核2 & 3級管殼式換熱器過程質量控制

張軍懷

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

核2 & 3級管殼式換熱器過程質量控制

張軍懷

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

通過對核2 & 3級管殼式換熱器制造過程中的質量問題進行統計分析，結合現場質量控制工作實踐，總結了制造過程中各階段常見的質量問題，分析了關鍵工藝和重點工序，給出了質量控制的關鍵點和過程控制要求，旨在實現過程質量控制工作實效。

管殼式換熱器；質量問題；過程控制

核2 & 3級管殼式換熱器中的核2 & 3級是指核安全2級和3級，核2 & 3級管殼式換熱器數量多，分布于核電站多個系統，如余熱排出RRA、安全殼噴淋EAS、化學和容積控制RCV、冷卻水RRI、核島冷凍水DEG、蒸氣發生器排污APG、硼回收TEP和輔助給水APA，其擔負著正常工況、失水事故工況和停堆檢修期間核電站多個系統介質的壓力和溫度調控作用，保障核電站的安全運行。為做好核2 & 3級管殼式換熱器過程質量控制工作，確保設備在保證質量的前提下交付核電站,本文結合某制造廠的質量控制經驗對換熱器制造過程常見問題進行了統計，按照關鍵工藝及重點工序，討論了過程質量控制的關鍵點。

1 核2 & 3級管殼式換熱器常見質量問題

核電站不同系統的核2 & 3級管殼式換熱器因具體承擔的功能不同，其具體結構形式多樣，其中，重要零部件主要包括封頭、筒體、管板、法蘭和換熱管，其余零部件包括導流筒、折流板、分程隔板、接管、蓋板、拉桿、支座和緊固件等附件。材料采購和零部件制造階段涉及的工藝有鍛造、熱處理、成形、焊接、機械加工和脹接等[1-2]。

某制造廠承擔了CPR1000項目6臺核電機組共計125臺核2 & 3級管殼式換熱器的生產制造工作，筆者依據生產制造過程中發生的不符合項及過程監造文件質量記錄數據,并結合實際現場質量監督的經驗，對涉及到的質量問題按照主要零部件進行了分類統計分析，歸納總結了制造過程中常見的質量問題(見表1)。

表1 制造過程中的常見質量問題

1.1 原材料采購階段質量問題

由統計可知，材料采購階段出現質量問題比例為2.59%。常見問題有化學成分、力學性能、無損檢驗不合格、熱處理記錄不全和外觀質量缺陷等。例如，對換熱器4RRI005RF雙頭螺柱原材料化學成分復驗發現，Ni含量實測值為8.46%，不符合合同技術文件要求的9%～12%；還有對于除氣塔液體冷卻器8TEP001RF螺柱，原材料鍛件進廠后對硬度最高和硬度最低的2組試樣進行力學性能復驗，硬度最高的一組試樣抗拉強度為513 MPa，不符合技術文件中抗拉強度≥520 MPa的要求；硬度最低的1組試樣屈服強度為187 MPa，不符合技術文件中鍛件屈服強度≥210 MPa的要求，其余力學性能復驗均合格[3]。

1.2 主要零部件制造階段質量問題

1)封頭出現質量問題統計比例為7.12%，常見問題包括表面鼓包、壓痕、折皺、磕碰缺陷、幾何尺寸超差、標記不清、母材見證件與產品未同爐熱處理以及模擬焊后熱處理性能試驗不合格。

2)筒體及筒體組件出現質量問題統計比例為32.36%，常見問題包括焊縫處棱角度超差、預留焊接變形量不正確、焊縫內外缺陷、見證件破壞性試驗時機不滿足RCC-M規范中規定的2個月內試驗并出具報告的要求[3]、試驗結果不合格、成形尺寸超差和開孔方位或尺寸錯誤。如某項目 4臺余熱排出換熱器筒體與封頭對接坡口形式不一致，筒體坡口為單U型，封頭坡口為雙V型。核查原因為筒體圖樣坡口形式存在設計變更，未及時更改工藝文件。又如安全殼噴淋熱交換器殼體在板材卷制后圓度相差太大，未進行校圓而直接進行機械加工，造成后續尺寸超差，從而發布了外部不符合項。

