反应堆压力容器论文（共8篇）
反应堆压力容器论文 篇1
0前言
核电站反应堆压力容器(简称RPV)是承受高温、高压、长期辐照的厚壁高压容器,反应堆压力容器有3个基本作用:(1)作为包容反应堆堆芯的容器,起固定和支撑堆内构件的作用,保证燃料组件按一定间距在堆芯内的支撑与定位;(2)作为反应堆冷却剂系统的一部分,是承受一回路冷却剂与外部压差的压力边界;(3)防止中子的泄漏外逸,起到生物保护作用。
反应堆压力容器是由顶盖组件、筒体组件、容器密封环、螺栓螺母连接而成的圆柱形容器。容器上装设进口接管和出口接管,冷却剂通过进口接管进入压力容器,向下流过堆芯吊篮和容器内壁之间的环形空间,在底部转向,向上流经堆芯后抵达出口接管,将核反应产生的热能送到反应堆容器外部。反应堆压力容器是核电站中非常重要并且不可更换的设备。
某核电厂反应堆压力容器主要锻件共9大类,分别为上封头、顶盖法兰、容器法兰、接管段筒体、堆芯筒体、下封头过渡段、下封头、进出口接管;主线锻件为容器法兰、接管段筒体、堆芯筒体、进口接管、出口接管。自2009年4月开工制造以来,产品不合格已报废7件(分别为容器法兰2件、进口接管2件、下封头1件、堆芯筒体2件)。通过对报废锻件质量分析,发现报废的主要原因有2个,制造厂炼钢质量不稳定及缺乏必要的内控手段。
1报废锻件质量问题的描述
1.1容器法兰(1)
在对容器法兰(1)的粗加工后超声波探伤中,发现一处线性超标缺陷(缺陷性质为夹杂物,直径2 mm条状,最大当量直径3.4 mm,深度330~350 mm,长度630 mm),导致容器法兰报废,缺陷在工件中位置见图1~图3。图1产品粗加工后示意图中,细实线包围部分为产品精加工后理论状态。图3所示实际粗加工至要求尺寸后即使采取借心加工,也已无法去除缺陷。
1.2容器法兰(2)
在对压力容器-容器法兰(2)的粗加工后超声波探伤中,共发现12处超标夹杂物缺陷,缺陷均布整个锻件,导致该容器法兰报废。
1.3进口接管A和B
对接管取样进行机械性能试验后,发现几组冲击值不合格。进口接管A调质态轴向-20℃冲击值一组为31 J,46 J,40 J;另一组为50 J,26 J,26J;模拟态轴向-20℃冲击值一组为22J,30 J,33J;另一组为28 J,36J,26 J;进口接管B模拟态轴向-20℃冲击值一组为48 J,56J,40J,上述试验结果不满足规范RCC M2000+2002补遗要求:-20℃冲击值,最小平均56 J(轴向)、最小单个冲击值40 J(轴向)。后续对2件接管进行产品化学分析,结果均不合格,导致2件进口接管报废。
1.4下封头
对下封头锻件钢锭浇铸前进行熔炼化学分析,元素钨(V)含量0.011%,硼(B)含量<0.0005%,不满足规范RCC M2000+2002补遗要求:V≤0.01%、B≤0.0003%,化学分析结果表明钢锭熔炼分析不合格,后经讨论分析,判定钢锭报废。
2报废锻件原因分析
针对锻件超声波探伤检验或机械性能试验及化学分析试验不合格问题,进行原因分析、论证,认为主要有2个原因。
2.1制造厂炼钢质量不稳定
由于制造厂炼钢质量不稳定致报废的锻件有容器法兰(2)、进口接管、出口接管、下封头过渡段及下封头。
(1)容器法兰(1)、容器法兰(2)直接报废的原因,均为超声波探伤发现超标夹杂物。夹杂物是考核一个企业炼钢水平最重要的参数之一,钢锭中的夹杂物主要来源是耐火材料的冲蚀物和钢水的二次氧化物,偶尔也有卷入钢锭的炉渣或保护渣。
(2)制造厂为项目共浇铸5个钢锭,产出共计10件进、出口接管,浇铸前熔炼分析表明化学成分均合格。但在其中一对同炉进口接管机械性能试验发现冲击值不合格后,进一步对进口接管取成品样进行化学分析,却发现锻件镍(Ni)含量0.84%~0.85%,而规范要求为0.5%~0.8%,结果不合格。Ni是16MND5钢主要元素,加入Ni是为了提高容器大型化以后的淬透性,改善低温韧性,且只有Ni能改善16MND5钢低温韧性。大量试验数据证明,低铜(Cu)时,Ni增加对辐照脆化影响不大;当Ni超过0.6%,Cu为0.05%时,在热峰作用下使晶格畸变增加,辐照效应较大,脆化异常明显。所以为保证锻件低温韧性性能,Ni含量应控制在下限。如果Cu含量<0.035%,Ni则应控制为上限。16MND5钢冶炼过程Cu控制得很严,所以Ni应为0.65%~0.8%,进口接管成品Cu含量为0.04%。
(3)下封头钢锭浇铸前熔炼分析,其中V含量为0.011%,规范要求V≤0.01%,熔炼结果不合格;后对钢锭冒口端、水口端取样进行化学分析,发现V含量均为0.015%,化学分析均不合格。V可细化晶粒,减小辐照脆性,主要是因细晶粒钢抗辐照能力强于粗晶粒钢,但V不能加得太多,太多的V又容易产生焊接开裂,增加钢的“再热裂纹”的敏感性,在实际生产时V应控制在0.001%~0.005%。
2.2制造厂在炼钢质量不稳定的前提下缺乏必要的内控手段
由于制造厂缺乏必要的内控手段导致报废的锻件有容器法兰(1)和堆芯筒体。以容器法兰(1)为例,通常制造厂的制造工艺路线为:炉料准备→冶炼(粗炼+精炼)→熔炼分析→铸锭→锻造→锻后热处理(正火+回火)→为探伤准备的粗加工(见光粗加工)→超声波摸底检测→正式粗加工→超声波检测→性能热处理(正火+调质)→取样和标识→试样的模拟热处理→化学成分检验→力学性能检验→金相检验→精加工→超声波检验→渗透检验→磁粉检验→标识→清洁→包装→运输→交货。
承制该核电站产品的制造厂在制造工艺路线中,去掉了“为探伤准备的粗加工(见光粗加工)→超声波摸底检测”这2个工序,直接粗加工至图纸要求尺寸,而在粗加工后超声波探伤再发现缺陷时,已无法采取补救手段“借加工”去掉缺陷。经仔细核图、详细尺寸计算分析,锻件投产后毛坯可借加工裕量为端面向下至少可借100 mm,内孔至少可借70 mm;如果从容器法兰端面高度向下借加工30 mm或内孔借加工55 mm,均完全可以去掉缺陷,可以挽救锻件。实际最终由于制造厂忽略了超声波摸底探伤的重要性,导致容器法兰报废,直接经济损失几百万元。
3锻件报废后的处理方案
(1)容器法兰(1),容器法兰(2)在超声波探伤检出超标缺陷后,经制造厂内部复核探伤结果,确认缺陷超标,判定两件容器法兰报废,重新投料。2件进口接管在机械性能试验发现冲击不合格后,后进一步对进口接管取样进行化学分析,再发现Ni含量超标,经制造厂内部讨论、分析,判定2件进口接管报废,重新投料。
(2)下封头钢锭浇铸前熔炼分析不合格后,制造厂最初认为熔炼分析过程可能存在误差,开启了内部不符合项流程,批复锻件正常转后序工作,在后序成品化学分析时再最终分析判定结果。对于制造厂的这一处理方式,核电站项目管理人员认为,钢锭熔炼分析结果已不合格,成品化学分析合格的概率较低,如果现状转下序,将来成品时报废,既给项目制造周期造成严重滞后,也不利于制造厂成本控制,要求制造厂对钢锭冒口端、水口端分别取样进行化学分析,如果不合格,则建议报废立即重新投料,事后经取样化学分析,V含量严重超标,说明项目管理人员的判定是及时的、有效的、正确的,最后制造厂立即启动了钢锭的报废流程,重新投料。
(3)堆芯筒体、下封头过渡段经超声波探伤判定不合格,分别报废重新投料。
4报废锻件对设备制造的影响
(1)容器法兰属于整台压力容器制造中的关键路径部件,其报废、重新投料,将直接导致部件交货期滞后3个月以上,进而直接冲击压力容器供货周期;同时容器法兰的报废,也直接导致制造厂制造成本的增加,对项目管理极为不利;尽管在不同的场合,核电厂项目管理人员多次强调制造厂应加强内控超声波探伤,但未引起制造厂足够的重视。事后分析表明,如果制造厂当时实施摸底超声波探伤工序,完全能够发现缺陷,采取借心粗加工措施后,可以有效去除超标缺陷,得到一个质量合格的容器法兰锻件,而实际由于制造厂没有采取内控措施,直接将产品粗加工符图,已失去借心加工方案的可能性,导致产品报废。有无内控措施,直接导致了两种不同的结果。
