AP1000依托项目人员闸门设备监造

王振星，齐永健

（国核工程有限公司，上海200233）

AP1000依托项目人员闸门设备监造

王振星，齐永健

（国核工程有限公司，上海200233）

人员闸门作为安全壳压力边界的组成部分，在反应堆正常运行、异常运行和事故工况期间，应能确保其完整性和密封性。AP1000依托项目（三门一期和海阳一期）人员闸门按照ASMEⅢ、ASMEⅨ标准设计、制造、检验、测试，在国产化的过程存在一定的难度，从开工前的技术准备到制造过程中关键工序的控制，阐述了如何有效保证人员闸门质量。

AP1000；人员闸门；质量控制；关键工序

人员闸门属于安全壳系统（CNS）中钢制安全壳（SCV）的一部分，共设有2个，一个在运行平台层，一个在维修平台层，均属抗震I类，安全II级[1]。

以核电厂用人员闸门为例，结合对人员闸门的监造经验总结出保证人员闸门质量的关键工序，同时对关键工序的控制方法进行了介绍。

1 人员闸门总体介绍

1.1 功能介绍

作为CNS系统的一部分，人员闸门执行以下功能：协同CNS其他设备和相关系统的安全壳隔离阀，保持CNS的完整性，限制任何假想事件或事故后裂变产物向环境的释放。人员闸门是安全二级设备，必须能够承受反应堆设计基准事故下安全壳的环境条件，能够承受极限地震Ⅰ级，作为反应堆正常运行时安全壳的唯一进出通道，它必须运行可靠，可操作性好[2]。

1.2 结构介绍

AP1000核电站人员闸门（图1）由本体、贯穿筒体及嵌板三部分组成，通过人员闸门贯穿筒体嵌板与钢制安全壳相焊接。

图1 人员闸门示意图

AP1000人员闸门筒体分为三段：内舱壁组件、中间筒节、外舱壁组件，三段组焊后，将内外舱壁各自的门体及相关机械部件进行组装，然后进行联调试验。门的开启和关闭通过一套手动机械传动机构实现，主要包括：内外驱动机构、传动机构、联锁机构、摇臂机构、锁紧臂机构、门摆动臂机构、摆臂机构、压力平衡机构等[3]。

2 开工前的准备

开工在加工制造之前制造厂需要对人员闸门所涉及的技术条款进行系统的归类，保证相应的技术准备满足生产条件，另外详细工艺的制定可以预知在制造过程中可能出现的质量控制难点，及时做好预案，保证施工过程有序开展。

2.1 物项分级

根据物项分级可以明确各物项的重要级别，以分梯度重点控制重要物项的制造活动。另外，不同等级的物项，采购时也有不同的要求[4]。

2.2 EQ（Equipment qualifications设备鉴定）试验

为了验证人员闸门在正常运行以及设计基准事故条件下执行其安全功能的能力，需要对人员闸门进行一系列EQ试验，EQ试验即环境性能试验，盐雾、湿热试验、温度寿命、液体浸渍、低温低气压、臭氧暴露、防火等测试都是属于环境性能试验中的项目，其检验都有一定的目的性，保证设备在相应的环境下仍能满足使用性能。

AP1000人员闸门所涉及的EQ试验项目如表1所示。

表1 EQ试验项目

2.3 材料的采购及控制

技术部门根据图纸细化出材料清单，并且根据设计规格书对所有的物项进行分级，之后联合质保对物项采购控制进行质保分级，物资部按照质量体系要求对物项进行采购及控制。

采购前需重点核查，分供商是否为合格的供货商，是否按照相关要求进行资质评审，核安全监管的物项是否提交质量计划和质保大纲给运行单位审核，是否确定物项采购质量控制方式[1]。

3 制造过程中关键工序的控制

关键工序是影响产品关键特性所对应的工序，也是对产品质量影响最大的工序。建立关键工序控制点，必须抓住关键工序的关键质量特性，把监管“结果”（质量特性）转变成监管“因素”（工序要素），以此来保证产品或零件质量[5]。

人员闸门制造过程中的关键工序有：成形、焊接、无损检测、机加工、热处理、涂装、总装以及验收试验。

3.1 成形

3.1.1 成形工艺评定

有冲击性能要求成形应该用试样进行工艺评定试验，试验材料应与设备中所用的材料具有相同的规格、等级或类别和热处理工艺，并且具有相近的冲击性能。这些试样应经受与容器材料相同的成形或弯曲工艺以及热处理工艺。应进行相应的试验，以确定变形后仍满足NE-2300的冲击性能要求。

3.1.2 成形尺寸检查

成形后的钢板需进行成形尺寸检查，需要根据成形半径制作合适的样本进行测量，测量时，选择合适的样板，顺着成形的方向卡在内侧面上，用间隙尺去检查间隙的大小，按照图纸给定的公差要求核实尺寸是否可接收，必要时，测量时要考虑环境温度的影响。

