了國外產品的同類水平,代替進口,疲勞試驗20萬次以上;在世界核電行業中有中國自己的系列螺紋襯套產品,打破國外對該產品的封鎖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚,下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。
本發明未述及的零部件,均系現有技術或標準產品,不再贅述。
一種核級螺紋襯套成品疲勞強度,包括下述技術要點:
1、嚴格控制螺紋襯套尺寸、精度、截面尺寸、表面光潔度參數;
2、按國家要求標準嚴控螺栓的公差;
3、用與核電相同材質的螺桿、底孔進行疲勞測試。
以上對本發明及其實施方式進行了描述,這種描述沒有限制性,也只是本發明的實施方式之一,實際的方法并不局限于此。總而言之,如果本領域的普通技術人員受其啟示,在不脫離本發明的創造宗旨的情況下,不經創造者的允許設計出與該技術方案相似的結構方案與實施例,均應屬于本發明的保護范圍。