(2)针对下封头钢锭,由于项目管理人员及时提出了积极建议,在得到制造厂的响应后,直接判定该下封头钢锭报废。如果下封头钢锭前期不报废,到下封头成品化学分析不合格时再报废,将直接导致下封头滞后5个月以上工期,进而滞后压力容器整台设备制造供货进度,影响较大。
(3)建议。针对已出现的不符合项,制造厂应进行充分的原因分析、举一反三,并提出纠正措施。炼钢前炉料应严格筛选,特别是选低Cu生铁和废钢,有害残余元素也应严格控制;磷、硫(P,S)在炼钢时尽量控制,使其含量最低,以保证产品的冲击韧性、抗辐照性能以及可焊性。
炼钢时各元素应设置内控指标,以确保锻件化学成分结果合格。钢锭发现熔炼分析接近或超过标准时,及时在钢锭水口端、昌口端取样,进行化学分析,以验证钢锭的化学成分是否合格,若不合格,则应及时报废,避免不必要的资源浪费。
制造单位要对设备制造工艺进一步完善,加强制造过程中必要的内控手段。驻厂监制人员要进一步加强对锻件制造和工艺纪律执行情况的监督,做到“脑勤、腿勤、眼勤、手勤、嘴勤、耳勤”,第一时间发现问题、第一时间反馈问题、及时跟踪问题,以保证锻件的制造质量和进度。以上建议已在该核电厂项目管理中得到充分落实,经过半年多实践检验、验证,上述建议对工程建设是积极有益的。
5结束语
在国内,16MND5钢大锻件的冶炼及锻造一直是各制造厂生产的难点,也是制约核电压力容器设备制造的一个主要瓶颈,主锻件的质量直接影响压力容器能否保质、按期交货,进而影响核电站能否按期投入运营。需要各方在主锻件制造过程中,通过细化工艺、经验反馈、必要的内控措施、技术投入、质量监督和质量保证等各个方面进行充分准备,并落实到主锻件制造的各个环节,保证交付质量合格、进度保障的主锻件,进而保障压力容器设备保质、按期交付,实现项目效益最大化。
摘要：核电厂1#,2#机组压力容器关键锻件制造过程中,遇到容器法兰粗加工后超声波探伤发现线性超标缺陷并有夹杂物;下封头锻件钢锭浇铸前进行熔炼化学分析,有关元素含量不合格;进行质量分析,给出处理方法。
关键词：压力容器,锻件,问题
反应堆压力容器论文 篇2
压力、挫折、心理健康，这些都是心理方面存在的现实的真切的话题。要分析、了解和解决这一系列的难题首先需要分清什么是压力，什么是心理健康。健康：世界卫生组织的健康定义：“健康是一种身体上、精神上和社会适应上的完好状态，而不是没有疾病及虚弱现象”。它包含三个要素：①躯体无疾病；②心理无疾病；③具有社会适应能力
心理健康：指一个人具有良好的心理品质和健全的人格，即一个人心理上有比较完善的发展，有健全的个性，能适应客观环境，使个人心理倾向和行为与社会现实要求之间有着和谐完美的关系。
压力：英文Stress，应激、紧张、紧迫、重压的意思。17世纪表示困难和痛苦。19世纪表示努力和压力。20世纪表示紧张和对外力的抵抗，也有人将其定义为“压力是对精神和肉体承受力的一种要求”。
压力的危害: 感觉到压力不止是一个精神状态。它可能也会损害你的身体.心理压力过大会引发免疫力下降等很多问题。研究发现，无论是长期的心理压力，还是短期心理压力，都会影响免疫系统的活力。心理压力大还会有以下负面效应：首先，让人产生不快乐、抑郁、焦虑、痛苦、不满、悲观以及闷闷不乐的感觉，觉得生活毫无情趣，自制力下降，突然发怒、流泪或是大笑，独立工作能力下降，平时好动的人变得懒惰，平时好静的人变得情绪激动，原本随和的性格突然暴躁易怒，对感官刺激无法容忍和回避，对音乐、电光、家庭成员或部下的交谈声等突然无法容忍。其次，压力大容易使人与他人的矛盾冲突增多，影响工作绩效，使人变得健忘、倦怠、效率降低。再者，心理压力过大的人会变得冷漠而轻率，他们仍然能够处理小问题和日常活动，但不能面对他们担忧的重大问题，无法做出正常决策，进而易做出不负责任的草率行为。
压力的好处：压力的好处是可以克制自己，不会令自己过於放松，无论什么时候，有少许压力是好的。因为适当的压力是帮助自己去完成每一件事情的动力，如果没压力的话，个人就会放松...就会对自己的生活质量造成一的影响......但是太大的压力又可能会引致精神紧张...使得个人对自己的要求太苛刻..所以...压力有好处坏处，适当运用压力是好的。
处理压力挫折的方法:
所谓压力处理,是指当压力对我们可能造成伤害时,用一些方法与技巧去应对,以减低压力带来的消极影响。为了有效地处理压力，应该了解面对压力时解决问题的过程、策略和具体方法。
（一）面对压力时解决问题的过程 个体从面临压力到解决问题一般要经过三个不同的阶段。
第一阶段为冲击阶段,发生在压力来临之时。如果刺激过强过大,会使人感到眩晕、发懵、麻木、呆板、不知所措,常会出现“类休克状态”。比如,突然听到亲人过世,大多数人发愣、惊慌,甚至歇斯底里,只有少数人能保持镇定和冷静。
第二阶段为安定阶段。此时,当事人在经历了震惊、冲击之后,努力想恢复心理上的平衡,设法控制焦虑和情绪紊乱,恢复受到损害的认知功能,运用心理防卫机制或争取亲友的帮助。
第三阶段为解决阶段。当事人将自己的注意力转向产生压力的剌激,冷静地分析压力产生的原因,或逃避和远离产生压力的情境事件,或提高自己的应对能力,直接面对压力去解决问题。
（二）应对压力的策略
一般而言，应对压力的策略有两类：处理困扰与减轻不适感。
处理困扰指直接改变压力来源。其方法为：攻击（破坏）、逃避（使自己置身于威胁之外）、寻找其它途径（商讨、交涉、妥协）、预防未来压力（增加个人搞压力）。
减轻不适感不直接解决问题,而是调节自己。其方法为：以身体为主的活动（使用药物、放松等）、以认知为主的活动（分散注意力等）、歪曲现实的潜意识活动。
（三）应对压力的具体方法
无论是直接面对压力来源还是调节自我,都有许多方法可以采用。但这些方法有的效果是暂时的,有的效果是长远的；有的方法有助于成长,也有的方法会造成其他不良影响。
1、不良的应对方法
依赖药物。服用一些镇静剂可以起到暂时减轻压力的作用,但不能解决产生压力的根源。
长期服用容易形成对药物的依赖,失去个人尊严,甚至引发其他疾病。
酗酒抽烟。酒精是神经系统的剌激物,同时也是一种镇静剂。烟草是一种兴奋剂,也有一定镇静作用。抽烟喝闷酒虽然能够暂时起到抑制中枢神经系统的功能,缓解紧张状态,但经常使用容易导致酒精中毒,香烟带来的副作用更是危害无穷。其他不良的应对方法还有沉溺于幻想、攻击自己或他人等。
2、正确的应对方法
认识压力的作用及其可能导致的后果,对可能出现的过度压力有心理准备,并主动学习处理压力的方法,就可以有效地控制压力。常用的方法如下:
(1)了解自己的能力,制定切实可行的目标。(2)劳逸结合,积极休息,培养业余兴趣爱好。(3)加强体育锻炼,生活有规律,睡眠充足。(4)建立和扩展良好社会支持系统,拥有朋友。(5)积极面对人生,自信豁达,知足常乐,笑口常开。
反应堆压力容器论文 篇3
反应堆压力容器主管道是保证核电站一回路压力边界完整性的关键部件, 为了确保一回路压力边界完整性, 及时发现核反应堆压力容器接管焊缝材料缺损及其不良趋势, 我国核安全法规要求对上述焊缝进行全面在役检查或每隔固定周期需对接管安全端焊缝进行超声检查。
目前, 国内运行压水堆核电厂均采用接触式超声技术的大型压力容器检查装置对压力容器实施检查, 包括筒体环焊缝、筒体-接管焊缝和安全端焊缝, 尚无独立的安全端焊缝超声检查装置[1,2]。若使用大型压力容器检查装置实施接管安全端焊缝检查时, 需要大量的人力、物力, 而且检查设备占反应堆时间过长, 检查响应速度慢。鉴于此, 世界核电国家正在开发各种接管安全端超声检查装置[3]。
1 检查对象描述与环境条件分析
1.1 检查对象描述
反应堆压力容器是放置核燃料并承受高温高压的密闭容器, 是压水堆核电站中的关键设备。压力容器结构如图1所示, 反应堆压力容器接管位于反应堆压力容器上部, 与压力容器筒体焊接在一起, 同时与蒸发器主管道焊接在一起, 是反应堆一回路的压力边界, 其焊缝完整性将影响核电站正常运行。
