核电AP1000蒸发器的工艺特点和生产组织

辛成举

摘要：从核电蒸发器的生产工艺特点出发，阐述了在生产组织时需要解决的相关问题，并重点在生产任务、关键工序、生产节拍、等方面提出了生产组织的建议。

引言

AP1000是美国西屋公司在AP600的基础上开发的第三代先进核电技术，与传统成熟的压水堆核电技术相比，最大的优点是其安全系统采用了“非能动”技术，我国已把积极发展核电作为能源战略的重要组成部分并纳入了国家中长期发展规划 目前国内已有 5 大核电重型容器制造基地，可以承担蒸发器、压力容器、稳压器三大件重型产品的制造 但是作为一个投资巨大的核电重型容器制造基地，在基本建设完成后，将面临着如何针对市场订单情况，确定工艺布局和组织生产的问题 本文以制造工艺最复杂的蒸发器为例，对此问题进行分析和总结。

一、AP1000主要特点

（一）AP1000最大的特点就是设计简练，易于操作，而且充分利用了诸多“非能动的安全体系”，比如重力理论、自然循环、聚合反应等，比传统的压水堆安全体系要简单有效得多。

（二）进一步提高了核电站的安全性，同时也能显著降低核电机组建设以及长期运营的成本。

（三）AP1000在建设过程中，可利用模块化技术，多头并进实施建设，极大地缩短了核电机组建设工期。AP1000从开工建设到加载原料开始发电，最快只需要72个月，建设成本方面的节约优势明显。

二、蒸发器及其生产工艺特点

（一）蒸发器。AP1000采用两个Delta125型蒸发器，是给水式蒸发器。该蒸发器以标准的西屋F-堆型技术为基础。Delta125型蒸发器的设计包含了一些设计上的改进，比如：采用耐腐蚀的690合金传热管和其它部件；采用不锈钢梅花孔传热管支撑板；带有过滤、除气和防水锤外型的给水分配系统；以及纯度最小为99.75%的气水分离器。这些措施使蒸发器的设计可以满足AP1000性能、维护和长期使用可靠性的要求。

（二）产品特点。蒸发器是核岛一回路系统的关键设备，承担堆芯冷却剂和蒸汽的换热，并将高压蒸汽输出的功用。其制造工艺复杂，质量控制和过程控制严格，属于核安全一级和核质保一级设备在一定程度上，代表了核岛承压设备制造能力的最高水平压水堆核电机组包括 CPR1000 AP1000 EPR三种堆型其中，第三代AP1000蒸发器最大单台蒸发器主要规格最大直径5334mm，总长22460mm，总重664t，1套机组含 2台蒸发器在部件组成上，蒸发器由上部筒体组件、汽水分离组件、下部筒体组件、管束组件、管板水室封头等组件构成。

（三）生产工艺特点。归纳起来，蒸发器的制造有如下几个突出的工艺特点，也是蒸发器制造与一般重型容器制造的主要区别之处：

1、产品制造周期长、产品规格相近，蒸发器的制造周期很长，通常在28-40个月，而一般重型容器的制造周期为6-12个月。长周期，一方面是由于产品自身的工艺环节多，另一方面在于蒸发器的制造环节和质量控制环节要求都很高，不同核电机组蒸发器的规格和生产工艺基本相同。例如AP1000蒸发器的总长度一般在22-23m。其他各个组件的外形和重量也基本相似。因此通常将规格相近 工序相同的工件，设置在一个功能分区内进行制造

上述两个特点，决定了蒸发器生产的专业性 即对于重型容器而言，在一台产品制造完成后，可立即编制另一台不同规格产品的生产计划 而对于蒸发器的制造，往往在交货期的前三年就需要根据纲领或订单情况制定相应的生产计划，并且落实产品生产的工艺布局。

2、工艺布局紧凑，工件布置明确 生产核电重型容器的厂房起重能力大，重型车间的起重机能力在700t左右。车间地坪荷载高，较大的地坪承载可达120t/ m2可见蒸发器生产厂房的单位面积造价很高 因此，在设计和生产时，都必须提高车间的场地利用率，尤其是重型车间。与此相应，在设计和生产时的工艺布局，也必须紧凑 而紧凑的工艺布局，意味着生产工位的调整灵活性小

蒸发器原材料多为半精加工锻件，从原材料投料开始到包装发运，一直以部件、组件以及成品的状态，停留在生产车间，处于生产加工或准备状态。据统计，一座年产 18 台的核电蒸发器的厂房，在生产高峰期，车间内布置的生产工件有80多件。其中，小型组件净质量约50t，大型组件净质量在500～664t。而在厂房设计时，这些组件已经按照对应的区域进行布置，国内某大型核电制造企业，其车间地坪荷载规格（t/m2）分别为5，10，33，35，40，75，83.3，115，122.5这些不同荷载区域，对应着不同的生产功能。因此，这些工件受地坪荷载 起重能力 工艺流程 设备配置等因素的限制，不能随意放置。

由上述蒸发器生产的工艺特点，可见蒸发器的生产组织非常复杂。

三、蒸发器的的生产组织

对于蒸发器的生产组织，本文总结并建议如下：

（一）确定生产高峰。在进行生产组织时，各个时段的生产负荷处于不断变化的状态，不可能做到实时进行调整。因此，必须以最大生产负荷为依据，制定生产计划，这样便可以满足各个时段的生产要求。

（二）确定至少一个制造周期内的生产任务。根据生产纲领及订单交货情况，确定每年需要产出的产品数量。例如，在年需交货4台，在2014年需交货6台，在2015年需交貨台。在2016年需交货6台。那么最大生产负荷即为6台，且在2011年就需要进行投料生产（制造周期按3年）。

（三）确定控制生产节拍的关键工序及设备。在按照生产工艺流程组织生产时，还需落实各个生产工序的生产工时。不同的组件，在进行焊接、堆焊、立车加工、深孔钻加工、管系制造等工序时，所占用的时间不同。例如，完成一条环缝的焊接约需一个星期的时间（含辅助时间），而完成一块管板的钻孔需4个月时间（指 AP1000机组蒸发器）。由于管板深孔钻床投资很大，且属于固定设备，无法进行临时调节，因此管板深孔钻就成为控制生产节拍的关键工序。按照经验，蒸发器制造控制节拍的关键工序和装备，为管板深孔钻工序和清洁室管系制造工序，分别为4个月和6个月（指 AP1000 机组蒸发器）。

（四）制定投料周期 制定投料周期是为了指导进度计划假设生产厂房内配置了2台深孔钻床和4座清洁室，按照对应的生产工时计算，可能达到的最大生产能力分别为年产6台蒸发器（每台深孔钻床钻孔3块）和8台蒸发器（每座清洁室可完成管系制造2台）。这样就决定了产品投料周期应为4个月，每批同时投料2台，每年生产蒸发器6台，并以此作为制定进度计划的依据。