核級應急柴油機的國產化方案

魏邦華

（福建福清核電有限公司，福建??福清??350318）

核級應急柴油機的國產化方案

魏邦華

（福建福清核電有限公司，福建??福清??350318）

通過對應急柴油機在國產化過程出現的問題原因分析，提出了一系列的對策，指出了我國核電廠所用的核級應急柴油發電機組，實現國產化應建立完善的核電設備質量保證體系，確保質量保證體系有效運轉，加強設計控制，從設計源頭上杜絕問題的產生，完善并加強設備制造工藝控制，確保設備的制造質量；加強對外購件的質量檢驗，確保外購件的到貨質量；重視人員培訓，加強對引進技術消化吸收，降低人因失誤，重視技術管理，確保設計及制造過程中嚴格執行相關標準及程序等。

應急柴油機組；國產化；核電廠；項目管理

1 核級應急柴油機設備技術要求

應急柴油發電機組設備功能是在廠外主電源和廠外備用電源均失效的情況下，每座反應堆的任意一臺應急柴油發電機組應能夠滿足核電廠應急廠用設備用電要求，以確保核電廠核級應急設備提供可靠應急電源，保證堆芯充分冷卻，確保反應堆安全停堆[5]。可以說應急柴油發電機組是供電系統的最后一道防線，且執行反應堆的安全停堆功能。特別是在事故工況、全廠斷電或地震情況下，該設備必須可靠啟動，為堆芯冷卻設備提供可靠應急電源。所以對核級應急柴油機組設備可靠性、抗震性能以及抗老化能力等方面均要求較高。

核級應急柴油發電機組主要技術指標：

●?10?s內啟動并達到額定轉速及額定電壓；

●?100次啟停試驗不允許有一次失敗，啟動可靠性大于99%；

●?核電廠發電及熱停堆階段，柴油發電機組處于熱備用狀態，柴油機組預熱系統、壓空系統及預潤滑系統應正常運行，確保柴油機組隨時啟動；

●?應急柴油機組機械部件安全等級為核三級；電氣設備為1E級；

●?應急柴油機組設備抗震等級為抗震1類，其中柴油機、發電機、燃油輸送泵及電機、風扇冷卻器及電機設備為1A類，即這些設備在所有地震條件下不僅能保證結構完整，還要能持續可靠運行；

●?應急柴油發電機組應能具備全廠斷電的黑啟動功能；

●?應急柴油發電機組瞬態穩定性較好，加載時電壓和頻率的跌落不超過75%和95%，并在2?s之內恢復到90%和98%；

●?機組壓空系統在不補氣的情況，應能保證機組5次啟停；

●?應急柴油機組應具備連續滿功率運行168?h的能力，確保事故情況下能安全停堆；

●?應急柴油機組應具備苛刻的過負荷能力，能在110%電功率下連續運行。

2 核級應急柴油機組設備國產化現狀

應急柴油發電機組系統結構較為復雜，設備可靠性、抗震及抗老化要求較高，涉及到電氣、機械、儀控、土建、通風、水工、材料分析等多學科專業，接口復雜，設備的設計及制造難度較大，在遼寧紅沿河核電站建設以前，該設備均是國外設備商提供[1]，隨著核電建設步伐加快，國內的相關組織及單位對應急柴油發電機組設備國產化的呼聲越來越高。

應急柴油發電機組是個復雜系統，國內企業目前單獨完成該設備的整體設計及制造較為困難，為了響應國產化的要求，國內的核電廠建設總承包方在簽訂應急柴油機組采購合同時，在合同條款中均規定了引進應急柴油機組的設計及制造技術，逐步實現國產化。目前，核級應急柴油機組國產化模式主要還是以與國外大型核級柴油機供貨商聯合設計及制造為主，通過合作，消化吸收國外大型核級柴油機技術，提升國內相關企業的技術能力。現階段我國核級柴油機國產化主要有兩大聯合體模式：一是以德國MTU、阿海法公司和山西北方安特優合資有限公司組成的三方聯合體；二是以法國ALSTOM、德國MAN公司、武漢ALSTOM、陜西柴油機重工有限公司組成的四方聯合體。