接管超声检查在水下进行, 超声扫查方式为接触式。检查2条焊缝:接管与安全端连接焊缝 (低合金钢/奥氏体不锈钢, 异种金属焊缝) ;安全端与主管道连接焊缝 (焊缝两侧均为奥氏体不锈钢, 同种金属焊缝) 。检查区域包括焊缝金属和焊缝两侧各150 mm母材。焊缝结构示意图如图2所示。
1.2 环境条件描述
反应堆压力容器接管安全端位于RPV接管筒体段, 该区域为高辐射区, 无法实施手动超声检查。须从接管内侧实施检查, 设备定位安装位置位于换料水池近15 m深的水下。
2 接管安全端焊缝超声检查装置总体设计
2.1 检查装置机械结构设计
根据反应堆压力容器进出水接管的管道结构形式及超声检查规范要求, 检查装置机械结构为两端三脚架内部支撑, 机架布置直线、旋旋两运动轴结构。检查装置机械机构由轴向定位模块、管道支撑顶紧模块、直线扫查模块、旋转扫查模块、联接管、视频监视模块、吊装头、轴向定位指示模块组成。
机械系统安装操作如图3所示, 检查实施时, 长杆检查装置吊装头连接, 核岛环形吊车吊装长杆, 将机械装置放入水池, 检查人员操作长杆工具, 利用长杆工具将检查装置装入接管内部, 通过轴向定位模块和轴向定位指示模块确定接管安全端定位精度, 确定完超声检验扫查的坐标基准后, 管道支撑顶紧模块动作, 机械装置在管道内安装固定。长杆工具脱离机械装置, 反应堆厂房外的超声采集人员通过远程控制器遥控直线扫查模块和旋转扫查模块实现超声检查。通过视频监视模块实时监视探头托盘贴合情况及探头托盘运动情况。检查装置上布置2个超声托盘, 超声托盘沿接管径向对称分布, 保证两个托盘同时扫查记录, 缩短接管超声检查时间。超声探头在直线扫查模块伸缩气缸作用下顶紧, 伸缩气缸压力可调, 调节超声探头与被检管道表面贴合耦合情况, 探头托盘与大型反应堆压力容器检查系统通用, 保证超声检验一致性。
1.便桥2.长杆工具3.控制电缆及气管4.电气控制系统5.反应堆压力容器水池平台6.压力容器水池7.接管8.接管超声扫查工具9.压力容器
2.2 检查装置系统说明
实施检查时, 超声检查装置、控制系统等布置在反应堆厂房内, 检查人员操作长杆工具将检查设备安装在接管内, 通过终端传输装置, 厂房外控制系统、超声数据采集系统对远端实施远程遥控, 在接管内进行焊缝超声扫查。检查系统连接示意图如图4所示。超声检查系统采用多通道超声数据采集和分析系统, 与其配套的软件控制系统采用自研的通用多轴控制器和驱动器。检查装置接管安全端检查状态如图5所示。
1.浮筒2.前支腿3.中支腿4.直线运动部件5.托盘6.周向运动部件7.限位杆8.吊装机构9.筒体10.限位机构11.接管
3 主要技术研究
3.1 设备安装吊运及操作实施性研究
反应堆压力容器接管安全端焊缝距压力容器中心轴线大于3000mm, 检查装置超声扫查区间为2700~3300mm, 安全端异种焊缝距离压力容器筒壁大于1 200 mm, 检查装置在接管内的长度大于1 500 mm, 为狭长杆结构, 检查装置重心与长杆重心偏离1 m, 检查装置吊装高度要求大于15 m, 使用常规吊运方式检查装置吊运过程非常危险, 考虑检查实施困难、操作风险大等难点, 设计吊装模块、浮力调节装置。
吊装模块实现机械系统远程安全吊装, 检查装置定位安装完毕后, 长杆工具可与检查设备水下对接、脱钩等功能。吊装模块主要由吊装头、吊装铰链座、锁紧顶珠、销轴等组成, 吊装头可绕销轴在吊装铰链座内90°范围内转动, 锁紧顶珠在长杆工具脱钩时锁固吊装头。吊装模块的翻转铰链设计, 避免了由于检查工具的长杆结构, 吊装点重心不均匀, 需要额外增加吊装配重块等不足。
浮力调节装置在检查装置前端, 吊装模块在检查设备末端, 浮力调节装置采用高抗压、低吸水性的高密度浮力材料, 浮力调节装置入水前垂直向下, 水中往上的翻转力矩略大于检查装置在水下的重力下垂力矩, 保持水中平衡。该浮力可以通过改变浮块的体积或改变模块相对铰链的位置来调节, 保证检查装置在水下处于最佳安装状态。
3.2 检查装置接管轴向及周向扫查定位方法研究
超声检查需要检查装置在接管内部轴向定位和圆周方向定位, 确定记录起始点, 保证检查装置扫查范围为实际范围一致, 并能通过其他方式复查检查记录的准确性。因检查操作人员很难在15 m以上的距离操作柔性的长杆工具将检查工具准确定位在接管内部, 且保证重复定位误差在可控范围内, 需要检查装置具有自动定位功能。超声扫查基准的确定, 是该检查装置能否实施超声检查的最重要环节, 该环节决定了超声检验的定位精度、重复定位精度。
3.2.1 检查装置接管轴向扫查定位方法研究
反应堆压力容器接管与压力容器筒壁连接处相贯母线作为沿接管轴向方向定位起始基准, 以该起始基准确定接管安全端焊缝中心线距母线距离, 确定反应堆压力容器接管坐标, 该相贯母线与轴向定位指示模块接触, 轴向定位指示模块为检查装置上机械部件, 根据检查装置机械系统结构位置关系, 实现检查装置扫查轴的坐标转换到反应堆压力容器接管实际坐标关系。轴向坐标确定示意图见图6。
轴向定位模块上的回拉气缸实现检查装置在接管内部的轴向伸缩移动。在轴向伸缩移动和管道支撑顶紧模块相互作用下, 检查工具自移动进入接管内部, 直至轴向定位指示模块与基准相贯线接触停止动作。轴向定位指示模块上的水下定位指示开关与压力容器筒壁接触, 开关动作指示检查装置的伸缩移动到位。移动到位后, 轴向定位指示模块上安装的超声探头进行水深层测距, 精确测定检查装置轴向定位误差, 对轴向定位基准纠偏。
3.2.2 检查装置接管周向扫查定位方法研究
接管圆周方向扫查基准确定, 依据轴向定位指示模块上双轴倾角仪测定偏转角度, 检查工具的吊装模块翻转法线与检查工具轴线平行, 长杆工具与检查工具为刚性连接;双轴倾角仪可以测量出检查工具相对于接管轴向、接管径向上的角度偏差。按照倾角仪测量的角度偏差, 调整旋转模块周向零点, 旋转模块的周向零点在下压力容器前人工校零, 如接管安装完毕后产生的径向偏转, 可以通过控制系统调节。
上述设计解决了超声检验所需要的扫查基准难题, 使得接管安全端焊缝检查工具实施超声检查可行, 保证了超声检查结果的准确性, 为与大型压力容器检查系统相同位置超声检查数据结果的一致性提供了保障。
4 检查装置应用情况
研制的反应堆压力容器接管安全端超声检查装置各项技术指标满足接管安全端超声在役检查要求, 通过了英国验证中心的压力容器接管安全端焊缝检验技术的验证。既可适用于M310型, 也可适用于AP1000型, 为国内核电单独实施接管安全端超声检查提供了一种高效、安全的检查手段。该装置已成功完成了多个核电机组的接管安全端焊缝役前和在役超声检查工作。
5 结语
反应堆压力容器接管安全端超声检查装置的研制成功, 解决了反应堆压力容器接管安全端独立实施水下超声检验的技术难题, 满足了安全端焊缝独立实施超声检查的要求。
通过使用该安全端超声检查装置, 缩短了反应堆压力容器检查时间, 提供了快速有效的反应堆压力容器接管安全端焊缝超声检验方式, 降低了核电站运行风险。
摘要：针对反应堆压力容器接管安全端焊缝超声检查装置进行了总体结构设计, 设计的吊装机构解决了偏心吊装问题, 轴向拉伸机构提高了设备安装效率, 轴向与周向定位方法保证了超声检查定位精度与重复定位精度。该检查装置独立携带多超声托盘实施接管安全端超声检查, 能与大型压力容器检查装置并行工作, 可为压力容器接管安全端超声检查提供一种高效、安全的接管安全端焊缝超声检验方式。
关键词：反应堆压力容器,接管安全端焊缝,超声检查,检查装置
参考文献
[1]李田生, 刘志远.焊接结构现代无损检测技术[M].北京:机械工业出版社, 1999.
[2]刘坤.管道焊缝超声检测扫查器机械装置研究[D].武汉:武汉理工大学, 2002.
