核二、三級壓力容器（箱罐體）制造過程中的質量控制研究

張維東 康建強 白日亮 劉寶劍

1.青島蘭石重型機械設備有限公司，中國·山東 青島 266426

2.南京三方化工設備監(jiān)理有限公司，中國·江蘇 南京 210036

核級壓力容器是一種在核領域應用較多、對制造要求較高的設備。其中箱罐體作為一種核級壓力容器，在核電備用發(fā)電系統中發(fā)揮著重要作用。為提高核電備用發(fā)電機組的安全使用性能應當首先做好箱罐體設備的制造質量管控。論文著重對箱罐體設備制造中幾個關鍵工序進行論述和分析。

核二、三級壓力容器；箱罐體；質量控制

1 引言

隨著核電的發(fā)展，公眾對核安全提出了更高的要求，使得核電站運行安全要求愈發(fā)重要。核安全直接依靠機組堆芯各回路系統的正常運行，在機組用電系統中，應急柴油發(fā)電機組作為備用電源，獨立運行、容量大、供電時間長等特點使得它在整個用電系統中扮演著重要角色。

核電箱罐體設備是指應用到應急柴油發(fā)電機組上的膨脹水箱、日用油箱、超保空氣瓶、啟動空氣瓶等設備。上述設備主要組成應急柴油發(fā)電機組中機械輔助系統，用以完成進排氣、壓縮空氣、燃油、冷卻水、潤滑油等系統工作，箱罐體設備的制造重要性凸顯，論文從上述設備制造過程中圖紙審查、原材料及零部件控制、工藝過程控制、焊接控制、無損檢驗控制、水壓試驗六個關鍵要素，并按照關鍵要素中需特別注意事項或關鍵節(jié)點進行簡要論述，以對箱罐體設備實際制造進行有效指導和借鑒，防止制造過程中出現違反國家核安全局法律/法規(guī)、采購技術規(guī)格書等情況發(fā)生。

2 質量控制

2.1 圖紙審查

前期圖紙審查階段是整個設備制造過程中最為關鍵，也是最費時費力、最為影響后期制造質量及進度的要素。現階段箱罐體設備的設計較為成熟，但在圖紙審查中仍發(fā)現部分錯誤及不滿足現階段制造要求的情況，故對圖紙錯誤或不適用制造單位的項目，在圖紙審查階段應及時發(fā)現、反饋或澄清，以便影響整體設備制造。圖紙審查期間重點關注以下3 點，若出現以下情況應及時反饋設計及買方：

①因結構限制，導致無法完成相應無損檢驗活動。當接管內伸尺寸過長，RT 透照焊縫難以覆蓋完全，其底片成像中焊縫變形較大，影像失真嚴重（拍片質量較差），需反饋設計及買方取消RT 檢驗。

②材料代用情況。由于個別部件（比如墊板、支撐板、定位板等）用量少、采購難度大，不利于設備整體交貨期，可能使用庫存材料或其他常規(guī)材料，制造廠需提前進行材料代用。

③出現圖紙錯誤。尺寸標注以及部件制造標準問題比較常見。圖紙標注尺寸的法蘭界線不清晰（不確定法蘭界線為法蘭密封面還是法蘭盤端面）；接管外伸高未標注；執(zhí)行標準未更新；圖紙不滿足技術規(guī)格書熱處理等項目要求。

2.2 原材料及零部件控制

在原材料或零部件采購過程中，應根據物項采購質保等級選擇合適的供方。嚴格按照物項采購技術文件（物項采購申請單、物項或分包采購技術規(guī)格書、物項或分包采購技術條件、物項分包清單等）進行物項采購。

供方應根據不同項目、不同采購質保等級進行項目文件的編制工作。一般情況下，較高采購質保等級需要編制項目質保大綱、不符合項控制程序、質量計劃、檢驗和試驗大綱等文件，提交采購方審查。同時采購方會根據質量計劃中關鍵節(jié)點進行選點見證（如R 點、W 點及H 點），以及根據采購質保等級和項目要求，采購方在合同執(zhí)行期間可能需對供方進行外部質保監(jiān)查。

