AP1000依托項目人員閘門設備監造

王振星，齊永健

（國核工程有限公司，上海200233）

AP1000依托項目人員閘門設備監造

王振星，齊永健

（國核工程有限公司，上海200233）

人員閘門作為安全殼壓力邊界的組成部分，在反應堆正常運行、異常運行和事故工況期間，應能確保其完整性和密封性。AP1000依托項目（三門一期和海陽一期）人員閘門按照ASMEⅢ、ASMEⅨ標準設計、制造、檢驗、測試，在國產化的過程存在一定的難度，從開工前的技術準備到制造過程中關鍵工序的控制，闡述了如何有效保證人員閘門質量。

AP1000；人員閘門；質量控制；關鍵工序

人員閘門屬于安全殼系統（CNS）中鋼制安全殼（SCV）的一部分，共設有2個，一個在運行平臺層，一個在維修平臺層，均屬抗震I類，安全II級[1]。

以核電廠用人員閘門為例，結合對人員閘門的監造經驗總結出保證人員閘門質量的關鍵工序，同時對關鍵工序的控制方法進行了介紹。

1 人員閘門總體介紹

1.1 功能介紹

作為CNS系統的一部分，人員閘門執行以下功能：協同CNS其他設備和相關系統的安全殼隔離閥，保持CNS的完整性，限制任何假想事件或事故后裂變產物向環境的釋放。人員閘門是安全二級設備，必須能夠承受反應堆設計基準事故下安全殼的環境條件，能夠承受極限地震Ⅰ級，作為反應堆正常運行時安全殼的唯一進出通道，它必須運行可靠，可操作性好[2]。

1.2 結構介紹

AP1000核電站人員閘門（圖1）由本體、貫穿筒體及嵌板三部分組成，通過人員閘門貫穿筒體嵌板與鋼制安全殼相焊接。

圖1 人員閘門示意圖

AP1000人員閘門筒體分為三段：內艙壁組件、中間筒節、外艙壁組件，三段組焊后，將內外艙壁各自的門體及相關機械部件進行組裝，然后進行聯調試驗。門的開啟和關閉通過一套手動機械傳動機構實現，主要包括：內外驅動機構、傳動機構、聯鎖機構、搖臂機構、鎖緊臂機構、門擺動臂機構、擺臂機構、壓力平衡機構等[3]。

2 開工前的準備

開工在加工制造之前制造廠需要對人員閘門所涉及的技術條款進行系統的歸類，保證相應的技術準備滿足生產條件，另外詳細工藝的制定可以預知在制造過程中可能出現的質量控制難點，及時做好預案，保證施工過程有序開展。

2.1 物項分級

根據物項分級可以明確各物項的重要級別，以分梯度重點控制重要物項的制造活動。另外，不同等級的物項，采購時也有不同的要求[4]。

2.2 EQ（Equipment qualifications設備鑒定）試驗

為了驗證人員閘門在正常運行以及設計基準事故條件下執行其安全功能的能力，需要對人員閘門進行一系列EQ試驗，EQ試驗即環境性能試驗，鹽霧、濕熱試驗、溫度壽命、液體浸漬、低溫低氣壓、臭氧暴露、防火等測試都是屬于環境性能試驗中的項目，其檢驗都有一定的目的性，保證設備在相應的環境下仍能滿足使用性能。

AP1000人員閘門所涉及的EQ試驗項目如表1所示。

表1 EQ試驗項目

2.3 材料的采購及控制

技術部門根據圖紙細化出材料清單，并且根據設計規格書對所有的物項進行分級，之后聯合質保對物項采購控制進行質保分級，物資部按照質量體系要求對物項進行采購及控制。

采購前需重點核查，分供商是否為合格的供貨商，是否按照相關要求進行資質評審，核安全監管的物項是否提交質量計劃和質保大綱給運行單位審核，是否確定物項采購質量控制方式[1]。

3 制造過程中關鍵工序的控制

關鍵工序是影響產品關鍵特性所對應的工序，也是對產品質量影響最大的工序。建立關鍵工序控制點，必須抓住關鍵工序的關鍵質量特性，把監管“結果”（質量特性）轉變成監管“因素”（工序要素），以此來保證產品或零件質量[5]。