反应堆压力容器论文 篇4
关键词：反应堆压力容器,并联机器人,运动控制,表面检测
1 引言
核电厂在一个核燃料循环周期结束后需要开启反应堆压力容器进行换料维修。压力容器的密封面上通常会存留一些异物( 如粉尘、锈迹)、印痕和划痕, 它们会影响压力容器的密封性能[1]。因此, 在每次换料大修期间,需要对压力容器密封面进行打磨抛光处理, 并对密封面进行表面检查。目前, 国内外对压力容器密封面进行打磨抛光的工具, 仅能实现打磨抛光处理, 密封面的表面检查通常需要人工完成, 无法精确测量划痕数据, 不仅影响工作效率, 也提高了操作人员的累积辐射照射剂量。
根据核电厂压力容器密封面的技术规范和用户的需求, 结合反应堆压力容器密封面自动抛光机, 采用机器人视觉和光学测量的方法, 设计了一种反应堆压力容器密封面并联检测机器人, 用于对压力容器密封面进行表面检查, 实现对压力容器密封面划痕的自动识别和检测。
2 反应堆压力容器并联检测机器人
反应堆压力容器密封面自动抛光机会对压力容器的密封面进行打磨抛光等操作, 清除掉密封面上的灰尘、锈迹、压痕等, 使密封面的表面粗糙度系数达到0.8。由于自动抛光机打磨抛光运行过程中机械振动等因素的影响, 它仅可以对打磨抛光处理中的表面进行预检, 识别并记录存在划痕的区域, 不能对划痕深度进行测量。为了测量划痕的深度、宽度等数据, 设计了一种可以检测划痕宽度和深度的反应堆压力容器密封面并联检测机器人。它有4 个自由度, 分别是沿压力容器圆周方向的运动、X Y移动平台轴向的直线运动和Z轴的直线运动。
3 轨迹规划与运动控制
3.1 图像坐标变换
以XY移动平台的轴向建立物点的坐标系, 以显示器图像平面的水平(x) 和垂直方向(y) 建立像点坐标系( 像素值)。两个坐标系存在如下的转换关系:
式中k1,k2为放大系数,X0,Y0为偏移量, 它们是常值。当XY移动平台处于原点位置时, 通过测量两个给定物点在像平面的坐标位置, 可以求解方程组, 得出放大系数和偏移量, 从而对图像和测量结果进行标定。
3.2 划痕宽度测量轨迹规划
为了精确测量划痕的宽度, 需要识别划痕可能最宽的位置, 通常选取4 个位置进行测量。对机器人视觉获得的图像进行二值化处理[2,3], 可以去除掉划痕的背景噪声, 获得清晰的划痕轮廓信息。通过指定或者对划痕区域图像进行自动分割和加窗的方法可以获得划痕宽度的测量区域。
采用灰度重心法提取划痕宽度测量区域图像的特征点a(xa,ya)。过a点的直线方程为:
式中 θ 为过a点的直线与X轴的夹角, 沿着该直线方向对划痕图像的轮廓边缘进行识别, 可以获取划痕两个轮廓点a′ (xa′ ,ya′ ) 和a″ (xa″ ,ya″ ), 且a′ a″的距离L。
为了求出L的最小值, 将 θ 在[0° ,360° ] 范围内以6°为间隔均匀取值, 并沿着该直线方向对划痕轮廓进行60 次边缘检测, 计算两个端点的距离, 求出最小距离值即为划痕宽度值。
3.3 光学测量系统的目标运动轨迹规化
采用白光共焦的光学测量系统测量划痕深度, 需要控制XY移动平台使得光学系统沿着垂直划痕轮廓线切线并经过图像灰度重心的方向进行测量。由于划痕轮廓线的曲率半径近似无穷小, 划痕同一侧轮廓线上的两点构成的直线可近似为划痕轮廓线的切线( 见图3)。
灰度图像的重心是测量划痕深度的特征点。在同一轮廓线上选取最小宽度测量直线两侧最近的点b(xb,yb)和c(xc,yc),bc的直线方程为:
垂直bc且过特征点a( 图像重心) 的直线方程为
光学测量系统沿着这条直线路径对划痕进行扫描,光点直径为8μm, 因此每8μm规化一次路径就不会漏掉任何一个测量点。两个光点测量的高度差即为该处的相对深度, 光点从划痕的起始点到达终止点之间的距离便是该划痕在特征点的真实宽度。
该直线在划痕轮廓线上的点为a1′ (xa1′ ,ya1′ )和a2′ (xa2′ ,ya2′ )。若测量起始点为a1(xa1,ya1), 测量终点为a2(xa2,ya2), 选取轨迹余量l( 见图1), 则
由此可确定a1和a2的坐标, 直线a1a2即为划痕深度测量光学系统的目标运动轨迹。
3.4 XY移动平台的运动控制
若用s表示路径规划的间隔(s=8μm), 它沿x和y轴的分量为△ x和△ y。光学系统移动s距离所需要的时间为tf, 在坐标系中的位置为m(xm,ym), 初始位置和终点位置为m0(xm0,ym0) 和mf(xmf,ymf), 初始速度和终点速度为v0(vx0,vy0) 和vf(vxf,vyf)。
以x轴为例, 为了保证速度和加速度的连续性, 采用三次多项式对光学系统s距离内x轴的运动轨迹进行规划, 则有:
求解上述方程有:
通过目标运动轨迹直线的斜率, 可以计算每段s距离路径的初始位置xm0和终点位置xmf。由于目标运动轨迹是一条直线, 每段路径初始速度和终点速度( 除目标轨迹的初始位置和终点位置) 为该段位移的平均速度vxm, 若光学系统移动的平均速度为vm, 则
由此, 可以计算得到A,B,C,D的值, 从而确定每段s距离内的运动路径xm(t), 对xm(t) 求导, 即获得s距离内的任一位置x轴的速度指令, 同理对y轴的运动轨迹以s距离间隔进行规划, 可以获得y轴的规划路径和速度指令。
通过对x,y轴运动路径的离线规划,根据位置反馈,以查表的方式获得光学系统扫描路径每一个控制周期的速度指令, 并分别送到XY移动平台的控制器进行运动控制。控制器驱动XY轴伺服电机使得光学系统沿着目标运动轨迹对划痕深度进行测量。
4 控制系统的结构
考虑现场设备安装、供电及使用环境要求, 控制系统设置在远程约30m的位置, 远离具有较强辐射照射的区域, 同时为了减少通信及测量驱动信号在传输过程中的电磁干扰及信号衰减问题, 将伺服驱动器、机器人视觉及光学测量系统信号处理布置在并联检测机器人上, 伺服控制系统的指令、反馈信号、图像及光学测量信号与远程的控制器使用工业以太网通信方式交换数据。控制系统采用主从的计算机控制, 控制系统的结构如图3 所示。
5 试验验证
采用模拟压力容器打磨抛光处理后划痕的表面检测部件对系统进行了实验, 通过图像边缘检测的方法测得划痕的宽度为0.065mm。
光学系统的光斑为8μm, 光学系统位移传感器平均扫描速度设定为0.05mm/s, 对划痕的测量位置进行光学测量, 图4 是划痕深度测量的曲线, 从图上可以计算得出划痕深度约为20μm(0.02mm), 宽度约为0.07mm。
6 结束语
采用机器人视觉和白光共焦光学测量的方法, 设计了一种用于对反应堆压力容器密封面进行表面检查的并联机器人, 实现了对划痕的自动识别和测量。实验表明,它可以测量约0.1mm宽度和0.02mm深度的划痕, 为反应堆压力容器密封面的维护提供了准确信息。
参考文献
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[2]张卫,张俊杰.基于机器视觉的钢板表面缺陷检测系统[J].山西冶金,2011,(4):51-53.
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[5]林晓敏,桂婷,胡同森.基于重心的一种灰度图像边缘检测算法[J].计算机系统应用,2010,19(12):235-237.