3.2 焊接

3.2.1 焊接前准备

（1）焊接工艺评定

焊接工艺评定应满足ASME NE 4300和IX卷的要求。人员闸门压力边界材料为低合金调制钢，经过淬火加高温回火，钢材基体组织为下贝氏体组织加少量的铁素体或珠光体，具有高强度高韧性的特点，满足压力容器多次热循环的要求，其碳当量值约为Ceq=0.40，一般来讲当Ceq＜0.46，钢材的淬硬倾向不明显，焊接性优良。

（2）焊接材料、焊接设备、人员资质、坡口制备应满足焊接工艺规程及图纸要求。

（3）工装、定位焊及组对。具体操作过程如下：

（1）实施临时性附件焊接可以采用连续焊或者间断性的角焊缝或者部分焊透的焊缝；

（2）焊接工艺及焊工应按照NE-4321的要求评定合格；

（3）材料已被鉴别并与向连接的材料相容；

（4）焊接材料已被鉴别并与被焊材料相容；

（5）定位焊按照正式施焊工艺实施；

（6）组对、装配定位焊时，应该采取措施减少定位焊和打底焊的焊接应力，定位焊点的距离应是以保证规定的焊缝根部间隙，除有特殊的情况外，定位焊的长度是25~30 mm，定位焊是保证定位，一旦达到目的后，或者全部去除，或将起点和终点打磨掉及相关的缺陷去除，以使得它能很好的和最终焊缝进行熔合；

（7）错边的修正，在规定的允许的公差范围内，任何错边应修整成平滑过渡，在完工的焊缝宽度范围内的斜坡至少为3：1，允许的错边按照表NE-4232-1.

3.2.2 焊接变形控制

人员闸门成形精度高，嵌板需要在现场和钢制安全壳进行组焊，在制作的过程中除保证嵌板有足够的加工余量外，还需要从以下几个方面考虑控制变形：

（1）工装措施：通过足够的工装板条来固定以减少焊缝过程横向收缩带来的变形。

（2）工艺措施：

1）焊接时采用小规范工艺进行施焊，施焊过程中尽可能提高焊接速度，同时控制层间温度尽可能偏下限；

2）控制焊接顺序，一是采用正反面交替焊接的方法，正面焊接一定的厚度后，翻转进行反面的焊接，可能的控制单次循环熔敷金属厚度不超过10 mm；二是通过多人对称焊接相互抵消应力；

3）增加焊后后热处理，焊接完成后，对焊缝及其影响区加热到不低于100℃，保温不低于1 h后热处理以减少焊接残余应力[5]。

3.3 无损检测

（1）NDE人员考核与管理需满足HAF 602民用核安全设备无损检验人员资格管理规定；

（2）NDE人员（除VT）的评定与授权需满足ASME III NE-5500的要求；

（3）所有A类、B类、C类和D类焊接接头的全焊透焊缝坡口、或材料厚度等于或大于2 in.的类似焊接接头，其焊缝坡口的制备表面都应采用磁粉或液体渗透法进行检测；

（4）所有的焊缝需做目视检查；（5）压力边界的所有对接焊缝需进行100%RT；（6）不进行射线探伤的压力边界焊缝的根部焊道及表面需进行MT/PT检测；

（7）非对接的压力边界的焊缝需进行UT、MT/PT检测，方法按照NE-5200；

（8）压力边界临时附件去除后需进行MT/PT检测；（9）NDE验收标准需满足NE-5300；

（10）所有焊缝的射线检测可在任何所要求的焊后热处理以前进行；

（11）除P-1材料上的焊缝可在焊后热处理以前或以后进行检测以外，焊缝的磁粉或液体渗透检测都应在任何所要求的焊后热处理以后进行。

3.4 焊后热处理

焊后热处理的主要目的是消除残余应力，降低冷裂纹产生的倾向，及保证结构的稳定性。为保证温度的控制，在部件的厚薄处各设置一个热电偶，热电偶的固定方式可采用点焊的方式固定，保证客观的反映产品的温度，热电偶的测温端应用保温棉覆盖，防止热电偶直接与炉气接触，造成温度假象。加热炉配备的时间-温度自动记录仪表、热电偶、必须经过计量检定合格。倘若采用燃气炉，将产品至于炉膛的中心位置，并垫起一定的高度，防止火焰直接喷射到产品的表面。

热处理结束后，将热电偶清除，产品表面打磨，通过MT或PT检验表面是否有缺陷。

3.5 机加工

人员闸门加工重点控制部位包括密封面加工、密封圈燕尾槽加工、嵌板外圆坡口加工。

人员闸门主要通过门板和舱壁门框结合面的进行密封，舱壁门框密封面为平面结构，门板的密封面上开有两个平行的燕尾槽，里面各放置一个O型圈，工作时，通过锁紧臂机构产生的预紧力紧固定门板，使燕尾槽中的O型圈受力压缩，从而起到密封的效果，因此加工精度要求很高。

3.6 油漆

AP1000人员闸门的油漆采用无机富锌漆（Carbozinc11 HSN）+环氧面漆（Carboguard 890N）.Carbozinc11 HSN作为金属漆，施工参数要求十分苛刻。