3)管板、法蘭及組件出現質量問題統計比例為12.6%，常見問題包括鍛造記錄不全、標記不清、未預留余量、加工后漏做無損檢測、尺寸及表面粗糙度超差、密封面損傷、存在堆焊缺陷和見證件破壞性試驗不合格。如凝汽器8TEP004CS上管板機械加工后發現6個孔超差,尺寸為φ51.45～φ51.60 mm，而圖示尺寸為φ(51.3±0.08) mm，超差0.07～0.22 mm。

4)換熱管及管束組件出現質量問題統計比例為5.5%，常見問題包括力學性能不合格、幾何尺寸超差、磕碰損傷和表面粗糙度不滿足要求。

1.3 組件、總裝配及出廠驗收階段質量問題

1.3.1 組件制造階段常見問題

殼體組件出現的常見問題統計比例見表1，常見問題主要有坡口尺寸、組對間隙及錯邊量超差；焊接順序不滿足工藝要求，焊接變形；焊縫質量缺陷(邊緣未熔合、夾鎢、咬邊、表面氣孔、凹陷、裂紋、蜂窩狀氣孔和成形不良)；焊縫漏做無損檢測；見證件破壞性試驗時機不滿足RCC-M規范要求，破壞性試驗結果不合格；焊后熱處理升降溫速率或保溫溫度不符合要求；組件開孔方位及尺寸錯誤；支座位置尺寸以及地腳螺栓孔位尺寸超差。

管束組件出現的常見質量問題統計比例見表1，常見問題有組裝環境及零部件表面粗糙度(鐵屑、銹斑、油污)問題；孔口尖角毛刺；強力穿管，管子伸出長度不滿足焊接工藝；影響焊接質量因素(焊材、設備、工藝參數、環境、人員資質)問題；焊縫外觀質量問題；NDT缺陷；脹管(標記、漏脹、壓力、保壓時間)問題；未按工藝更換脹袋或脹芯；氦檢漏工藝過程及結果不符合技術文件要求。

1.3.2 總裝配階段常見問題

總裝配階段出現的質量問題統計比例為22.3%，常見問題包括表面粗糙度不合格、尺寸超差、管子損傷、管束變形、附件焊接定位尺寸超差、緊固件未按工藝要求順序裝配或裝配不全以及設備整體尺寸超差。水壓試驗問題包括文件要求不明確，試驗用盲板、堵頭、管路連接問題，現場安全問題，壓力表(有效期、精度等級、量程、表盤直徑)問題，溫度(壁溫、水溫)問題，介質檢測報告及有效性問題，過程(緊固力矩、排氣操作、升降壓速率、壓力值、階段保壓時間、泄漏、壓降、變形、異響)問題，水壓試驗后處理(排水、清潔、干燥、更換密封墊)問題，記錄報告(參數、內容，未記錄更換密封墊后緊固力矩)問題。如某項目2臺安全噴淋換熱器(3EAS001/002RF)殼程水壓試驗后未及時進行干燥處理，造成接管換熱管表面浮銹，從而發布不符合項處理。

1.3.3 表面處理及防腐常見問題

表面處理及防腐出現的質量問題統計比例為12.6%，常見問題包括碳鋼表面處理后存在氧化皮、銹蝕、油污，油漆質證書不全，涂漆時機、過程、環境不滿足技術要求，出現漏涂、誤涂，出現起皮、鼓包、掛流，漆膜厚度及附著力不滿足要求，記錄不規范。不銹鋼部件未進行酸洗、鈍化或清潔不徹底，機械加工非涂漆部位未防腐處理，管殼程未按技術文件要求充氮密封，充氮后出現泄漏降壓。如某項目2臺余熱排出換熱器在發運到現場后發現氮氣壓力表讀數為0，用內窺鏡檢查發現筒體內部生銹。