人員閘門制造過程中的關鍵工序有：成形、焊接、無損檢測、機加工、熱處理、涂裝、總裝以及驗收試驗。

3.1 成形

3.1.1 成形工藝評定

有沖擊性能要求成形應該用試樣進行工藝評定試驗，試驗材料應與設備中所用的材料具有相同的規格、等級或類別和熱處理工藝，并且具有相近的沖擊性能。這些試樣應經受與容器材料相同的成形或彎曲工藝以及熱處理工藝。應進行相應的試驗，以確定變形后仍滿足NE-2300的沖擊性能要求。

3.1.2 成形尺寸檢查

成形后的鋼板需進行成形尺寸檢查，需要根據成形半徑制作合適的樣本進行測量，測量時，選擇合適的樣板，順著成形的方向卡在內側面上，用間隙尺去檢查間隙的大小，按照圖紙給定的公差要求核實尺寸是否可接收，必要時，測量時要考慮環境溫度的影響。

3.2 焊接

3.2.1 焊接前準備

（1）焊接工藝評定

焊接工藝評定應滿足ASME NE 4300和IX卷的要求。人員閘門壓力邊界材料為低合金調制鋼，經過淬火加高溫回火，鋼材基體組織為下貝氏體組織加少量的鐵素體或珠光體，具有高強度高韌性的特點，滿足壓力容器多次熱循環的要求，其碳當量值約為Ceq=0.40，一般來講當Ceq＜0.46，鋼材的淬硬傾向不明顯，焊接性優良。

（2）焊接材料、焊接設備、人員資質、坡口制備應滿足焊接工藝規程及圖紙要求。

（3）工裝、定位焊及組對。具體操作過程如下：

（1）實施臨時性附件焊接可以采用連續焊或者間斷性的角焊縫或者部分焊透的焊縫；

（2）焊接工藝及焊工應按照NE-4321的要求評定合格；

（3）材料已被鑒別并與向連接的材料相容；

（4）焊接材料已被鑒別并與被焊材料相容；

（5）定位焊按照正式施焊工藝實施；

（6）組對、裝配定位焊時，應該采取措施減少定位焊和打底焊的焊接應力，定位焊點的距離應是以保證規定的焊縫根部間隙，除有特殊的情況外，定位焊的長度是25~30 mm，定位焊是保證定位，一旦達到目的后，或者全部去除，或將起點和終點打磨掉及相關的缺陷去除，以使得它能很好的和最終焊縫進行熔合；

（7）錯邊的修正，在規定的允許的公差范圍內，任何錯邊應修整成平滑過渡，在完工的焊縫寬度范圍內的斜坡至少為3：1，允許的錯邊按照表NE-4232-1.

3.2.2 焊接變形控制

人員閘門成形精度高，嵌板需要在現場和鋼制安全殼進行組焊，在制作的過程中除保證嵌板有足夠的加工余量外，還需要從以下幾個方面考慮控制變形：

（1）工裝措施：通過足夠的工裝板條來固定以減少焊縫過程橫向收縮帶來的變形。

（2）工藝措施：

1）焊接時采用小規范工藝進行施焊，施焊過程中盡可能提高焊接速度，同時控制層間溫度盡可能偏下限；

2）控制焊接順序，一是采用正反面交替焊接的方法，正面焊接一定的厚度后，翻轉進行反面的焊接，可能的控制單次循環熔敷金屬厚度不超過10 mm；二是通過多人對稱焊接相互抵消應力；