反应堆压力容器论文 篇5
关键词：AP1000,反应堆压力容器腔室,顶法兰预制
0 引言
WEC设计的AP1000核电站技术运用了非能动的设计理念和模块化的施工方法, 三门核电一期1#机组是全球首个AP1000核电机组。因此, 在AP1000核电站整个建设过程中, 没有成熟的施工技术、管理经验直接借鉴, 需要在施工过程中进行总结, 积累实际可行的施工技术, 形成一套成熟的施工方法。
反应堆压力容器腔室顶部法兰 (CA04顶法兰) 用于安装反应堆压力容器支撑, 承受反应堆压力容器的重量。顶法兰的预制技术要求高, 涉及到多种型号的零件板, 高密度的焊接, 焊接变形控制是整个预制过程中的最大难点。
1 AP1000压力容器腔室顶部法兰介绍
AP1000核电站的压力容器腔室顶部法兰位于11105房间CA04模块的顶部, 用于安装压力容器的支撑, 承受反应堆压力容器的重量。整个结构总量约5.8t, 如图 (1) 所示, 由8块板组成, 其中4块精加工的板面安装反应堆压力容器支撑。
顶法兰预制工作的完成是精加工工作的前提, 预制的好坏直接决定着精加工后, 能否满足设计要求。本文吸取顶部法兰预制模拟件试验工程经验、合理简化法兰板设计和优化焊接方案, 基于三门核电1#机组反应堆压力容器安装工作, 研究顶法兰的预制技术, 并最终给出一套AP1000反应堆压力容器腔室顶部法兰的预制方法。
2 顶部法兰预制技术
2.1 顶法兰预制模拟件试验
2.1.1 模拟件的结构参数
考虑到压力容器腔室顶部法兰焊接工作量大, 焊缝密集, 平面度和内切半径精度要求高的特点, 制作了一个顶法兰模拟件, 模拟整个预制过程, 验证有关组装焊接工艺。各型号零部件如表1所示。图2和图3分别是顶法兰预制模拟件的组装图和主焊缝位置图。
3.1.2 模拟件的测量控制点位
模拟件01-01板, 01-02板, 01-03板和01-04板分别设置63个水平度测量点位, 05-01板, 05-02板, 05-03板和05-04板分别设置25个水平度测量点位, 测量点具体位置参见图4。模拟件共设置16个内切半径测量点位, 测量点具体位置参见图5。
3.1.3 模拟件的工程经验
从顶部法兰预制模拟件的试验, 可以分析出:顶法兰板的主焊缝焊接前和焊接后, 水平度和内切半径受焊接影响变形较大。图6显示, 主焊缝焊接后的水平度比焊接前的水平度平均增大了4.0mm~6.0mm;图7显示, 主焊缝焊接后的内切半径比焊接前的内切半径平均缩小了2.5mm。
3.2 1#顶法兰预制
3.2.1 简化顶法兰设计
基于顶法兰预制模拟件的工程经验, 当8条主焊缝焊接完成后, 顶法兰焊接变形较大, 其中水平度平均增大了4.0mm~6.0mm, 内切半径平均收缩了2.5mm左右。为了有效地控制主焊缝焊接引起的变形, WEC将原先的8块法兰板设计变更为4块板设计, 如图8所示。法兰板的主焊缝数目减少到了4条, 不仅有效地减小了法兰板的主焊缝焊接变形量, 而且减少了焊接工作量, 缩短了工期。
3.2.2 零部件下料
顶法兰原材料采用厚度为44.5mm的ASTM A36, 精加工区域总面积达到5.6m2。顶法兰组成构件, 如图9所示。主要包括有4块厚度为44.5mm的①顶法兰板, 40块厚度为38.1mm的②零件板、8块厚度为38.1mm的③零件板和4块厚度为12.7mm的⑥零件板。参见表2零部件的结构参数。
3.2.3 1#顶法兰测量控制点位
1#顶法兰01板, 02板, 03板和04板分别设置93个水平度测量点位, 测量点具体位置参见图10。1#顶法兰共设置16个内切半径测量点位, 测量点具体位置参见图11。
3.2.4 优化②和③板焊接方案
考虑到①法兰板之间主焊缝焊接后, 再进行①法兰板与③零件板之间的焊接, 将会对整个法兰变形产生重要影响, 导致最终焊接完成后平面度和外观尺寸达不到机加工要求。因此, 将4根③零件板分割成长度为413mm, 1362mm和413mm三部分。在①法兰板的主焊缝焊接前, 完成长度为1362mm的③零件板与法兰板的焊接, 主焊缝焊接后, 再完成两段长度为413mm的③零件板与法兰板的焊接。为了最大限度地降低因焊接零件板对法兰板的收缩变形影响, 重新调整法兰结构的焊接顺序。首先焊接③零件板, 再焊接②零件板, 后进行法兰板之间的组对和焊接, 最后再将其余4块跨焊缝的③零件板与法兰板分段焊接。
在焊接法栏板背部的②和③零件板之前, 首先对焊缝进行预热处理 (预热温度低于200F) 。法兰板的主焊缝焊接为4条焊缝同时施焊, 预热温度控制在300F, 焊道层见温度控制在550F。
3.2.5 1#顶法兰预制过程测量点数据分析
法兰板拼装及调整后的水平度为1.5mm, 平均内切半径偏差为2.0mm, 表明优化的②和③零件板焊接方案有效地控制了焊接变形。
考虑到主焊缝焊接后主焊缝位置会冷却收缩, 因此在主焊缝焊接前, 将法兰中心至①板的内径调整为2593.0mm, 提前预留焊缝收缩量2mm。
主焊缝处高温影响, 焊接后的顶法兰面水平度比焊接前高了0.5mm~1.0mm, 内径收缩了2.0~3.0mm, 满足顶部法兰预制技术要求。
图12/13为顶部法兰预制完成后, 最终整体水平度和外型尺寸测量数据图。水平度控制在0.0mm~5.0mm, 内径偏差控制在-2.5mm~1.0mm之间, 满足反应堆腔室顶部法兰的预制技术要求。
4 结论
1) 顶法兰预制模拟试验的8条主焊缝焊接后, 内切半径冷却收缩量为2.0mm, 给1#顶法兰预制提供了参考。
2) 简化了顶法兰的设计, 主焊缝从8条减到4条, 不仅减少了顶法兰的焊接变形量, 而且减少了焊接工作量和预制工期。
3) 优化了②和③板焊接方案, 将③板的焊接拆分为三段, 降低了焊接的变形量。
4) 结合顶法兰预制模拟件的工程经验, 简化后的顶法兰设计方案和优化的②、③零件板焊接方案, 总结出了一套切实可行的、成熟的顶法兰预制方法, 并且通过1#顶法兰的预制过程测量数据, 进一步验证了这套顶法兰的预制方法。
参考文献
反应堆压力容器论文 篇6
关键词：核反应堆压力容器,环焊缝,超声检查装置
0 引言
筒体环焊缝属于一回路系统无损检测主要对象之一, 根据无损检查规范要求, 需要对此焊缝进行超声检测, 超声波检测具有明显的优势, 一方面由于其经济实用、操作简便, 在铸件生产厂家中广泛应用;另一方面, 由于超声波检测定量定位相对准确、直观, 在质量控制过程中应用广泛[1]。
反应堆压力容器筒体环焊缝超声检查主要受到堆焊层、奥氏体焊缝存在的粗大柱状晶组织以及焊缝附近复杂的几何结构形状等因素的影响。超声波在该焊缝中传播时在奥氏体晶界面发生严重的散射以及波型转换, 引起超声波严重衰减, 信噪比显著下降。奥氏体晶粒的各向异性引起声束弯曲, 造成缺陷定位不准等问题[2]。同时在核电工业的安全运营中, 核容器及体环焊缝的役前和在役检测至关重要, 其巨大的工作量及其恶劣的工作环境要求检测装置需具备结构简单、安装方便、稳定性好且质量轻等特点[3]。
1 检查对象介绍
核电站压力容器 (图1) 是核反应堆冷却剂压力边界的核心部件之一, 它由法兰环、筒身段、进出水口接管等筒体组合件、顶盖组合件、底封头以及法兰密封结构组成, 其中筒体环焊缝是指法兰环与筒身段之间的连接焊缝以及筒身段自身之间的连接焊缝。压力容器结构如下图1所示, 不同的堆型, 其筒体焊缝数量也不同, 一般由上筒体环焊缝和下筒体环缝两条筒体环焊缝两条焊缝组成。
筒体焊缝属于一回路高剂量区, 检查时, 其容器内充满放射性去离子水, 要想对此处焊缝进行超声检查, 手动超声难度较大。为提高其超声检查的可靠性和检查效率, 本文提出了一种核反应堆压力容器筒体环焊缝超声检查装置, 其能够按照相关检查规范要求有效的对该处焊缝进行超声检查, 减少了人体受放射性射线照射, 提高了检测数据的准确性及可靠性, 为核反应堆压力容器筒体环焊缝超声检查带来帮助。
2 核反应堆压力容器筒体环焊缝超声检查装置整体设计