根據某公司箱罐體設備制造期間，在原材料物項采購、維護期間需重點關注以下三個方面。

2.2.1 性能檢測方面，對于化學分析標準問題

對于原材料化學分析，個別采購技術規(guī)格書要求采用GB/T 223《鋼鐵及合金化學分析方法》標準進行。常規(guī)來說GB/T 223 大多為手工濕法化學分析，操作較為繁瑣，且僅能單元素測定，對人員技能水平要求較高，部分試劑因隸屬危化品需受控管理。但現階段全國各個制造單位或檢測單位，均使用精密儀器分析，包括光譜法、紅外線吸收、熱導法。精密儀器分析引用的標準通常為GB/T 20124—2006《鋼鐵 氮含量的測定 惰性氣體熔融熱導法（常規(guī)方法）》、GB/T 11170—2008《不銹鋼多元素含量的測定 火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》等。該方法檢測效率高，檢測精度可滿足生產制造需求。

一般來說仲裁分析時使用GB/T 223手工濕法化學分析。故在原材料化學分析標準問題上，采購方以及供方應根據自身理化設備現狀，選擇手工法或者精密儀器分析。防止出現實際使用精密儀器分析，但化分原始記錄及報告中分析標準為GB/T 223 手工濕法化學分析。

2.2.2 不銹鋼螺栓咬死現象

在設備制造過程中，由于裝配作業(yè)，不銹鋼螺栓需要反復拆裝，在拆裝過程中易出現咬死現象，影響裝配活動及交貨期。再通過對某公司供防城港3、4 號機組不銹鋼緊固件咬死現象分析，發(fā)現緊固件咬死原因主要為：①螺紋牙型間存在毛刺，牙紋粗糙有異物，在預緊時摩擦增大，導致鎖死現象；②多臺產品水壓時共用一套螺栓，即該螺栓使用次數過多，牙紋間氧化保護層被破壞，發(fā)生黏著現象，導致螺栓鎖死。

防止其出現咬死現象主要措施為：①對螺栓表面質量嚴格檢查，避免牙紋粗糙或有異物的螺栓投入使用；②盡量減少同套螺栓多次使用；③對使用過的螺栓涂抹防咬死劑。為防止不銹鋼螺栓出現咬死現象導致報廢、重新采購，制造單位應重點關注此項問題。

2.2.3 緊固件第三方復驗要求

對于安全重要物項的緊固件（指的是安全級和安全相關系統及設備中的承擔承壓密封、部件連接和支承固定等功能的重要緊固件），制造單位應選擇合適的第三方檢測單位進行復驗。該第三方檢測單位應具備CMA 及CNAS 認證。

對于安全重要物項的緊固件入廠隨機抽樣試驗項目及數量應滿足《關于進一步加強核電廠緊固件等大宗材料質量管理的通知》（國核安發(fā)【2016】195 號）的規(guī)定。其安全重要物項的緊固件中螺栓、螺釘、螺柱，其復驗項目應包括化學成分、實物拉力或楔負載試驗、機加工試樣拉伸試驗、沖擊吸收功、硬度及脫碳。安全重要物項的緊固件中螺母，其復驗項目應包括化學成分、硬度、保證載荷及脫碳。

2.3 工藝過程控制

在箱罐體設備制造過程中，涉及加工、焊接、熱處理、探傷、水壓、尺寸檢驗等多道工序，故而編制質量計劃以對自先決條件檢查開始至設備驗收所有制造工序以及設置質量控制點，從而對整個制造活動進行流程質量管控。

在不同工序需制定不同方案或規(guī)程，以指導本工序開展作業(yè)活動。比如無損檢驗規(guī)程、檢查和試驗大綱、酸洗工藝規(guī)程、焊接數據包、清潔及包裝方案等。

在整個核2、3 級壓力容器制造過程中，特別需要注意質量計劃中工藝流程的合理優(yōu)化。一般情況質量計劃是按照制造過程中執(zhí)行的活動按實施先后順序編號列表，如材料檢驗、焊接、熱處理、無損檢驗、檢查和試驗、油漆、包裝發(fā)貨等，并且至少需要包括法律/法規(guī)、標準、設計要求、買方或監(jiān)管單位所規(guī)定的檢查和試驗項目，以及公司內部為控制設備質量和制造過程而有必要的工序活動。注意編制項目質量計劃前需完成圖紙中澄清及變更項目。

2.4 焊接控制

焊接作業(yè)活動是核2、3 級壓力容器制造中的最關鍵工序，在一定程度上影響著其安全性能和使用壽期。故對于焊接作業(yè)活動，必須要做好人員資質、焊材驗收、焊接工藝（焊接數據包）、焊接過程監(jiān)控等工作。故而技術人員、檢驗人員、焊接人員及管理人員應時刻注意以下5 點：