3）增加焊后后熱處理，焊接完成后，對焊縫及其影響區加熱到不低于100℃，保溫不低于1 h后熱處理以減少焊接殘余應力[5]。

3.3 無損檢測

（1）NDE人員考核與管理需滿足HAF 602民用核安全設備無損檢驗人員資格管理規定；

（2）NDE人員（除VT）的評定與授權需滿足ASME III NE-5500的要求；

（3）所有A類、B類、C類和D類焊接接頭的全焊透焊縫坡口、或材料厚度等于或大于2 in.的類似焊接接頭，其焊縫坡口的制備表面都應采用磁粉或液體滲透法進行檢測；

（4）所有的焊縫需做目視檢查；（5）壓力邊界的所有對接焊縫需進行100%RT；（6）不進行射線探傷的壓力邊界焊縫的根部焊道及表面需進行MT/PT檢測；

（7）非對接的壓力邊界的焊縫需進行UT、MT/PT檢測，方法按照NE-5200；

（8）壓力邊界臨時附件去除后需進行MT/PT檢測；（9）NDE驗收標準需滿足NE-5300；

（10）所有焊縫的射線檢測可在任何所要求的焊后熱處理以前進行；

（11）除P-1材料上的焊縫可在焊后熱處理以前或以后進行檢測以外，焊縫的磁粉或液體滲透檢測都應在任何所要求的焊后熱處理以后進行。

3.4 焊后熱處理

焊后熱處理的主要目的是消除殘余應力，降低冷裂紋產生的傾向，及保證結構的穩定性。為保證溫度的控制，在部件的厚薄處各設置一個熱電偶，熱電偶的固定方式可采用點焊的方式固定，保證客觀的反映產品的溫度，熱電偶的測溫端應用保溫棉覆蓋，防止熱電偶直接與爐氣接觸，造成溫度假象。加熱爐配備的時間-溫度自動記錄儀表、熱電偶、必須經過計量檢定合格。倘若采用燃氣爐，將產品至于爐膛的中心位置，并墊起一定的高度，防止火焰直接噴射到產品的表面。

熱處理結束后，將熱電偶清除，產品表面打磨，通過MT或PT檢驗表面是否有缺陷。

3.5 機加工

人員閘門加工重點控制部位包括密封面加工、密封圈燕尾槽加工、嵌板外圓坡口加工。

人員閘門主要通過門板和艙壁門框結合面的進行密封，艙壁門框密封面為平面結構，門板的密封面上開有兩個平行的燕尾槽，里面各放置一個O型圈，工作時，通過鎖緊臂機構產生的預緊力緊固定門板，使燕尾槽中的O型圈受力壓縮，從而起到密封的效果，因此加工精度要求很高。

3.6 油漆

AP1000人員閘門的油漆采用無機富鋅漆（Carbozinc11 HSN）+環氧面漆（Carboguard 890N）.Carbozinc11 HSN作為金屬漆，施工參數要求十分苛刻。

施工過程中注意事項如下：

（1）表面處理粗糙度的選擇：在規范允許的條件下，盡可能地靠上限進行施工，以提高油漆的附著力；

（2）涂裝表面的油污、雜質等外來污染物必須清理干凈，否則降低底漆的附著力甚至出現脫落現象；

（3）基材表面溫度超過露點溫度不低于3℃時，方可涂裝。在露點溫度時，基材表面會有新銹生成，而影響漆膜的附著力；

（4）油漆配比必須嚴格按照產品說明書進行操作，配比時多采用重量比的方式，對于富鋅漆，溶劑及鋅粉先充分混合后，在緩慢的加入固化劑進行溶合，混合時必須采用動力攪拌，攪拌時間要充分以保持混合均勻（建議連續攪拌時間大于3 min）；

（5）底漆的施工：在滿足規范要求的條件下，建議偏下限進行施工，防止由于金屬漆在固化的過程中，由于厚度大而產生拉應力，造成開裂，實際操作中一般情況下DFT（干膜厚度）超出140 μm，大多會出現龜裂；

（6）底漆施工可分多道進行噴涂，但只能經歷一次固化周期；

（7）底漆施工時，DFT盡量的控制在一個比較小的范圍內，減少由于拉應力而導致龜裂產生的傾向；

（8）固化階段，必須保證足夠的濕度，但不得通過提高溫度，引起環境濕度降低的方式來加速固化；

（9）相對濕度低于40%的大氣環境下或為了加速固化，在2小時初期固化后，可通過淋水或水蒸汽使漆膜濕潤至少8 h的方式進行；

（10）面漆施工前需進行霧涂，霧涂時用#2稀釋劑稀釋至體積的30%~50%，膜厚控制在15 μm以下，保證能覆蓋住底漆，主要是防止起泡的產生；

（11）霧涂4 h后（環境溫度24℃），可進行面漆，噴涂后及時地測量面漆的濕膜厚度，最后固化厚度比濕膜厚度會有所增加，也可在未完全固化的時候加墊薄塑料卡測量漆膜厚度；