2.1 结构设计
筒体扫查工具安装于压力容器检查设备上, 压力容器检查设备安装于压力容器法兰面, 此设备有沿压力容器轴向上下升降的升降轴, 同时还有一个沿压力容器轴线旋转的旋转轴, 筒体扫查工具安装示意如图1所示, 筒体扫查分为轴向扫查与周向扫查两种扫查, 即筒体扫查轴与旋转轴交替为扫查轴, 另一个为步进轴。
核电站核反应堆压力容器筒体环焊缝超声检查装置主要由直线伸缩部件、底板组件、托盘组件组成, 直线伸缩部件由弹簧绳、外套筒、伸缩气缸、径向导轨、内套筒、径向滑块等零部件构成。在径向导轨和径向滑块的限制下, 气缸的伸缩可以带动内套筒前后伸缩, 底板组件安装于内套筒上, 故设备安装过程中, 气缸处于收回状态, 当设备抵达筒体焊缝附近时, 气缸处于伸出状态, 此时, 探头托盘紧贴压力容器内表面, 实现探头在压力容器内表面贴合扫查。
底板组件由滚珠丝杠、螺母座、轴向滑块、轴向导轨、驱动元件、底板等零部件组成。驱动元件运动可以带动丝杠旋转, 同时在轴向导轨和轴向滑块限制下, 丝杠旋转可以带动螺母座上下运动, 而托盘组件安装于螺母座上, 最终实现托盘探头的上下运动。
2.2 整个扫查装置系统介绍
压力容器检查系统包括机械系统、控制系统、超声系统、视频系统等。控制系统、机械系统及超声系统远程控制流程如图5所示, 控制电脑控制设备正常运转, 最终带动探头托盘满足轴向与周向检查, 探头的信号会传给超声仪, 最终超声仪的信号会经过网络传输给采集电脑, 完成数据采集与分析工作。除了此三套系统外, 还有一个视频系统, 对整个扫查过程中运动过程进行监控, 目的防止探头托盘与障碍物碰撞, 视频系统中摄像头通过电缆将图象传给视频控制器, 视频控制器再将图象传给监控电脑。筒体扫查装置只是压力容器检查系统的一个运动轴, 压力容器检查系统是由多个这样的子系统组成。
3 主要技术特点
3.1 直线伸缩组件研究
直线伸缩技术由内套筒、外套筒、伸缩气缸、径向导轨、径向滑块等零部件组成, 在导轨滑块副的限制下, 伸缩气缸伸出与收回能实现底板伸出与收回功能, 在扫查过程中, 该气缸又具有缓冲作用, 保证在扫查过程中托盘始终贴合良好;采用气缸作为执行单元, 成功替代传统电机驱动丝杠螺母副的直线运动单元与托盘前端恒力弹簧自缓冲扫查机构, 简化了机械结构的同时, 减少了自缓冲结构, 使得前端托盘组件占用压力容器径向尺寸更小, 伸缩臂的伸缩行程变的更大, 从而更能满足压力容器内径变化大的堆型。
3.2 出现故障时, 直线伸缩组件如何具备出水状态的研究
防意外自动拉回技术由弹簧绳实现, 当伸缩气缸出现意外而无法收回时, 弹簧绳靠自身弹簧力作用可以将底板拉至收回状态, 当设备处于收回状态时, 才能具备设备出水条件, 当弹簧绳自身弹力与伸缩气缸均无法收回时, 可以借助长杆的作用, 拉扯两个导向轮间的弹簧绳, 使得底板组件在外力的作用下, 被外力强行拉至收回状态, 使其具备设备出水状态。
3.3 托盘在水下如何实现轴向扫查与周向扫查的研究
由于扫查过程包括轴向和周向两个扫查方向, 因此, 在一次装夹下, 完成一个方向扫查后需要将托盘旋转九十度来实现另一方向扫查, 为了减少更换托盘次数, 提高扫查效率, 减少人体被照射剂量, 该装置中设计了旋转气缸可以实现这一功能。选择旋转气缸的原因是简单可靠, 且控制方便, 气管比电缆也更轻便, 利于维护。
3.4 扫查组件研究
扫查组件的运动好坏直接影响其扫查结果, 因此, 此扫查轴设计时, 采用电机作为执行单元, 目的是为了记录扫查过程中托盘位置, 且能将此位置发送至超声仪, 然后由执行单元带动丝杠螺母副工作, 在导轨滑块副的限制下, 执行单元的正反旋转带动托盘组件沿丝杠轴向上下升降运动, 最终保证运动过程匀速可调。
4 检查装置调试及现场应用
检查装置多次在实验大厅和现场完成调试, 调试过程中运行平稳, 状态良好, 模拟扫查过程均能满足现场检查要求。目前已经完成了多次役前及在役检查, 通过改变后端伸缩部件的行程, 可以满足各种不同直径的压力容器扫查。
5 结语
本文提出了一种核反应堆压力容器筒体环焊缝超声检查装置, 具有防意外自动收回技术、托盘可旋转技术、扫查过程中上下移动技术、直线伸缩技术等技术特点, 其能够按照相关检查规范要求有效的对该处焊缝进行超声检查, 减少了人体放受射性射线照射, 提高了检测数据的准确性及可靠性。为核反应堆压力容器筒体环焊缝超声检查带来帮助。
参考文献
[1]曾伟, 杨先明, 王海涛, 等.激光超声技术及其应用[J].无损检测, 2013, 35 (12) :49-51.
[2]王俊涛, 王龙, 陈姝, 张军.反应堆压力容器接管安全端超声检查装置设计研究[J].机械工程师, 2015, 1:71-73.
加氢裂化装置反应系统压力控制 篇7
关键词：反应器,高压分离器,反应系统,压缩机出口压力控制,分程控制,选择控制,超驰控制,递推控制
1 引言
加氢裂化是重质油品轻质化的重要手段之一,典型的工艺流程如图1所示。
加氢反应流出物经换热降温,再经空气冷却器使温度达43℃左右进入高压分离器(高分V-2),将氢气与反应产物进行分离。高分顶流出物绝大部分为氢气,进入循环氢压缩机(C-1)升压到18MPa左右,一部分作为急冷氢以控制反应温度;另一部分则与补充的氢气混合。加氢反应耗氢气,因此必须由其它产生氢气的装置来补充氢气,此氢气压力低,要经新氢压缩机(C-2往复式)提升到18～19MPa压力进入加氢装置的氢气系统。混合后的氢气与反应流出物换热升温达300℃左右进入循环氢加热炉。
一种或几种原料按比例混合进入原料缓冲罐(V-1),经加氢进料泵提高压力后与反应流出物换热升温到要求的温度后,与第一循环氢加热炉出口的氢气混合,其温度为344℃左右进入加氢精制反应器(R-1)。反应器的出口物流与循环油(从分馏塔底来)以及第二循环氢加热炉(F-2)出口的氢气混合进入加氢裂化反应器(R-2)。
反应流出物经与循环氢、进料以及低压分离器(V-3)的液体等一系列换热降温,最后经空气冷却器(A-1)降温到43℃左右进入高压分离器(V-2),V-2顶的气体进入循环氢压缩机,高分底的液体部分进入低压分离器(低分)。高分压力一般约为16MPa,低分压力为1.6MPa左右。高分低分为加氢裂化装置高压部分及低压部分的分界点。
低分液体部分与反应流出物换热升温后进入脱丁烷塔(T-1),T-1底液体进入分馏塔(T-2),得到所需的产品棗石脑油、煤油、柴油及循环油。
图1为典型的加氢裂化工艺流程,工业应用中也有一些差异。不管工艺流程如何变化,加氢裂化装置的主要机械设备是:高压进料泵、反应器、加热炉、循环氢压缩机、补充氢压缩机、高压分离器及分馏塔等。
从上述可看出加氢裂化装置的特点:
1、高温、高压(高氢分压)。从高压进料泵及压缩机出口到高压分离器为止,系统的压力在16～1 9 M P a范围,热交换器、加热炉及反应器介质的温度在300～400℃,而且处于氢气环境中。因此,所有仪表材质和压力等级必须适应所处的操作条件。
2、加氢是耗氢强放热反应。加氢是氢气作为反应物参与反应,因此要消耗氢气。如不及时补充,系统压力就会下降。同时加氢裂化是强放热反应,如热量不及时排出、势必加快反应速度而放出更多的热量,继续下去会造成反应失控、温度骤升、造成催化剂及设备的破坏。因此,温度和压力是重要控制参数。
3、由高压部分和低压部分组成。本装置高压及低压部分的分界面在高压分离器及低压分离器之间。避免高压气体串入低压部分极为重要,因此,高压分离器的液位是一个重要控制参数。
由于篇幅有限,本文主要介绍反应系统的压力控制。
2 反应系统压力控制
压力是系统内进出物料不平衡的量度,因而气体压力控制不是改变流入量就是流出量。加氢裂化装置几乎全是气体压力控制。加氢裂化是耗氢反应,即氢气参与反应,必须从外界向系统补充氢气才能维持压力平衡。此压力的平衡点在高压分离器。
加氢反应是烃类与高压氢气发生反应除去杂质或生产我们所需的轻质产品。它是由氢气来维持反应系统的压力。由于反应耗氢、泄漏等因素,如不补充氢气,压力势必下降甚至无法完成加氢反应。
