核电设备制造质量的管理

山东核电设备制造有限公司是生产设备的使用者，需要在工作过程中维护和管理好生产设备，确保生产经营；同时，公司又是核电设备的生产制造者，承载着核电装备质量保证的使命，为建造安全高效的核电站贡献力量。

核电设备制造质量的管理

山东核电设备制造有限公司

山东核电设备制造有限公司（以下简称：公司）成立于2007年7月，注册资本2.2亿元，位于山东省海阳市，是由国家电力投资集团公司控股组建的全球首家AP1000核电装备制造企业，是AP1000核电“工厂化预制，模块化施工”的实践者和AP/CAP核电专业设备供应商，肩负着AP1000核电相关关键设备国产化的历史使命。

2006年，中国决定引进美国AP1000核电先进技术。2009年，党中央、国务院确定AP1000技术为中国未来核电发展主要路线。AP1000是当前最先进的核电技术之一，该技术在美国只是概念设计，尚未应用于实践。中国浙江三门核电站是全球AP1000核电首堆。

作为首家AP1000核电装备制造企业，公司在世界上率先成功掌握了三代核电AP1000/CAP1400钢制安全壳和模块制造的先进工艺，形成了批量化生产能力，填补了AP/CAP核电相关设备领域的空白；一体化顶盖组件、空气导流板等产品填补国内相关产品领域空白。

目前，公司核电产品有：钢制安全壳、结构模块、机械模块、一体化顶盖组件、空气导流板、人员闸门、设备闸门、机械贯穿件、燃料格架、屏蔽厂房、紧固件等。

一、重视质保体系建设，确保有效运行

质量是核电设备的生命线。公司高度重视产品质量保证工作。针对核电设备制造，公司建立并有效运行完善的质量保证与资质资信体系，包括国家核安全资质体系，美国ASME资质体系，质量、环境、职业健康安全管理体系，获得特种设备设计和制造许可证、中国国家实验室（检测）等资质证书。2014年11月通过国家核安全局审查，成为国内14家民用核安全设备焊考中心之一。

二、控制生产材料源头，保证设备质量

生产材料对核电产品的质量保证至关重要，公司严格按照核电质保体系要求和质量标准，采取驻厂监造、材料复验、功能试验等措施，追溯生产材料的元素构成和材质保证，确保设备质量。目前，公司拥有电感耦合等离子发射光谱仪、红外碳硫分析仪、全自动智能压力分析仪等243台材料复验检验设备。

通过参与国家核电自主化依托项目和后续项目建设，公司在确保产品供应的同时，在全球区域与众多设备材料企业紧密合作，建立了一套较为完整的AP/CAP合格供应商体系，合格供应商达129家，涵盖了金属材料、化工材料、其他非金属材料、锻件、生产设备、模块内泵阀设备等多领域，具备了 AP/CAP等堆型相关核电产品制造和集成能力，充分保障了公司持续的产品研发和供应。

图1 外来污染物对成品涂层影响

图2 紫外线导致涂层泛黄、开裂

图3 涂层鼓包

图4 涂层表面污染

图5 不锈钢表面污染

三、坚持技术创新，保证产品合格

为保证产品质量，公司在产品制造前进行了充分的技术准备，识别产品制造过程中的技术风险与影响产品质量的技术难点，进一步突破关键技术，解决技术问题。目前，公司核电设备制造过程中影响质量的典型问题为制造与安装过程中的变形和半成品/成品的保护。

1.核电设备制造与安装过程中的变形控制

公司产品制造过程中普遍存在的典型问题为设备变形。为保证产品尺寸和形状偏差满足技术要求，公司针对不同的产品采用不同的方式进行变形控制。

（1）钢制安全壳。

筒体环和封头体积大、重量大，相对厚度小，运输、吊装时易产生变形。如不解决，容易带来筒体环和封头的变形，从而影响筒体环和封头及其他附件的安装精度，我公司采用八卦梁进行吊装，使筒体环和封头各个截面受力均匀，有效避免了吊装后筒体和封头的变形；在此基础上，我公司积极推进设备装置的更新换代，联合有关单位研制了伸缩吊具，以此解决吊具自身重量过重问题，降低对起重设备起重能力的要求，实现了多个核电项目的方便共享。

