核電設備制造質量的管理

山東核電設備制造有限公司是生產設備的使用者，需要在工作過程中維護和管理好生產設備，確保生產經營；同時，公司又是核電設備的生產制造者，承載著核電裝備質量保證的使命，為建造安全高效的核電站貢獻力量。

核電設備制造質量的管理

山東核電設備制造有限公司

山東核電設備制造有限公司（以下簡稱：公司）成立于2007年7月，注冊資本2.2億元，位于山東省海陽市，是由國家電力投資集團公司控股組建的全球首家AP1000核電裝備制造企業，是AP1000核電“工廠化預制，模塊化施工”的實踐者和AP/CAP核電專業設備供應商，肩負著AP1000核電相關關鍵設備國產化的歷史使命。

2006年，中國決定引進美國AP1000核電先進技術。2009年，黨中央、國務院確定AP1000技術為中國未來核電發展主要路線。AP1000是當前最先進的核電技術之一，該技術在美國只是概念設計，尚未應用于實踐。中國浙江三門核電站是全球AP1000核電首堆。

作為首家AP1000核電裝備制造企業，公司在世界上率先成功掌握了三代核電AP1000/CAP1400鋼制安全殼和模塊制造的先進工藝，形成了批量化生產能力，填補了AP/CAP核電相關設備領域的空白；一體化頂蓋組件、空氣導流板等產品填補國內相關產品領域空白。

目前，公司核電產品有：鋼制安全殼、結構模塊、機械模塊、一體化頂蓋組件、空氣導流板、人員閘門、設備閘門、機械貫穿件、燃料格架、屏蔽廠房、緊固件等。

一、重視質保體系建設，確保有效運行

質量是核電設備的生命線。公司高度重視產品質量保證工作。針對核電設備制造，公司建立并有效運行完善的質量保證與資質資信體系，包括國家核安全資質體系，美國ASME資質體系，質量、環境、職業健康安全管理體系，獲得特種設備設計和制造許可證、中國國家實驗室（檢測）等資質證書。2014年11月通過國家核安全局審查，成為國內14家民用核安全設備焊考中心之一。

二、控制生產材料源頭，保證設備質量

生產材料對核電產品的質量保證至關重要，公司嚴格按照核電質保體系要求和質量標準，采取駐廠監造、材料復驗、功能試驗等措施，追溯生產材料的元素構成和材質保證，確保設備質量。目前，公司擁有電感耦合等離子發射光譜儀、紅外碳硫分析儀、全自動智能壓力分析儀等243臺材料復驗檢驗設備。

通過參與國家核電自主化依托項目和后續項目建設，公司在確保產品供應的同時，在全球區域與眾多設備材料企業緊密合作，建立了一套較為完整的AP/CAP合格供應商體系，合格供應商達129家，涵蓋了金屬材料、化工材料、其他非金屬材料、鍛件、生產設備、模塊內泵閥設備等多領域，具備了 AP/CAP等堆型相關核電產品制造和集成能力，充分保障了公司持續的產品研發和供應。

圖1 外來污染物對成品涂層影響

圖2 紫外線導致涂層泛黃、開裂

圖3 涂層鼓包

圖4 涂層表面污染

圖5 不銹鋼表面污染

三、堅持技術創新，保證產品合格

為保證產品質量，公司在產品制造前進行了充分的技術準備，識別產品制造過程中的技術風險與影響產品質量的技術難點，進一步突破關鍵技術，解決技術問題。目前，公司核電設備制造過程中影響質量的典型問題為制造與安裝過程中的變形和半成品/成品的保護。

1.核電設備制造與安裝過程中的變形控制

公司產品制造過程中普遍存在的典型問題為設備變形。為保證產品尺寸和形狀偏差滿足技術要求，公司針對不同的產品采用不同的方式進行變形控制。

（1）鋼制安全殼。

筒體環和封頭體積大、重量大，相對厚度小，運輸、吊裝時易產生變形。如不解決，容易帶來筒體環和封頭的變形，從而影響筒體環和封頭及其他附件的安裝精度，我公司采用八卦梁進行吊裝，使筒體環和封頭各個截面受力均勻，有效避免了吊裝后筒體和封頭的變形；在此基礎上，我公司積極推進設備裝置的更新換代，聯合有關單位研制了伸縮吊具，以此解決吊具自身重量過重問題，降低對起重設備起重能力的要求，實現了多個核電項目的方便共享。