1.3.4 出廠驗收常見問題

出廠驗收出現的質量問題統計比例為12%，常見問題包括表面處理損傷及表面粗糙度不合格、實體損傷、銘牌標牌參數錯誤、外漏管口孔口未封堵、漏裝緊固件、緊固過程未使用潤滑劑、備品備件數量有誤、標識(重心、介質流向等)缺失、包裝不規范、部分制造過程記錄文件缺失以及完工資料不規范。

2 過程質量控制重點

通過對換熱器制造階段和重點工藝過程中質量問題的統計分析可知，對換熱器的質量控制應從材料采購初期到出廠驗收階段做好全過程質量控制的總體策劃及實施。

2.1 材料采購階段控制重點

核2 & 3級管殼式換熱器主要零部件原材料大致可分為4類，即板材、棒材、鍛件和換熱管。關注化學成分(熔煉、成品)分析、力學性能、無損檢測和熱處理記錄；不銹鋼材料晶間腐蝕及表面粗糙度控制，檢查鍛件鍛造比、換熱管彎管工藝評定、水壓試驗和幾何尺寸。質量控制應做到選擇合格分包商并在采購質量計劃對關注點設見證點現場檢查驗證，如不具備原產地檢查條件，應審查原材料采購完工報告并在換熱器主制質量計劃中設置復驗見證點進行檢查，關注緊固件，重點跟蹤力學性能和無損檢測情況。

2.2 主要零部件制造階段控制重點

核2 & 3級管殼式換熱器制造過程中，殼體和管束制造是關鍵，重要工藝過程有封頭、筒體、換熱管成形，殼體焊接，管板、折流板機械加工以及管板與換熱管的密封焊、脹接，這部分質量問題所占統計比例為57.33%，應作為質量控制的重點。

2.2.1 成形工藝過程

關注成形工藝評定和熱處理過程，檢查內容包括下料尺寸工藝留量、成形后外觀及尺寸、標記、產品及見證件同爐熱處理和見證件模擬焊后熱處理性能試驗。在質量計劃中設點進行控制，及時檢查記錄文件。

2.2.2 焊接工藝過程

換熱器關鍵焊接工藝包括筒體縱縫、環縫焊接，筒體與封頭、筒體與接管、接管與法蘭、傳熱管與管板焊接，不銹鋼堆焊，焊后熱處理和焊縫無損檢測。焊接工藝過程控制分焊前、焊中和焊后。焊前檢查包括工藝評定、焊接數據包及工藝規程，工藝文件與合同技術文件的符合性，焊材質證書，焊工資質，待焊零部件標記及前序質量記錄文件，焊接設備使用狀態，工件組對預熱情況，焊材質證書及烘干領用情況；焊中檢查包括焊接電流、電壓、速度，道間要求，層間溫度，過程記錄；焊后檢查包括外觀、熱處理、記錄報告、跟蹤無損檢測。對于焊接見證件，同步執行檢查并及時跟蹤見證件性能試驗。質量計劃對開工授權、焊接、焊后熱處理、焊縫無損檢測設點。注意過程焊接變形工藝措施的落實，出現過程不符合項要跟蹤返修方案的確認和過程驗證。

2.2.3 機械加工工藝過程

對換熱器而言，管板和折流板的機械加工是重點。管板各孔直徑加工精度幾何公差決定換熱管間隙，間隙大小影響到換熱管與管板的焊接和脹接質量。各孔直徑加工精度幾何公差影響換熱管間隙，間隙的大小影響穿管和傳熱性能及管束的振動。因此，重點關注管板和折流板管孔加工后檢查手段，確保管板和折流板的加工質量和孔口防護。對于其他零部件，如法蘭等檢查總體尺寸，孔尺寸及幾何公差，密封面及孔口的防護。質量計劃對尺寸檢查、表面粗糙度及防護設見證點，重點關注管板和折流板加工。