2.1 以MTU為主組成的聯合體在柴油機設備國產化過程中相關問題

在福清核電1、2號機組應急柴油機設備簽訂采購合同時，在合同中已明確后續2號機組的柴油機組由北方安特優合資有限公司組裝試驗，北方安特優合資有限公司將從德國MTU公司引進技術，建造試驗臺，從而保證柴油機的組裝及試驗，德國MTU公司提供技術支持；發電機設備由AREVA公司負責供貨，并由AREVA公司提供技術支持，上海電機廠設計制造。然而在項目執行及國產化過程中出現了一些問題。

2.1.1 國產制造出現的問題

上海電機廠首次為中高速柴油機配套1E級發電機，因其對核電產品的質量要求認識不夠，導致在制造過程中出現了一系列問題，首臺發電機通過性能試驗，在空運到德國MTU公司檢查后發現，發電機的出線電纜破損、軸承座發現裂紋。經過MTU及AREVA公司專業人員進一步檢查，又發現了許多細節上的問題[2]。正是這一系列的細節上的問題，導致AREVA公司最終拒收該臺設備。究其原因在于上海電機廠的核電質保體系不夠完善，體現如下：

●?設計控制方面存在不足。上海電機廠設計人員沒有認真核對AREVA提供的接口圖紙，沒有發現上海電機廠設計的轉子尺寸與AREVA提供的接口尺寸不符，圖紙沒最終固化，是導致轉子報廢的根本原因。

●?上海電機廠設計人員對應急發電機在極端運行情況下的安全和可靠性要求考慮不夠充分，是導致螺栓沒有采用蝶型防松墊片、定子鐵芯外罩與端蓋焊縫不符合核級要求等細節問題產生的根本原因。

●?項目管理存在問題，特別是接口管理存在不足；如在未與總承包方及業主溝通的情況下，對首臺電機定子進行了一系列的破壞性試驗，是導致定子報廢的根本原因。

●?制造質量沒有嚴格按照圖紙及工藝文件的要求進行控制，如用鑄件爐冶煉轉子鍛件、定子出線沒有按工藝要求固定而損壞、平衡塊沒有按工藝要求鎖緊等，這些問題的產生均反應了上海電機廠在制造及質量控制方面，沒有嚴格按照圖紙及工藝文件的要求進行。

●?對外購件缺乏有效的質量控制，軸承座存在裂紋，說明上海電機廠對外購件軸承座的到貨檢查不規范，沒能控制好原材料進廠檢驗關，是導致問題的根本原因。

2.1.2 國產組裝試驗遇到的問題

北方安特優合資有限公司組裝好方家山項目第5臺柴油機后，在試驗過程中突然出現柴油機自動停機[3]。事故發生后，德國MTU公司派技術人員及專家與安特優技術人員對柴油機進行了檢查，檢查出柴油機B7缸出現抱缸問題。經解體檢查發現B7缸套及活塞咬住并出現嚴重的磨損，連桿瓦表面嚴重磨損（見圖1和圖2）。

產生燒瓦及抱缸的可能原因:

●?油系統不清潔，油質不合格；

圖1 連桿瓦磨損圖Fig.1 Wearing of connecting rod bearing

圖2 活塞損壞后照片Fig.2 Damaged piston

●?冷卻水系統不清潔，水質不合格，導致油溫升高不能形成油膜產生燒瓦；

●?組裝過程中軸瓦、缸套等部件未清理干凈，清潔度未達到要求。

為了找到引起柴油機抱缸的原因，德國MTU公司派技術人員及專家進行了一系列工作，認為水質偏高是導致問題產生的根本原因，建議試驗臺冷卻水水質用軟化水。

水質問題導致的油溫偏高僅僅是發生問題的原因之一，油質清潔與否也是產生問題的重要方面。從解體油濾網發現油系統有雜質判斷，油系統清潔度及油質質量作者認為是產生問題的根本原因，特別是油濾網到各軸瓦及各個汽缸的潤滑油管道在組裝過程清潔度是否達到要求，也是產生問題的重要原因。建議廠家在試驗前應將潤滑系統管道進行沖洗直到油質指標化驗合格，確保油系統清潔且油質化驗合格后方可啟動。