循环氢压缩机出口的氢气一部分作为反应急冷氢控制温度,另一部分与补充的氢气混合,经与反应流出物换热升温后进入循环氢加热炉。原料经进料泵升压后与反应流出物换热升温,与循环氢加热炉加热后氢气混合进入加氢精制、加氢裂化反应器,生成反应产物(反应流出物),经换热降温、冷却后进入高压分离器(V-2参见图1)。上述部分是在高压下进行,只有高的氢分压才能进行加氢反应。无论工艺流程如何变化,只在高压分离器顶或循环氢压缩机入口设有一套压力控制系统。
2.1 高压分离器压力控制[1]
高压分离器压力采用分程--自动选择控制方案,以稳定反应系统压力,自动补充氢气。
由于从制氢装置或其他产氢装置来的氢气压力只有1～2MPa,因此要经过压缩机升压后才能进入反应系统。往复式压缩机最适于压缩流量小、压缩比大、压力高的气体,在高压和超高压(3500公斤/厘米2)时,一般采用往复式压缩机。它是一种固定容量,可变排气压力的转机。常用的控制方法是压缩机外部旁通管的调节,这种调节适用于任何规格的压缩机。由于这种调节方式是使一部分被压缩的气体经过外部旁路管再返回到入口,虽然消耗一部分能量,但操作简单,灵活性大。返回的气体应经过冷凝分去凝液,以防液体带入压缩机和机入口温度的升高。由于在工艺过程中这种气体的压缩往往是分段的,所压缩气体的返回也是分段的。由于生产的连续性,工艺过程的前后工序或前后工段的负荷波动,将会影响压缩机的稳定操作。因此,稳定压缩机入口的压力或者是稳定各分段压缩入口的压力是压缩机稳定操作的关键。本文以加氢裂化装置往复式三级压缩机为例说明。往复式压缩机具有低排量、高出口压力的特点,适合于加氢裂化补充氢压缩机的工艺要求,因此国内外补充氢压缩机都采用往复式。
往复式压缩机主要的应用特性:R=Pd/Ps
R:压缩比
Pd:压缩机出口压力
Ps:压缩机入口压力
往复式压缩机每级(段)最大的压缩比(即压力比)为3:1(也可达4:1)。
高分压力控制往往与补充氢压缩机压力控制系统联系在一起,如图2所示。
当高压分离器压力下降时,高分压力调节器PRC107为正作用,因此输出在0%～70%范围内时,经标度转换(反向)为100%～0%进入低值选择器(LS),当选上时,则由高分压力调节器PRC107控制新氢压缩机三段出口返回阀PV107B,高分压力下降则PV107B开度减小,返回量少则去高分的氢气量多,促使高分压力上升;高分压力上升时调节器输出趋近70%,经标度转换(反向)趋近于0%,三段出口返回阀PV107B开度加大,返回量多去高分的氢气量小,因而压力下降达到给定值。
从上述看出当高分压力下降时,新氢压缩机三段出口返回量少给高分补氢量多,此时二段出口压力会下降即三段入口分液罐压力下降。压力调节器PRC106为正作用,其输出在0%～5 0%范围,经标度转换为0%～100%进入低值选择器(LS),当三段入口分液罐压力很低时,去低值选择器的值接近0%,会由低值选择选上。因此由PRC106控制返回阀PV107B,以保证压缩机三级出口能达到进入系统的压力。选择器起着软保护功能,使被控参数不会超过极限。根据往复式压缩机性能,则二段入口压力也低,一段入口压力也低,即一段入口分液罐压力低,则补充氢气量自动加大。补充氢气至一段入口分液罐只设有流量记录。
当高分压力上升,而高分压力调节器PRC107的输出在70%～100%范围时,经标度转换为0%～100%去作用PV107A,即放空去火炬。装置操作不正常时才会出现此种情况。PRC107输出的另一路0%～70%经标度转换100%～0%,因为信号大于70%去低值选择器的信号为0%,当然为LS选上去PV107B,则PV107B全开使大量氢气从新氢压缩机三段出口返回,因此三段入口分液罐压力上升,PRC106输出在50%～100%范围经标度转换(反向)为100%～0%去低值选择器,根据往复式压缩机的性能,二段入口分液罐压力也高,PRC105的输出在5 0%～1 0 0%范围,因此低值选择器另一个输入为100%,因此低选器选上PRC106的信号,同样低选器也会选上PRC105的输出,即由往复式压缩机每段出口压力控制返回入口阀开度,当压力上升时,调节器输出趋近于100%,经反向标度转换趋近于0%去作用于返回阀(FO),返回氢气量大。V-5一段入口分液罐压力上升,P R C 1 0 4为正作用,输出上升到5 0%～1 0 0%范围,PV104A阀打开氢气出装置,V-5罐压力上升,因而进入氢气量自动减少。
对于每台调节器的输出,调节阀在一定范围内动作如图3所示。
上述的高分压力及新氢压缩机压力控制系统中,补充的新氢与循环氢压缩机出口的循环氢混合进入反应系统。也有采用补充的新氢直接进入高压分离器,其工艺控制流程如图4所示。
此控制方案与前面所述的类似,只是氢气源的压力较高,经二段压缩后直接进入高压分离器。高分上设有压力调节器PRC107,其输出经低值选择后控制压缩机二级出口返回二级入口的调节阀的开度。PRC1017为反作用调节器,高分压力下降时,输出上升因而使返回阀PV107开度变小,因而返回的氢气量少而向高分补充的氢气量多,促使高分压力上升达到给定值。根据往复式压缩的性能,一段入口分液罐(V-5)压力也低则自动增加补充氢气量。当高分压力上升时与此过程相反。
当高分压力低时,根据往复式压缩机的特性,则二级入口压力也低,其调节器PRC106输出在0～50%范围内,经标度转换为0～100%进入低值选择器(LS)PRC106调节器为正作用,当二级入口压力低到一定程度则去低选器之值低会被选上而控制返回阀的开度,保证二级入口压力从而使出口氢气有足够的压力进入高分,以保证压缩机不受到损坏。所以称低值选择器(LS)起到“软保护”作用,自动选择又称为超驰控制。
从上述两个相近的控制流程看出,高分压力低时,则由高分压力调节器的输出和压缩机末段入口压力调节器的输出选择控制返回阀,其他段则由入口压力调节器控制返回阀,向系统补充的氢气量多;当高分压力高时,则由高分压力调节器的输出和压缩机各段出口压力调节器的输出控制返回阀,向系统补充氢气量少。我们称往复式压缩机逐段分程选择控制的方法为压力递推自平衡控制。
我们不难看出高分压力及新氢压缩机控制的目的:
(1)自动补氢以平衡加氢裂化的氢耗,稳定反应系统的压力;
(2)自制氢装置来的氢气经三级压缩,以满足加氢原料预加氢所需的氢气压力;
(3)由于往复式压缩机每段都有氢气返回,因此每段的压缩比都等于或接近于设计值,保证机器稳定地长周期运行。
2.2 循环氢(气)压缩机出口压力控制[2]
循环氢压缩机(C-1)出口压力可认为反应系统的启始压力,而高压分离器(V-2)的压力可视为反应系统的终点压力,而两点的压力差即为物料流动的推动力。因此压缩机出口压力是主要的控制参数,涉及到补充氢气的压力,反喘振控制等,对于平稳操作,设备保护起着重要作用。
一般加氢裂化循环氢压缩机选用离心式,蒸汽透平驱动,以适应负荷变化大,循环氢(气)分子量变化的要求。
我们知道压缩机出口的压力与转速有关系,当转速增加时,出口压力及流量都会变化,如流量不变则出口压力就会上升。因此采用调节蒸汽透平入口蒸汽量从而改变压缩机转速的方法控制压缩机出口压力,如图5所示。
从循环氢压缩机出口压力与转速关系图6看出,当转速从额定转速的8 0%上升到9 0%时,出口压力从P1上升到P2。因此调节压缩机转速,只需蒸汽透平的主汽门开大,进入更多的蒸汽,压缩机转速加大,出口压力就会上升,因此调整非常方便。
3 结束语
从上述可以看出,压力控制系统的关键在压缩机的控制,新氢压为整个系统提供了外在动力;而循环氢压缩机出口压力则是系统的启始压力,它为整个系统提供了内在动力。因此控制好了压缩机的出口压力就能够很好的控制整个反应系统的压力。
参考文献
[1]陆德民,张振基,黄步余等.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京:化学工业出版社,2000.