插入板套管组件焊接时由于插入板过厚，焊缝填充量大，焊接时易产生变形。我公司在产品焊接时，采用防变形工装，同时控制焊接速度，采取保温措施，有效解决了可能的变形问题。

（2）一体化堆顶组件。

一体化堆顶组件三个围筒通过卷制成形，筒体直径较大，壁厚比较薄，筒体直径公差要求比较严格，公差难以保证。后续焊接和切割过程中，筒体易发生变形。我公司采用调整撑圆器工装，保证筒体直径满足公差要求，后续的焊接和切割施以撑圆器固定，从而保证了产品形状。

图6 可剥涂层照片

图7 未经防护涂层照片

（3）结构模块。

结构模块制造过程中产生变形主要在以下几个方面：

1）面板与角钢焊接变形。在薄面板上焊接多条角钢，由于焊接量大，冷热收缩不均容易造成面板组件出现弯扭变形，若不采取矫形措施，面板组对后平面度无法满足设计要求。

2）面板组对变形。面板与面板组对过程中，由于焊接收缩，组对偏差等原因造成子组件出现偏扭等变形，从而导致产品现场组对困难甚至无法组对。

3）吊装运输变形。CA子模块为薄板连接结构，刚度较小，吊装运输容易产生变形，造成子模块平面图和尺寸等超差，影响现场组对。

我公司采用以下方式解决模块制造过程中的变形问题：

1）设计和制造反变形工装和机械矫形机，对面板组焊时用反变形工装进行调节和减少变形量。焊接后用矫形机进行机械矫形，使钢板平面度满足面板组对要求。

2）面板组焊时，在合适位置采取临时支撑等方式临时加固，确保焊接后的面板组件变形在控制范围内，焊接后采取液压千斤顶等装置进行矫形，确保产品变形满足设计要求。

3）通过软件建模分析，找准CA子模块重心，根据重心和模块结构特点设计合理的吊装组件和方案，确保模块翻转和装运时受力均衡，并在运输时根据模块的特点和变形趋势，对模块进行局部临时加固，确保吊运变形在弹性范围内。目前模块的制造和吊运过程中，变形控制不仅能达到设计要求，而且能高于设计要求，确保了产品的质量。

（4）空气导流板。

空气导流板主材为铝合金，体积大，铆接量大，铆接时易产生变形。如不解决，导流板的装配精度难以达到甚至部分区域无法进行铆接。铆接前制造可翻转工装将工件进行固定，避免人工进行翻转。铆接时分区域铆接，避免在同一区域连续铆接，铆接后的导流板满足尺寸要求且未发生变形。

（5）机械模块。

机械模块中箱型梁结构采用多种材质，由于不同材质其性能存在差异，焊接过程中收缩量不同，如果不加以控制，可能导致模块最终尺寸不符合设计要求。我公司通过试验及经验反馈，严格控制箱型梁零部件的下料公差，规范组焊顺序，同时设计工装来控制焊接变形。箱型梁结构最终尺寸满足机械模块整体尺寸公差要求。

2.核电设备半成品/成品保护

AP1000核电站采用开顶法建设，前期制造的设备成品涂层表面容易出现变色、泛黄，甚至出现开裂和大面积脱落等缺陷，不同程度上影响了产品质量，同时造成施工成本增加，工程进度也受到影响。 主要问题如下：

（1）焊缝坡口保护问题。

通常采用布基胶带进行坡口保护，该胶带在高温下或长期附着于钢板上时会存在残留，焊接施工前须对坡口进行打磨去除，而去除残留物工作十分困难，降低了施工效率。

（2）油漆表面污染问题。

AP1000核电模块要求采用环氧面漆进行防腐蚀保护，该油漆耐候性较差，长期在紫外线下会呈现变色、失光、泛黄、开裂和脱落等现象；同时，在施工过程中，人员踩踏和设备磕碰容易造成涂层污染和破坏。在水汽的浸泡下，更加快了涂层脱落的风险，主要存在于以下几个方面：