分析本次事故根本原因，主要還是技術管理上的問題，在試驗前油系統油質及水系統水質未完全達到技術標準要求，是導致問題發生的根本原因。

2.2 以ALSTOM為主的聯合體在柴油機國產化過程中的問題

以ASLTOM與陜柴重工股份有限公司等組成的四方聯合體模式，主要為紅沿河核電、海南核電、寧德核電提供核級應急柴油發電機組設備。在國產化過程中，也出現了一些問題。

2.2.1 寧德核電項目1LHP柴油機質量事件

2010年8月21日，寧德核電項目1L H P（A071810004）柴油機在單機試驗中發生A7/B7連桿軸瓦異常燒損及曲軸軸頸裂紋報廢故障[4]。

原因排查：造成本次質量事故的根本原因是由于連桿總裝工藝存在疏漏，檢驗漏檢，造成A7/B7缸連桿螺栓緊固力矩不足，連桿瓦與軸承座之間摩擦力降低，引起連桿瓦轉動，摩擦發熱拉傷曲軸，燒損軸瓦。總結起來主要還是由于質量監督體系未能正常有效運轉，同時組裝人員未按工藝要求執行組裝工序造成的。

2.2.2 紅沿河核電項目2LHP柴油機質量事件

2011年3月26日，紅沿河核電項目2LHP機組在性能試驗時發生B2缸挺桿傳動裝置中的滾輪碎裂質量事件[4]。

原因排查：滾輪碎裂的根本原因是滾輪襯套氧化物脫落及相關零部件存在加工毛刺，破壞了滾輪與襯套間的油膜，引起滾輪與襯套之間異常摩擦，產生熱裂紋，進而造成B2缸排氣滾輪碎裂。

3 國產化對策

針對應急柴油發電機組國產化過程中出現的問題，結合應急柴油發電機組國產化項目管理的實踐，建議從以下幾方面進行控制，解決這些國產化過程中出現的問題。

3.1 建立完善的核電設備質量保證體系

質量保證體系是保證產品質量的最基本保證，若質量保證體系不完善或不能有效運轉，產品質量將沒有保證。建議負責引進消化吸收的國產化制造企業，首先必須建立符合核電設備的質量保證體系，其次確保質量保證體系有效運轉，真正做到凡事有據可查、凡事有章可循、凡事有人負責、凡事有人監督，從而制造出合格的最終產品，滿足國產化設備的質量要求。寧德核電項目1LHP柴油機質量事件從根本上說，應歸因于企業的質量保證體系未能有效運轉，重要部位的螺栓的擰緊力矩無人檢查所造成的。

3.2 加強設計控制

設備的設計標準及技術要求是保證設備質量的基礎，在應急柴油發電機組設備國產化過程中必須加強設計控制，要求設計人員認真研讀采購技術要求及相關的標準要求，清楚所設計的設備功能、作用、安全性、可靠性及是否為核安全級設備；同時要求設計人員認真消化引進設備的設計圖紙，完全掌握圖紙中每一細節后方可進行國產化設計；在國產化圖紙未固化前，所設計設備不能開工制造，從設計源頭上杜絕國產化問題的產生。上海電機廠設計的應急柴油機組的發電機設備，因對引進圖紙未完全消化，導致國產化設計圖紙中發電機轉子的尺寸偏短，從而直接導致已加工好的轉子不得不報廢。

