自主核電技術PCS 熱交換器的制造質量控制與實踐

李偉龍 那振宇

（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150046）

具有自主知識產權的三代百萬千瓦級壓水堆核電技術“華龍一號”，是ACPR1000+和ACP1000 融合優化，采用能動與非能動相結合安全設計理念，其技術和安全性能達到國際先進水平[1]。而非能動安全殼熱量導出系統（PCS），依靠熱交換器內的水和安全殼內的高溫空氣通過對流、冷凝和輻射傳熱進行交換熱量，在高度差、密度差作用下，實現自然循環。在事故工況下實現安全殼的排熱，最終將安全殼內溫度和壓力降低至可接受水平[2]。它的研發制造屬于國內革新性成果，是能動和非能動技術的核心難點之一，如何做好首臺套產品質量保證策劃和實施工作具有重要意義。

1 PCS 熱交換器結構特點

PCS 熱交換器是一個由上下聯箱和傳熱管組成的C 型換熱器，安裝在支撐框架上。它由一對上下聯箱，132 根傳熱管，一對進出口三通組成，具體見圖1。

傳熱管由132 根C 型管組成，由卡箍和卡條固定，通過脹焊與上下聯箱連接。設備主要材料為022Cr19Ni10，與常規換熱器產品結構差異大，自身剛性很差，焊接質量和清潔度要求高，在制造過程中的轉運起吊、機加、裝配、焊接、酸洗、水壓等制造環節的質量控制難度大。

2 質量保證大綱和質量計劃編制

建立項目質量保證大綱，對文件控制、采購控制和不合格項控制等所有與質量有影響的活動制定程序制度。結合產品工藝流程和檢驗技術要求，編制產品質量計劃，重點設置三通機加尺寸、管端焊接過程、氣密性試驗、清潔度檢查和水壓試驗等關鍵質量控制點，并按照核質保體系文件規定的方法和要求實施產品制造活動控制，確保產品質量和安全可靠性。

3 質保分級和供應商管理策劃

實施質保分級控制，對異徑三通、聯箱封頭、傳熱管、聯箱筒體和排水管質保等級為QA1，緊固件質保等級為QA3，卡套、支座和托盤等非受壓零件質保等級為QNC。QA3 級以上供應商應建立項目質量保證大綱和質量計劃，供應商選擇應在供方名單中。原材料重點審查質保書（按采規和買方技術條件），核級緊固件做好抽樣方案和委托第三方復驗工作。

4 技術準備質量管理實施

組織設計、工藝評審，梳理技術要求，重點在焊工資質準備、CR/TA 單管理和焊接數據包、工藝評定（焊接、脹管）、氦檢漏檢驗規程、制造大綱、采購規程、質量計劃等文件審批和備案工作，嚴格落實買方技術規格書和設計說明書中要求，避免文件漏項和要求遺漏，無法執行和不理解條款應按程序提前澄清，按審批意見開展相應工作。在制造過程中做好文件控制和變更管理，確保技術文件時效性、及時性和準確性。

5 生產過程質量控制要點

5.1 人員資質

焊接前確認焊接位置及焊工資質，防止無證操作或者超范圍焊接。重點對承插焊結構型式進行焊工資質確認。

5.2 焊接過程

針對管子- 管板焊接質量控制難點，采用定距裝配工裝定位全部換熱管后套裝管板，將管子- 管板焊縫置于平焊位置，易于觀察熔池形態和過程穩定，具體見圖2。為控制變形，可將管板上管孔編號，依次、交替錯位焊接，避免產生熱影響、應力過度集中。施焊過程嚴格按照工藝執行，杜絕焊條規格與要求不符情況。

圖2 平焊位置示意圖

5.3 機加和脹接過程

管板加工盡量一次裝夾一次成型，采用移動壓板及V 形架進一步固定，在孔加工中采用單刃鏜削加工，避免工件顫動。成型管子- 管板脹接宜采用機械脹接方式，從管板垂直方向、自上向下操作，使用平衡吊輔助進行[3]。對固定支座底板和滑動支座底板等零部件尺寸，傳熱管卡條、卡箍水刀切割加工過程中要提前試驗，避免水刀傾角造成尺寸超差。因上部/下部異徑三通坡口為馬鞍形曲面結構，形狀復雜，見圖3。選擇采用數控立銑床銑削加工坡口，利用壓板及V 形架輔助裝夾。機加及焊接過程中內部均安裝防止變形支撐工裝，設置技術交底、機加程序復核等質量控制點。

圖3 異徑三通坡口三維圖

5.4 酸洗鈍化

嚴格執行機械清理→脫脂除油→酸洗鈍化→有壓沖洗→質量檢驗→最終沖洗→工件防護各工序操作要求。質量檢驗時用玻璃棒或塑料滴管將試驗溶液涂敷在選定的被檢表面上。用秒表進行計時，施涂15 秒后溶液無藍色。

5.5 清潔防護

應設置專用清潔室開展生產制造，切削液、記號筆、膠帶等輔助材料滿足核級輔材質量要求，有害元素應低于標準要求。在轉運過程中用軟性防護材料進行隔離保護。

6 結論

自主三代核電機組是國家重點工程。通過對其PCS 系統熱交換器生產制造全過程質量保證工作經驗總結，為核電領域相關單位后續開展PCS 熱交換器產品質量保證提供借鑒參考，具有很高的推廣應用價值。