反应堆压力容器论文 篇8
1对象与方法
1. 1对象四川省青川县地处龙门山断裂带,是“5 ·12”特大地震中,列北川、汶川之后的第3个极重灾区,又是余震集中区。本次研究在青川县境内的马鹿小学、沙洲小学、竹园小学、马鹿中学、沙洲中学、竹园中学、青川职高和青川中学8所学校,在课堂上集中发放问卷,共1 500份,回收有效问卷1 326份,有效回收率为88. 4% 。其中男生588名,女生726名,性别缺失12名; 小学四~ 六年级,初中一~ 二年级,高中一年级和高中二年级人数分别为161,152,150,174,218, 254,217人; 年龄10 ~ 17岁,平均年龄( 17. 27 ± 0. 59) 岁。
1. 2研究工具使用事件影响量表( 修订版,IES - R) 对被试事件的灾难性体验进行测量。该量表是一个对被试特殊生活事件的灾难性体验进行测量和评估的自陈式量表,可用于评估PTSD［4］。量表共包括22个条目,涉及回避症状、高唤醒症状和侵袭症状共3个因子。被试根据特殊生活事件的灾难性体验进行5级评定,从“0从没出现”到“4总是出现”。累计各项目的评分,分数越高表示灾难性体验越强烈,说明事件对个体造成的创伤性应激影响越严重。本研究中IES - R的Cronbach α 系数为0. 921,3个分量表之间相关系数为0. 653 ~ 0. 779,对3个因子的项目进行验证性因素分析得到较好的拟合指数,说明量表具有较好的信度和效度。黄国平等［5］发现将划界分定为35分时IES - R对PTSD患者有一定的鉴别力,因此本研究认为个体IES - R得分≥35时就可以被诊断为PTSD患者。
1. 3数据分析按照统一的程序,对被试进行团体施测。由主试说明问卷的保密性和填答要求,要求被试在规定时间内完成问卷并当场收回。对回收的问卷进行初步筛选,依据相关指标剔除无效问卷。全部数据由Epi Data 3. 1录入,采用SPSS 19. 0进行描述统计、相关分析和多元方差分析,以P < 0. 05为差异有统计学意义。
2结果
2. 1灾区学生PTSD症状基本情况被调查对象IES - R总分在3 ~ 77分之间,平均得分为 ( 30. 37 ± 15. 10) 分。调查取样的被试中,总分≥35分以上的共有436人,PTSD发生率为32. 9% 。高中学生患PTSD比例最高,检出率为49. 0% ( 231人) ; 其次为初中学生, 检出率为36. 2( 142人) % ; 小学生的检出率最低( 75人,16. 2% ) 。IES - R每个项目发生的频率( 得分≥1) 为48. 4% ~ 85. 5% ,最常诉及的3个症状是“任何与那件事相关的事物都会引发当时的感受”“即使我不愿意去想那件事,也会想起它”“每当想起那件事或其他事情使我记起它的时候,我会尽量避免使自己心烦意乱”发生率分别为85. 0% ,85. 4% ,84. 9% ; 较严重的条目( 得分≥3) 出现的频率为9. 0% ~ 32. 6% ,其中最严重的2个条目是“我想要忘掉那件事”和“我感觉自己难以集中注意力”发生率分别为29. 2% ,31. 3% 。
2. 2事件影响各因子的相关分析相关分析结果表明,灾区学生的IES - R得分与回避、高唤醒、侵袭3个因子得分均呈正相关( r值分别为0. 913,0. 857,0. 932, P值均 < 0. 01) ; 回避因子与高唤醒、侵袭因子得分均呈正相关( r值分别为0. 653,0. 779,P值均 < 0. 01) ; 侵袭因子与高唤醒因子得分呈正相关( r =0. 731,P <0. 01) 。
2. 3性别和学段对事件影响各因子的作用由于回避因子、高唤醒因子、侵袭因子两两之间均相关,所以本研究以性别、学段为自变量,回避因子、高唤醒因子、侵袭因子作为因变量进行多元方差分析［6］。设置饱和模型,使所有主效应和交互项都作为模型解释部分得到分析和检验。饱和模型的多元方差分析结果显示,性别和学段对因变量的二阶交互效应显著, Wilks' λ = 0. 976,F( 6，2440)= 5. 039,P < 0. 01。见表1。
注: τ 表示Hotelling' s Trace检验值; λ 表示Wilks' Lamda检验值; * P < 0. 05,**P < 0. 01。
2. 3. 1性别和学段对回避因子的交互作用进一步分析被试性别和学段的交互作用发现,性别和学段对回避因子的交互作用有统计学意义( F = 5. 187,P < 0. 01) 。见图1。简单效应分析表明,小学和初中阶段男生和女生的回避因子得分差异无统计学意义( P > 0. 05) ,但是高中女生的回避因子得分高于男生( M男= 12. 978,M女= 14. 353,P < 0. 01) 。
此外,学段对回避因子的主效应有统计学意义( F = 64. 571,P < 0. 01) ,LSD事后多重比较表明,回避因子得分随着学段的增长而升高( M小学= 9. 034,M初中= 11. 429,M高中= 13. 776,P < 0. 01) 。
2. 3. 2性别和学段对高唤醒因子的交互作用对被试性别和学段交互作用的进一步分析发现,性别与学段对高唤醒因子的交互作有统计学意义( F = 7. 563,P < 0. 01) 。见图2。简单效应分析表明,小学和初中阶段男生和女生的高唤醒因子得分差异无统计学意义( P值均> 0. 05) ,但是高中女生的高唤醒因子得分高于男生( M男= 8. 186,M女= 9. 996,P < 0. 01) 。
此外,学段对高唤醒因子的主效应显著( F = 76. 459,P < 0. 01) ,LSD事后多重比较表明,高唤醒因子得分随着学段的增长而升高( M小学= 5. 515,M初中= 7. 790,M高中= 9. 300,P < 0. 01) 。
2. 3. 3学段对侵袭因子的主效应对学段主效应的进一步分析表明,不同学段个体侵袭因子得分差异有统计学意义( F =53. 645,P < 0. 01) ,表现为高中生的侵袭因子得分高于初中生,初中生高于小学生( M小学= 9. 105,M初中= 11. 291,M高中= 13. 304,P值均< 0. 01) 。
3讨论
作为重大应激事件,地震不仅造成重大的人员伤亡和财产损失,更因其突发性和不可预测性导致个体表现出沮丧、紧张、焦虑和恐惧,出现无所适从甚至思维和行为紊乱［7］。如果这种状态得不到有效控制最终会导致心身疾病,对人们的身体健康产生较大影响［8 － 9］。
本研究在汶川地震后4 a对青少年学生进行心理评估,发现灾区学生的PTSD症状检出率仍然较高,与以往研究结论相一致［10］。
随着时间的推移,灾区青少年在家人、学校以及社会各界各种可获得的社会支持下,日常生活和情绪状态都处于积极的自然恢复中,PTSD和焦虑等症状有所缓解［2］。但正如大量研究指出的,地震等灾后PTSD及其他心理问题会持续较长时间［9，11］。儿童和青少年心理弹性比成人差［12］,面对巨大灾难时没有成人有较好的应对方式和主动获得社会支持的方法［13］, 容易产生更多失落感、失控感和无助感,导致对创伤事件的情绪体验比其他人群更为强烈。本研究IES - R的症状频率分布和单项严重程度,部分学生的回避、 侵袭和高唤醒症状仍然较为明显,提示灾后4 a灾区学生仍体验着较大创伤,因此在重大应激事件发生后较长时间内个体的回避、侵袭和高唤醒表现都应该受到关注并作为心理干预的重要指标。
本研究通过多元方差分析发现,性别和学段对回避和高唤醒因子的交互效应均有统计学意义,并且简单效应表明性别和学段对这2个因变量的交互作用机制显示出了一致趋势: 小学和初中阶段男生和女生的回避因子/高唤醒因子得分差异无统计学意义,但是高中女生的回避因子/高唤醒因子得分高于男生。随着年龄的增长,青少年需要更多去面对家庭以外的环境,尤其是高中阶段,个体面临更多来自人际和学习的问题,体验到相对更多的压力。发展心理学研究指出,无论是在生理还是心理方面,青少年女生普遍比同龄男生更成熟,也从更早就开始在意与同龄人维持和睦的关系,从而为自己带来更多负面情绪和困扰［14］。因此,虽然男生和女生的PTSD维度得分在小学和初中阶段差异无统计学意义,但是在压力性生活事件增多的高中阶段,灾后负性生活事件与PTSD存在着联动效应［7］,女生的PTSD得分开始高于男生。 值得注意的是,这种交互作用只发生在回避和高唤醒因子得分上,而未体现在侵袭因子得分上。提示在地震等创伤事件后,无论是男性还是女性都会反复重现创伤性体验,但创伤事件对青少年女性个体的伤害更严重,她们会对与创伤相关的刺激情境采取回避的策略。
此外,各学段的回避、高唤醒和侵袭因子得分差异均有统计学意义,表现为小学生、初中生和高中生各维度的得分都逐渐升高。本次调查所取小学、初中和高中被试在2008年汶川地震发生时的年龄分别为6 ~ 8岁、9 ~ 11岁、12 ~ 14岁。发展心理学研究表明, 青少年的情绪体验会随着年龄的增长越来越丰富,情绪理解和情绪控制能力也逐渐增强。比较特殊的是, 从青春期初期到中期,个体日常体验到的消极情绪变多而积极情绪变少,“心境”的这种下降趋势在青少年中期趋于稳定［13，15］。
汶川地震发生时,12 ~ 14岁的青少年较其他年龄段青少年对地震有更深刻的了解和体验,又由于青春期初期个体本身对消极情绪的体验急剧增多［13 － 14］,使得地震对他们造成了更深刻和持续的影响,并且对创伤事件作出更为强烈的反应。值得注意的是,一般而言青春期心境低落的趋势只持续到青少年中期,并从成年早期开始变得更为积极,绝大多数青少年都能够很好地管理和调节这些情绪上的变化,但是当青少年在早期和中期遭遇如此重大的灾难时,就自然成为了焦虑、抑郁和PTSD等心理健康问题的高危人群［5］。
摘要：目的 考察青川地震4 a后灾区学生的创伤后应激障碍(PTSD)特征及变化,为开展地震灾区学生的心理辅导和干预提供依据。方法 采用事件影响量表对青川地区8所中小学的1 326名学生进行问卷调查。结果 灾区学生仍存在着在不同程度的PTSD症状(发生率为32.9%);回避因子、高唤醒因子和侵袭因子得分两两之间有统计学意义(r23=0.653,r24=0.779,r34=0.731,P<0.01);多元方差分析表明,性别和学段对高唤醒因子和回避因子的交互作用有统计学意义(M男-高唤醒=12.978,M女-高唤醒=14.353,P<0.01;M男-回避=8.186,M女-回避=9.996,P<0.01);学段对IES-R各维度得分的主效应显著,回避、高唤醒和侵袭因子得分随着年级的升高而升高[Wilks'λ=0.871,F(6,2440)=29.023,P<0.01]。结论 地震4 a后灾区学生的PTSD症状有一定性别和学段差异,但总体而言其症状程度较震后6个月内的测量结果有所缓解。