3.3 完善并加強設備制造工藝控制

設備的制造工藝控制是保證設備的制造質量重要環節，在應急柴油發電機組設備國產化過程中必須加強柴油機組設備制造工藝控制。上海電機廠在補訂轉子鍛件時，中國二重沒有按照工藝文件的要求執行，用鑄件爐冶煉轉子鍛件，結果導致已生產的轉子鍛件力學性能不能達標而報廢；上海電機廠生產的發電機定子出線沒有按工藝要求固定而損壞、平衡塊沒有按工藝要求鎖緊等，這些問題的產生均反映了上海電機廠在制造及質量控制方面，沒有嚴格按照圖紙及工藝文件的要求進行，正因為首臺發電機在制造過程中沒有嚴格制造工藝文件，從而導致首臺發電機制造好后而報廢，進而使得AREVA公司終止執行與上海電機廠關于應急柴油發電機組發電分包合同，造成重大經濟損失。

紅沿河核電項目2LHP柴油機滾輪碎裂的質量事件也主要歸因于沒有嚴格執行制造工藝，滾輪零部件存在加工毛刺未去除，破壞了滾輪與襯套間的油膜，結果導致該質量事件的發生。

當然，在應急柴油發電機組設備首次國產化過程中，有部分設備是國內首次制造，加工制造工藝還不完善，這就需要通過樣件的制造來完善制造工藝，一旦制造工藝固化，在設備國產化制造過程中必須嚴格執行制造工藝，確保設備的制造質量，才能避免這些國產化過程中出現的因未嚴格執行制造工藝所產生的國產化問題。

3.4 加強對外購件的質量檢驗

外購件的質量對柴油發電機組產品質量將產生重要影響，在應急柴油發電機組設備國產化的過程中，負責引進消化的企業在外購件的質量管控方面要充分重視，確保外購件的到貨質量，為制造質量過硬的國產化柴油機設備打下基礎。上海電機廠正因為沒有控制好電機軸承座外購件到貨質量控制，導致有潛在裂紋軸承座組裝于電機上，AREVA公司的人員在檢查過程中發現了這一缺陷，最終導致AREVA公司拒收該電機。

負責引進消化柴油機設備的國產化企業，在外購件的質量控制方面還有待加強，建議這些企業在重要外購件采購前應對潛在供方進行供方評價，確保中標方是有能力并能保質保量的完成制造這些外購件的，在外購件的開工制造前要對外購件的開工條件進行審查控制，在外購件制造過程中建議國產化企業應對外購件制造過程質量進行控制，要審查外購件的制造質量計劃并對重要工序進行選點見證。

3.5 重視人員培訓

一個企業的興旺與否，人因將起到至關重要的作用，對于負責引進消化國外先進技術的設備國產化企業來說，人才的培養尤為重要。國產化設備制造企業更應重視人員培訓、注重人才培養，確保引進技術的全面消化吸收和再創新。建議國產化制造企業，應選出部分年輕有為的技術精英送到技術引進國對應的制造企業，深造學習先進設備的設計及制造技術，為設備的國產化提供有力的技術保障。

負責引進消化吸收國產化設備制造企業要重視防范人因失誤，制定切實可行的改進方案，降低人因失誤。

3.6 重視技術管理

技術管理是保證國產化設備產品質量的重要方面，負責引進消化吸收國外技術的國產化制造企業要重視技術管理，確保設計及制造過程中嚴格執行標準及程序，保證國產化設備的制造質量。如方家山第5臺柴油機在試驗過程中出現的缸套抱死及連桿瓦損壞事件，主要還是因為廠家沒有嚴格執行相關標準及規范所致，按照柴油機的試驗技術規格書中的要求，在柴油機試驗前，油系統油質及水系統水質應化驗合格并達到規范中的技術標準要求才能啟機，正是因為北方安特優合資有限公司沒有嚴格執行標準，水質未化驗合格就試驗導致嚴重事故的發生。