（12）面漆固化必須的在通風、寬敞、潔凈的環境下進行，固化期間不得在涂裝表面加蓋不透氣的隔離物；

油漆完成后對表面進行目視檢查，不得出現流掛、表面污染、Dust Spray(干噴)、Holiday(漏點)、龜裂現象；發現異常情況時，在征得廠家同意后，可用硬幣對油漆表面進行刮滑，油漆不得有刮離的現象發生。濕膜厚度的測量，濕膜測厚儀必須保存完好，不得存在磨損，否而會影響測量結果；分別在底漆及面漆固化后，對干膜厚度進行測量，核實DFT是否達到了標準要求，避免有過厚或過薄現象，DFT至少應達到規定標準的80%以上厚度，超過標準厚度時，應控制在120%以下或者規定的膜厚范圍（一般要求，依據SSPC-PA2檢測干膜厚度）。

3.7 總裝

總裝應該注意的問題：

（1）人員閘門機械部件中有許多脹緊聯結裝置，一方面實現機件與軸的無鍵聯結，另一方面在過載荷的情況下，可以滑動，對軸進行保護；

（2）設計規格書中，對潤滑油的類型進行了明確規定，對于不同的部位一定注意使用指定性潤滑劑；

（3）門密封過度的壓縮將會減少密封和機構的壽命，一次調整滾子支架組件的位置不應超過半圈。

（4）門與艙壁組件之間的密封必須是垂直的，使用塞尺檢查門體與艙壁四角之間的間隙，每個測量的間隙應該在0.15 in之內。

3.8 驗收試驗

（1）氣壓試驗

為了檢驗承壓部件的強度及嚴密性需進行水壓試驗，可用氣壓的試驗的方法進行代替。在試驗前檢查是否所有的壓力邊界的部件都被組裝。

試驗前特別注意以下問題：所有壓力邊界的焊縫和檢驗都完成而且合格；門體、鉸鏈框架、軸承支座都應安裝在人員閘門艙壁上，O型圈安裝到門體的密封槽中；檢查所有的密封圈和墊片是否安裝到位，所有的貫穿件開口都應加蓋或安裝。

試驗過程注意事項：試驗的環境溫度不得低于10℃；壓力表的在有效的校驗期內，按照NE-6413進行標定；逐漸提高壓力至5Psig并保持，使用肥皂檢驗法檢驗各處接頭、貫穿件及接管焊縫，如果發現有任何泄露，則應在所有泄露處做出標記后泄壓，修理或者替代缺陷處置后重新加壓至5Psig；在檢測沒有任何泄漏后，逐漸將壓力提高至65Psig并保壓10 min；減壓至59Psig并檢查人員閘門是否存在明顯的泄露和變形，對焊縫再次進行肥皂泡檢驗法。沒有泄露和變形，則試驗通過。

（2）泄露率試驗

泄漏率試驗前，人員閘門應組裝完成，包括所有機械部件和艙壁貫穿件，門體與其密封圈應調整至緊密狀態，檢查所有的貫穿件的密封圈和墊圈都已經安裝到到位并緊固，泄漏率試驗是在氣壓試驗之后進行，驗收標準：人員閘門在試驗壓力59Psig下的允許的泄漏率不大于0.45gpm.

試驗過程注意事項：試驗的環境溫度不得低于10℃，在設備和介質溫度達到相同之前不可以開始試驗，試驗時間不低于6 h；壓力表的校驗證書在有效的校驗期內，按照NE-6413進行標定；逐漸將壓力提高至59Psig并保持10 min以確定人員閘門處于穩定狀態，然后拆除供氣裝置，在最初的2 h，每隔半小時記錄以下數據，以確定人員閘門是否能夠位置合格的泄露率，最終數據應在6 h試驗完成后記錄；要求記錄的數據有人員閘門內部壓力、人員閘門內部溫度以及大氣壓力。