1）装配打磨产生的铁粉污染。

施工过程中，焊接、喷砂等对金属表面打磨时产生了铁锈和飞溅物，散落到未遮挡保护的涂层表面并沉积，在湿度较高时，表面的铁粉开始锈蚀，污染涂层表面，长期腐蚀影响到涂层的防护作用，造成表面出现大面积散落的点锈和锈蚀坑。

2）紫外线老化。

采用“开顶法”建设模式，设备就位后，距离钢制安全壳顶封头就位还有较长时间。在这段时间中，设备始终处于户外的阳光照射下。环氧漆较差的耐候性，在紫外线下开始老化，表面粉化、失光、变色，随着老化量的增加，表面漆膜变脆、分子键断裂，呈现出表面漆膜开裂现象。

3）潮湿导致鼓包。

在夏季湿度较高时，设备底部长期浸泡于水中，部分表面长期挂满水珠，漆膜具有渗透性，长期浸泡的表面在水汽入侵后呈现底材返锈现象，导致表面开始鼓包，最终导致涂层表面破损。

4）涂层表面混凝土、灰尘污染。

混凝土施工中，未对腔室外部的模块表面防护涂层进行有效的防护，导致表面沾有混凝土和砂子、灰尘等污染物，长期污染会对防护涂层的功能产生影响。

5）不锈钢表面污染问题。

AP1000核电设备中使用了大量的不锈钢材料，这些材料在出厂前和拼装分别完成后进行了酸洗，待核岛就位后，又会遭受污染。图5是核岛就位后的CA03模块，该模块材质为双相不锈钢。

通过依托化项目情况分析，我们对国内外涂层防护进行了调研，提出了新颖的核电涂料临时性保护方式。通过改进可剥涂料的颜色和配方，去除对涂层和钢板污染的重金属元素，提高了柔韧性和附着力，采用的临时性防护涂层具有优良的防护性能，并且容易去除，价格低廉，涂层经过保护后不存在颜色差异。

该油漆主要由高质量合成树脂而成，耐酸、耐碱、附着力佳，油漆表面平滑，可直接喷上其他油漆，同时也具有良好的装饰效果；可以用于暂时性保护金属物体表面防碰撞、防刮伤、防腐蚀、防水、防锈、防污、防尘。采用的可剥离防护层不含重金属元素，并且具有优良的柔韧性，经过紫外线老化和盐雾试验后依然具有韧性，能够容易地与底材保护涂层相剥离，同时需要具有一定的强度，可避免碰撞、刮除对涂层造成损伤。

采用无毒无危害的可剥离型油漆对产品进行保护，该油漆施工后犹如一层热塑性的塑料膜紧紧粘附于产品的表面，待到施工开始前，用手沿着临时性保护涂层一端撕开，去除可剥离型油漆，不需打磨，便可直接焊接和操作。

图6、图7分别为采用可剥涂层防护后和未经防护的涂层照片，可以看出涂层未经防护后表面造成了大面积的污染，变色和粉化失光，而经过可剥涂层防护后，涂层表面光泽度较好，干净并保持原色。该工艺保护的涂层能够经受3-5年的紫外线照射和外来污染物破坏，能够确保核电站建设周期的核电设备的质量要求。

目前，公司承担的“AP1000钢制安全壳制造技术”和“AP1000一体化顶盖组件制造技术”两项国家科技重大专项课题通过验收；获得省部级科技进步奖2项，优秀专利奖8项；参与“钢制安全壳制造技术标准”、“一体化顶盖组件制造技术标准”、“非能动压水堆核电厂钢制安全壳部件制造及质量验收规程”等5项行业标准的编制。

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