4 結束語

核電設備的國產化是我國核電產業發展的重要方向，百萬千瓦級核電站用應急柴油機組是核電廠重要安全級設備，是國家重點鼓勵國產化設備之一。目前，我國百萬千瓦級核電站用應急柴油機組國產化現狀不太樂觀，國產化過程中的確出現了一系列的問題，但只要我國柴油機制造企業建立完善的核電設備質量保證體系，確保質量保證體系有效運轉、加強設計控制，從設計源頭上杜絕問題的產生、完善并加強設備制造工藝控制，確保設備的制造質量、加強對外購件的質量檢驗，確保外購件的到貨質量、重視人員培訓，加強對引進技術消化吸收，降低人因失誤、重視技術管理，確保設計及制造過程中嚴格執行相關標準及程序等方面進行努力，相信百萬千瓦級核電站用應急柴油機組的組裝試驗國產化目標一定能夠實現。

[1]?核電站1E級應急柴油發電機組經驗反饋文集[C].?華北核與輻射安全監督站，2011：1-1.（Experience?Feedback?Corpus?of?Nuclear?Power?Plant?1E-class?Emergency?Diesel?Generator[C].?China?North?Nucleus?&?Radiation?Safety?Surveillance?Station，2011：1-1.）

[2]?1E級應急柴油發電機經驗教訓分析總結報告[R].上海電機廠有限公司，2010：1-3.（Lesson?Learn?Report?of?1E-class?Emergency?Diesel?Generator[R].?Shanghai?Motor?Works?Co.，Ltd.?2010：1-3.）

[3]?安特優合資有限公司關于方家山第5臺柴油機不符合項報告[R].?MTU，2010：10-11.（SNMD?NCR?for?FJS?Engine?0LHS[R].?MTU，2011：10-11.）

[4]?秦富平，編.?質量改進活動經驗介紹[G].?陜柴重工有限公司，2011：10-11.（QING?Fu-ping.?Quality?Improving?Experience?Introduction[G].?Shaanxi?Diesel?Heavy?Industry?Co.，Ltd.，2011：10-11.）

[5]?梁慧茹，許玫，等編.?應急柴油發電機組技術規格書[R].中國核電工程有限公司，2007：9-11.（LIANG?Hui-ru，XU?Mei，et?al.?Edit?Technical?Specification?for?the?Emergency?Diesel?Generators[R].?China?Nuclear?Power?Engineering?Co.，Ltd.，2007：9-11.）

Status and Countermeasures for Localization of Safety Class Emergency Diesel Generator

WEI?Bang-hua
(Fujian?Fuqing?Nuclear?Power?Co.,?Ltd.,?Fuqing?of?Fujian?Prov.?350318，China)

After?analysis?of?various?issues?and?root?causes?during?domestic?manufacture?of?emergency?diesel?generator,?this?paper?brought?forward?a?series?of?countermeasures.?This?paper?points?out?that?great?efforts?shall?be?made?to?establish?perfect?quality?assurance?system,?ensure?the?effective?operation?of?quality?assurance?system,?reinforce?design?control,?prevent?problem?arising?from?design,?perfect?and?enhance?manufacture?process,?ensure?equipment?manufacture?quality,?reinforce?quality?inspection?for?outsourcing,?ensure?the?quality?of?outsourcing,?attach?importance?to?personnel?training,?enhance?absorption?of?import?technology,?reduce?human?error,?attach?importance?to?technology?management,?ensure?design?and?manufacture?in?compliance?with?code?and?process,?etc.?so?as?to?achieve?localization.

emergency?diesel?generator；localization；nuclear?power?plant；project?management

TL35??Article character：A??Article ID：1674-1617(2014)02-0104-05

TL35

A

1674-1617(2014)02-0104-05

2014-03-09

魏邦華（1973—），男，安徽定遠縣人，工程師，從事核電廠應急柴油機研制工作。