（3）操作試驗

操作試驗是證明人員閘門電氣部件及機械部件的功能完全滿足設計規格書的要求，需要進行門功能性試驗、平衡閥組件的氣密試驗及功能試驗、門自鎖功能試驗。

在功能試驗的過程中，門的開啟及關閉通過手動輪進行操作。在手輪的操作的過程順暢，無卡澀及外來阻力。

4 總結

AP1000人員閘門質量控制需重點關注以下環節：

（1）人員閘門涉及的物項種類多達上千種，必須明確物項采購等級，并按照質保要求進行采購控制；

（2）人員閘門涉及的EQ試驗種類繁多，在物項制造前一定要確認所涉及的EQ試驗是否結束，結果是否合格；

（3）人員閘門采用金屬底漆，施工參數要求十分苛刻，需嚴格按照涂漆指南及ASTM 5144的質保要求進行控制；

（4）人員所涉及密封面的加工必須嚴格控制，以保證人員閘門高氣密性的要求。

[1]NQA-1-1994 Quality Assurance Requirements for Nuclear Facility Applications[S].

[2]林誠格.非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.

[3]錢浩，賀寅彪，張明，等.核電站安全殼人員閘門應力分析——結構改進及其規律[J].力學季刊，2009（04）：638-644.

[4]徐軍輝.核電設備監造解析[J].中國核電，2012（04）：358-362.

[5]張偉娜.AP1000設備閘門監造過程中關鍵工序的質量控制[J].設備監理，2014（05）：55-58.

圖8 出孔毛刺

3 結束語

本文主要針對薄板鋁合金鉆孔過程進行仿真及實驗觀察研究，從仿真及實驗結果得到鉆孔過程中入鉆、鉆削及出孔的過程細節，鉆孔過程中該種材料入孔毛刺較小，主要形成原因在于鉆頭主切削刃的尾端形狀，在螺旋上升的共同作用下形成向上拉升而成的毛刺。而出孔毛刺的形成過程主要由主軸向下擠壓破裂而成，毛刺尺寸呈現不均勻的分布狀態，部分毛刺尺寸較大，其余部分毛刺形狀較小。

參考文獻：

[1]郭秀榮，陸懷民，郭秀麗，等．三維木材切削虛擬仿真與木工刀具參數優化研究[J]．機床與液壓，2009，37（6）：25-28

[2]朱浩，朱亮，陳劍虹．應力三軸度和應變率對6063鋁合金力學性能的影響及材料表征[J]．材料科學與工程學報，2007，25（3）:358-362

[3]張國梁，劉志軍，李成華．直齒圓柱木工銑刀銑削切入過程動力學仿真分析[J]．機械傳動，2010，34（9）：53-55.

Abstract:In this paper，three-dimensional drilling process of 1.5mm thin plate is simulated based on ABAQUS simulation software.Mechanism of burr formation during drilling process is studied through comparing the burr observed in the experiment and the burr simulated in the simulation software，so as to promote the process，and reduce burr generation.

Key words:ABAQUS；3D simulation；6063 aluminum alloy

The Quality Surveillance of AP1000 Project Personnel Airlock

WANG Zhen-xing，QI Yong-jian
（State Nuclear Power Engineering Corp，Ltd.，Shanghai 200233，China）

Personnel airlock as one part of containment pressure boundary should be able to ensure its integrity and leakproofness while the reactor is operating normally or abnormally，even under accident conditions.AP1000 project personnel airlock was designed，manufactured，inspected and tested according to ASME standard，while thereare difficulties in the localization process.This paper explains how to ensure the quality of personnel airlocks effectively from the technical preparation before the construction work starts to the key process control in construction.

AP1000；personnel airlock；quality control；critical operation

Study on Drilling Simulation and Burr Mechanism of 6063 Aluminum Alloy

LIU Qing-lun，FENG Chang
（Zhongshan Torch Polytechnic，Zhongshan Guangdong 528436，China）

TL364

A

1672-545X（2016）11-0136-05

2016-08-27

王振星（1982－），男，安徽人，工程師，學士，研究方向：核電設備質量管理；齊永健（1989-），男，山東人，碩士，研究方向：核電設備監造。