2.2.4 管子與管板密封焊及脹接工藝過程

在管束制造過程中，除按照焊接工藝控制外，重點檢查管與管板密封焊孔口毛刺及表面粗糙度，關注脹接工藝評定文件以及脹接過程工藝參數(時間、長度、壓力)的合理選取。質量計劃對穿管、管子固定、管口密封焊、密封焊縫無損檢查、氣密性試驗、脹管和焊縫氦檢漏設見證點。

2.3 裝配及出廠驗收階段質量控制重點

裝配及出廠驗收階段重點檢查過程表面粗糙度控制、裝配工藝有效性、裝配順序、緊固順序及力矩、裝配完整性、裝配及總體尺寸、水壓試驗過程、表面處理防腐及防護、密封及鎖緊裝置及完工資料審查。質量計劃可設開工授權點，檢查待裝配零部件實物質量和過程質量文件，核查裝配適用文件和相關工藝規程的正確性和有效性，以確認具備條件；針對重點檢查內容，對相應的操作工序設見證點跟蹤檢查。

3 過程質量控制實施

1)制造開工檢查。檢查制造資質及質保大綱、技術文件、質量計劃審查設見證點設置情況、制造過程檢驗及試驗文件、特種工序人員資質、機具及工量器具、制造廠地、合格分包商及原材料采購情況，以確認具備開工條件。

2)制造過程跟蹤。按照質量計劃設點對難點工藝過程和重點檢查工序做好現場檢查驗證工作，及時掌握制造信息，提前介入見證檢查，做到預防質量問題發生。重視過程巡檢，嚴肅工藝文件執行，糾正不良作業習慣，審查過程記錄，確保記錄的真實性、正確性和有效性。

3)問題處置追根溯源。針對質量問題分析其根本原因，確認處置方案，制定后續預防類似問題再次發生的措施，跟蹤驗證處置過程，如出現質量問題，提醒督促制造廠及時向采購方、業主及監管當局報送，做到質量問題透明處置。

4)重視經驗反饋。對出現的質量問題做好質量控制人員和制造廠雙方的經驗反饋工作，發揮制造廠在過程質量控制工作中的主觀能動性和主要作用。

4 結語

結合換熱器制造過程常見質量問題統計結果，通過系統分析制造關鍵工藝過程，給出了策劃階段質量計劃設點建議。總結了制造開工檢查、制造過程跟蹤、問題處置追根溯源和重視經驗反饋的過程質量控制重點，可保證核2 & 3級管殼式換熱器質量達到合同技術要求。

[1] 吳金星，董其伍，劉敏珊,等．管殼式換熱器失效分析、預防及在線檢測[J]．壓力容器，2001(6):57-60.

[2] 張勇，閆媛媛，楊飛．管殼式換熱器研究進展[J]．廣東化工，2012(18):107-108.

[3] 王強，賈文靜．管殼式換熱器出現的問題及解決措施[J]．內燃機，2014(1):14-18.

責任編輯李思文

AnalysisProcessQualityControlofClass2 & 3ShellandTubeTypeHeatExchangeraboutNuclearPowerStation

ZHANG Junhuai

(China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen 518124, China)

Through statistical analysis quality questions in manufacturing process of class 2 & 3 shell and tube type heat-exchangers about nuclear power station and considering quality control experience in site of manufactory, the paper summarized common quality questions, analyzed the key technology and key procedure, and gave the quality control points and process control requirements to achieve the effectiveness of process quality control work.

shell and tube type heat-exchangers， quality question， process quality control

TF 066.2

：A

張軍懷(1972-)，男，工程師，注冊設備監理師，主要從事核電設備質量監督等方面的研究。

2014-11-24