①焊接作業(yè)人員必須按照《民用核安全設備焊接人員資格管理規(guī)定》（HAF603）的要求取得相應資格證書。

②焊接材料應在合適的供方中選擇，采購驗收時應及時做好焊材驗收及評定工作，并保存在適宜的環(huán)境中。

③技術人員根據項目產品的材料牌號/規(guī)格、焊接接頭形式選取合適的焊接工藝評定，編制項目產品的焊接工藝說明書（焊接數據包）。

④按照RCC-M 標準要求，調整和測量焊接參數用的測量儀表的校準是必需的。按照程序的要求重復校準的周期不得超過6 個月。

⑤焊接人員在焊接作業(yè)前，應認真并充分了解焊接工藝說明書（焊接數據包）中各要點及相關規(guī)范要求，并及時填寫焊接記錄。

通過對某公司2021 年度不符合項進行分析（詳見表1），發(fā)現焊接類不符合項占比最多。

表1 2021 年度不符合項分類

通過對不符合項的分析，發(fā)現焊接過程中焊接不規(guī)范行為占據主要因素。所以焊接人員需重點關注焊前坡口清理/環(huán)境監(jiān)測，焊中工藝參數（包括氬氣等惰性氣體）的控制、焊后藥皮的清理工作，防止焊后發(fā)生大規(guī)模返修作業(yè)，進而影響產品質量及制造進度。

2.5 無損檢驗控制

無損檢驗是指對材料或工件實施一種不損害或不影響其未來使用性能或用途的手段，能夠發(fā)現材料或工件內部或表面所存在的缺陷，能測定材料或工件的物理性能和狀態(tài)，是對核2、3 級壓力容器焊縫焊接質量的最直接的驗證活動。在整個設備無損檢驗活動中應考慮以下5 項：

①無損檢驗人員。

②作業(yè)規(guī)程。無損檢驗作業(yè)前必須編制相應PT、MT、UT、RT 等規(guī)程，該作業(yè)規(guī)程可編制公司內部通用無損檢驗規(guī)程，也可根據項目編制項目專用無損檢驗規(guī)程。

③無資質情況處理。鋼板、緊固件、封頭等廠家無民用核安全設備制造及無損檢驗制造資質，對于其物項的探傷作業(yè)，需由持證人員進行探傷。故而上述物項的探傷需由采購方（核級設備持證單位、且取得民用核安全設備無損檢驗資質）或專業(yè)核級無損檢驗探傷單位（目前國內僅有4 家單位具備獨立無損檢驗）執(zhí)行。

④滲透試劑的檢定。制造單位的合格供方評定需覆蓋實際滲透試劑供應商，不能單純僅對代理商進行供方評價。且制造單位在采購完滲透試劑后，需按批次進行第三方滲透試劑檢測。

⑤溫濕度控制。對于滲透檢驗，除非另有規(guī)定，否則在整個滲透檢驗過程中，被檢零件和使用的滲透液的溫度應保持在10℃～50℃之間。在冬天等特殊天氣時，應通過空調房或其他措施，以保證零件表面溫度要求。

2.6 水壓試驗

對于設備的水壓試驗，一般在《出廠試驗大綱》中對試驗設備、試驗步驟、驗收標準、壓力報告等進行相關規(guī)定。在水壓試驗時應特別關注以下要點：

①水溫（碳鋼設備試驗用水溫度不低于15℃、不銹鋼設備試驗用水溫度不低于5℃）以及水質符合RCC-M F6610中A 級或B 級水質要求。

②設備準備：壓力表精度等級一般為1.0 級，油性；壓力表刻度范圍值應為試驗壓力的兩倍左右，但在任何情況下不得小于1.5 倍或大于3 倍的試驗壓力（在滿刻度的1/4 與3/4 之間）。待水溫和金屬壁溫相近后且設備外表面干燥后，方可啟動試壓泵進行水壓試驗。

③水壓試驗應滿足：無滲漏、無可見的變形、試驗過程中無異常的響聲。

3 結語

箱罐體設備作為應急柴油發(fā)電機組重要組成部分，在整個機組用電系統備用電源中發(fā)揮重要作用。核電機組各個部件之間的相互關聯作用，使得各個組件的安全與質量愈發(fā)重要，進而對其制造又有了嚴格的質量控制要求。在箱罐體設備制造期間，各制造單位應對以上六個關鍵要素中涉及的注意事項或關鍵節(jié)點進行重點關注，以提升項目制造過程中整體質量和水平。只有嚴格按照法規(guī)、標準、采購技術規(guī)范進行設備制造，嚴格落實各個制造工序質量，提升作業(yè)人員、檢驗人員與監(jiān)督人員專業(yè)水平，才能有效落實和保證發(fā)電機組的安全與質量，對國家核能事業(yè)高質量發(fā)展保駕護航。