插入板套管組件焊接時由于插入板過厚，焊縫填充量大，焊接時易產生變形。我公司在產品焊接時，采用防變形工裝，同時控制焊接速度，采取保溫措施，有效解決了可能的變形問題。

（2）一體化堆頂組件。

一體化堆頂組件三個圍筒通過卷制成形，筒體直徑較大，壁厚比較薄，筒體直徑公差要求比較嚴格，公差難以保證。后續焊接和切割過程中，筒體易發生變形。我公司采用調整撐圓器工裝，保證筒體直徑滿足公差要求，后續的焊接和切割施以撐圓器固定，從而保證了產品形狀。

圖6 可剝涂層照片

圖7 未經防護涂層照片

（3）結構模塊。

結構模塊制造過程中產生變形主要在以下幾個方面：

1）面板與角鋼焊接變形。在薄面板上焊接多條角鋼，由于焊接量大，冷熱收縮不均容易造成面板組件出現彎扭變形，若不采取矯形措施，面板組對后平面度無法滿足設計要求。

2）面板組對變形。面板與面板組對過程中，由于焊接收縮，組對偏差等原因造成子組件出現偏扭等變形，從而導致產品現場組對困難甚至無法組對。

3）吊裝運輸變形。CA子模塊為薄板連接結構，剛度較小，吊裝運輸容易產生變形，造成子模塊平面圖和尺寸等超差，影響現場組對。

我公司采用以下方式解決模塊制造過程中的變形問題：

1）設計和制造反變形工裝和機械矯形機，對面板組焊時用反變形工裝進行調節和減少變形量。焊接后用矯形機進行機械矯形，使鋼板平面度滿足面板組對要求。

2）面板組焊時，在合適位置采取臨時支撐等方式臨時加固，確保焊接后的面板組件變形在控制范圍內，焊接后采取液壓千斤頂等裝置進行矯形，確保產品變形滿足設計要求。

3）通過軟件建模分析，找準CA子模塊重心，根據重心和模塊結構特點設計合理的吊裝組件和方案，確保模塊翻轉和裝運時受力均衡，并在運輸時根據模塊的特點和變形趨勢，對模塊進行局部臨時加固，確保吊運變形在彈性范圍內。目前模塊的制造和吊運過程中，變形控制不僅能達到設計要求，而且能高于設計要求，確保了產品的質量。

（4）空氣導流板。

空氣導流板主材為鋁合金，體積大，鉚接量大，鉚接時易產生變形。如不解決，導流板的裝配精度難以達到甚至部分區域無法進行鉚接。鉚接前制造可翻轉工裝將工件進行固定，避免人工進行翻轉。鉚接時分區域鉚接，避免在同一區域連續鉚接，鉚接后的導流板滿足尺寸要求且未發生變形。

（5）機械模塊。

機械模塊中箱型梁結構采用多種材質，由于不同材質其性能存在差異，焊接過程中收縮量不同，如果不加以控制，可能導致模塊最終尺寸不符合設計要求。我公司通過試驗及經驗反饋，嚴格控制箱型梁零部件的下料公差，規范組焊順序，同時設計工裝來控制焊接變形。箱型梁結構最終尺寸滿足機械模塊整體尺寸公差要求。

2.核電設備半成品/成品保護

AP1000核電站采用開頂法建設，前期制造的設備成品涂層表面容易出現變色、泛黃，甚至出現開裂和大面積脫落等缺陷，不同程度上影響了產品質量，同時造成施工成本增加，工程進度也受到影響。 主要問題如下：

（1）焊縫坡口保護問題。

通常采用布基膠帶進行坡口保護，該膠帶在高溫下或長期附著于鋼板上時會存在殘留，焊接施工前須對坡口進行打磨去除，而去除殘留物工作十分困難，降低了施工效率。

（2）油漆表面污染問題。

AP1000核電模塊要求采用環氧面漆進行防腐蝕保護，該油漆耐候性較差，長期在紫外線下會呈現變色、失光、泛黃、開裂和脫落等現象；同時，在施工過程中，人員踩踏和設備磕碰容易造成涂層污染和破壞。在水汽的浸泡下，更加快了涂層脫落的風險，主要存在于以下幾個方面：

