[发明专利]AP1000蒸发器管板电磁感应加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁感应加热方法，具体涉及AP1000蒸发器管板电磁感应加热方法。

背景技术

AP1000蒸汽发生器是第三代压水堆核电站的主要设备。管板是蒸汽发生器的关键部件，属于核安全一级部件。AP1000蒸汽发生器管板材质为SA-508Gr3Cl2，材料焊接时具有较强的冷裂纹倾向，需要通过焊前预热、焊接过程中维持温度和焊后立即后热，避免裂纹的产生。

核电大型工件通常所用的加热方法是利用燃气火焰喷烧工件或在热处理炉中加热，维持工件温度多采用燃气喷烧工件非焊接表面的方法，缺点在于热量散失严重，浪费能源；工件表面温度不易控制，容易造成局部温度过高而影响工件性能；热量向环境辐射，操作者工作环境差。

AP1000蒸汽发生器管板的直径Φ4428，厚度800mm，重量约105吨，管板堆焊时，工件整体的温度应维持在150-250℃之间，焊接中断或焊接结束后需经250-350℃的4小时后热处理方可冷却到室温。完成全部堆焊工作用时约30天。耗时长，效率低，能量消耗大，散失严重，而且工件受热不均，不同位置的温差可能高达上百度，热辐射和CO、 O₂等有害气体使操作环境变坏，对焊工的健康造成不利影响。

随着核电站应用范围和发展力度的加大，对于第三代压水堆核电站核心设备AP1000蒸汽发生器的制造，急需能快速、均匀加热其管板的方法。

目前，尚未有通过电磁感应加热AP1000蒸汽发生器管板的报道。

发明内容

为了克服上述不足，本发明人经过锐意研究发现，通过电磁感应加热方式加热AP1000蒸汽发生器的管板，通过在管板上设定工装固定功率和电流适当的电磁感应加热电缆，可以快速、均匀地加热管板至预定温度，并能在期望温度下保温，显著缩短达到预定温度的时间，而且管板工件不同部位之间的温度很均匀，温差较小，大大降低了能量消耗，节约成本。

本发明的目的在于提供一种AP1000蒸发器管板的电磁感应加热方法，该方法包括以下步骤：

（1）计算加热管板加热至期望温度的热容量，由此获得电磁感应加热电缆产生的热量

热容量=管板重量×比热容×（期望加热到的温度-开始加热的温度）                            式（1）

其中，比热容为管板的比热容，由管板材质决定

电磁感应加热的热量=k×热容量    式（2）

其中，k为无量纲系数，根据能量的利用效率和过程中的热量散失，经试验确定取值1.3-1.5

（2）确定电磁感应加热电源功率和电缆规格

首先计算一定时间加热某个工件至要求温度所需要的功率。根据计算功率选择电源功率。例如，电源输出功率为20KW-240KW，管板的电磁感应加热电源选择功率为80KW，输出功率可调范围0~100%。根据需要可选择1台或多台电源，如选择8台电源，功率共计640KW。

优选在生产中使用的是中频电源，输出的频率范围是1KHZ-100KHZ。

在优选的生产实践中，电源有两个主要的控温方式，即恒功率输出和恒电流输出。对于恒功率输出，输出功率一般设置为20~50KW，对于恒电流输出，输出电流一般设置为100~150A。

目前常用的电磁感应电缆与普通的铜制线缆不同，该电缆内部的每股铜线之间的绝缘隔热措施处理得很好，因此具有良好的耐热性能，在预热和后热温度范围内可长时间工作，特别适于用于本发明。

特别地，对于高温电磁感应加热电缆的规格，根据加热温度和加热功率确定使用可耐最高温度不低于500℃的电缆，额定电流100-200A，最优选200A，电缆长度按照工件形状和工装需要确定为15-30米，电缆外皮耐高温并可靠绝缘。

（3）设计制作工装

根据AP1000蒸汽发生器管板的结构特点，管板分为焊接面和非焊接面，焊接面一般在管板上表面，非焊接面包括管板下表面和侧面。对焊接面加保温层，减少热量散失，在非焊接面布置加热电缆，因此工装包括三部分：第一部分是焊接表面的保温工装，第二部分用来固定管板侧面的加热电缆，第三部分用来支撑和固定管板底部的加热电缆。

（4）在管板非焊接表面安装热电偶和感应加热电缆，在管板焊接表面加装保温层