1）裝配打磨產生的鐵粉污染。

施工過程中，焊接、噴砂等對金屬表面打磨時產生了鐵銹和飛濺物，散落到未遮擋保護的涂層表面并沉積，在濕度較高時，表面的鐵粉開始銹蝕，污染涂層表面，長期腐蝕影響到涂層的防護作用，造成表面出現大面積散落的點銹和銹蝕坑。

2）紫外線老化。

采用“開頂法”建設模式，設備就位后，距離鋼制安全殼頂封頭就位還有較長時間。在這段時間中，設備始終處于戶外的陽光照射下。環氧漆較差的耐候性，在紫外線下開始老化，表面粉化、失光、變色，隨著老化量的增加，表面漆膜變脆、分子鍵斷裂，呈現出表面漆膜開裂現象。

3）潮濕導致鼓包。

在夏季濕度較高時，設備底部長期浸泡于水中，部分表面長期掛滿水珠，漆膜具有滲透性，長期浸泡的表面在水汽入侵后呈現底材返銹現象，導致表面開始鼓包，最終導致涂層表面破損。

4）涂層表面混凝土、灰塵污染。

混凝土施工中，未對腔室外部的模塊表面防護涂層進行有效的防護，導致表面沾有混凝土和砂子、灰塵等污染物，長期污染會對防護涂層的功能產生影響。

5）不銹鋼表面污染問題。

AP1000核電設備中使用了大量的不銹鋼材料，這些材料在出廠前和拼裝分別完成后進行了酸洗，待核島就位后，又會遭受污染。圖5是核島就位后的CA03模塊，該模塊材質為雙相不銹鋼。

通過依托化項目情況分析，我們對國內外涂層防護進行了調研，提出了新穎的核電涂料臨時性保護方式。通過改進可剝涂料的顏色和配方，去除對涂層和鋼板污染的重金屬元素，提高了柔韌性和附著力，采用的臨時性防護涂層具有優良的防護性能，并且容易去除，價格低廉，涂層經過保護后不存在顏色差異。

該油漆主要由高質量合成樹脂而成，耐酸、耐堿、附著力佳，油漆表面平滑，可直接噴上其他油漆，同時也具有良好的裝飾效果；可以用于暫時性保護金屬物體表面防碰撞、防刮傷、防腐蝕、防水、防銹、防污、防塵。采用的可剝離防護層不含重金屬元素，并且具有優良的柔韌性，經過紫外線老化和鹽霧試驗后依然具有韌性，能夠容易地與底材保護涂層相剝離，同時需要具有一定的強度，可避免碰撞、刮除對涂層造成損傷。

采用無毒無危害的可剝離型油漆對產品進行保護，該油漆施工后猶如一層熱塑性的塑料膜緊緊粘附于產品的表面，待到施工開始前，用手沿著臨時性保護涂層一端撕開，去除可剝離型油漆，不需打磨，便可直接焊接和操作。

圖6、圖7分別為采用可剝涂層防護后和未經防護的涂層照片，可以看出涂層未經防護后表面造成了大面積的污染，變色和粉化失光，而經過可剝涂層防護后，涂層表面光澤度較好，干凈并保持原色。該工藝保護的涂層能夠經受3-5年的紫外線照射和外來污染物破壞，能夠確保核電站建設周期的核電設備的質量要求。

目前，公司承擔的“AP1000鋼制安全殼制造技術”和“AP1000一體化頂蓋組件制造技術”兩項國家科技重大專項課題通過驗收；獲得省部級科技進步獎2項，優秀專利獎8項；參與“鋼制安全殼制造技術標準”、“一體化頂蓋組件制造技術標準”、“非能動壓水堆核電廠鋼制安全殼部件制造及質量驗收規程”等5項行業標準的編制。

本刊保留所有文字、圖表版權，未經許可不得轉載、摘編。

編輯郵箱:emiunited@163.com