施工过程中注意事项如下：

（1）表面处理粗糙度的选择：在规范允许的条件下，尽可能地靠上限进行施工，以提高油漆的附着力；

（2）涂装表面的油污、杂质等外来污染物必须清理干净，否则降低底漆的附着力甚至出现脱落现象；

（3）基材表面温度超过露点温度不低于3℃时，方可涂装。在露点温度时，基材表面会有新锈生成，而影响漆膜的附着力；

（4）油漆配比必须严格按照产品说明书进行操作，配比时多采用重量比的方式，对于富锌漆，溶剂及锌粉先充分混合后，在缓慢的加入固化剂进行溶合，混合时必须采用动力搅拌，搅拌时间要充分以保持混合均匀（建议连续搅拌时间大于3 min）；

（5）底漆的施工：在满足规范要求的条件下，建议偏下限进行施工，防止由于金属漆在固化的过程中，由于厚度大而产生拉应力，造成开裂，实际操作中一般情况下DFT（干膜厚度）超出140 μm，大多会出现龟裂；

（6）底漆施工可分多道进行喷涂，但只能经历一次固化周期；

（7）底漆施工时，DFT尽量的控制在一个比较小的范围内，减少由于拉应力而导致龟裂产生的倾向；

（8）固化阶段，必须保证足够的湿度，但不得通过提高温度，引起环境湿度降低的方式来加速固化；

（9）相对湿度低于40%的大气环境下或为了加速固化，在2小时初期固化后，可通过淋水或水蒸汽使漆膜湿润至少8 h的方式进行；

（10）面漆施工前需进行雾涂，雾涂时用#2稀释剂稀释至体积的30%~50%，膜厚控制在15 μm以下，保证能覆盖住底漆，主要是防止起泡的产生；

（11）雾涂4 h后（环境温度24℃），可进行面漆，喷涂后及时地测量面漆的湿膜厚度，最后固化厚度比湿膜厚度会有所增加，也可在未完全固化的时候加垫薄塑料卡测量漆膜厚度；

（12）面漆固化必须的在通风、宽敞、洁净的环境下进行，固化期间不得在涂装表面加盖不透气的隔离物；

油漆完成后对表面进行目视检查，不得出现流挂、表面污染、Dust Spray(干喷)、Holiday(漏点)、龟裂现象；发现异常情况时，在征得厂家同意后，可用硬币对油漆表面进行刮滑，油漆不得有刮离的现象发生。湿膜厚度的测量，湿膜测厚仪必须保存完好，不得存在磨损，否而会影响测量结果；分别在底漆及面漆固化后，对干膜厚度进行测量，核实DFT是否达到了标准要求，避免有过厚或过薄现象，DFT至少应达到规定标准的80%以上厚度，超过标准厚度时，应控制在120%以下或者规定的膜厚范围（一般要求，依据SSPC-PA2检测干膜厚度）。

3.7 总装

总装应该注意的问题：

（1）人员闸门机械部件中有许多胀紧联结装置，一方面实现机件与轴的无键联结，另一方面在过载荷的情况下，可以滑动，对轴进行保护；

（2）设计规格书中，对润滑油的类型进行了明确规定，对于不同的部位一定注意使用指定性润滑剂；

（3）门密封过度的压缩将会减少密封和机构的寿命，一次调整滚子支架组件的位置不应超过半圈。

（4）门与舱壁组件之间的密封必须是垂直的，使用塞尺检查门体与舱壁四角之间的间隙，每个测量的间隙应该在0.15 in之内。

3.8 验收试验

（1）气压试验

为了检验承压部件的强度及严密性需进行水压试验，可用气压的试验的方法进行代替。在试验前检查是否所有的压力边界的部件都被组装。

试验前特别注意以下问题：所有压力边界的焊缝和检验都完成而且合格；门体、铰链框架、轴承支座都应安装在人员闸门舱壁上，O型圈安装到门体的密封槽中；检查所有的密封圈和垫片是否安装到位，所有的贯穿件开口都应加盖或安装。

试验过程注意事项：试验的环境温度不得低于10℃；压力表的在有效的校验期内，按照NE-6413进行标定；逐渐提高压力至5Psig并保持，使用肥皂检验法检验各处接头、贯穿件及接管焊缝，如果发现有任何泄露，则应在所有泄露处做出标记后泄压，修理或者替代缺陷处置后重新加压至5Psig；在检测没有任何泄漏后，逐渐将压力提高至65Psig并保压10 min；减压至59Psig并检查人员闸门是否存在明显的泄露和变形，对焊缝再次进行肥皂泡检验法。没有泄露和变形，则试验通过。

（2）泄露率试验

泄漏率试验前，人员闸门应组装完成，包括所有机械部件和舱壁贯穿件，门体与其密封圈应调整至紧密状态，检查所有的贯穿件的密封圈和垫圈都已经安装到到位并紧固，泄漏率试验是在气压试验之后进行，验收标准：人员闸门在试验压力59Psig下的允许的泄漏率不大于0.45gpm.

试验过程注意事项：试验的环境温度不得低于10℃，在设备和介质温度达到相同之前不可以开始试验，试验时间不低于6 h；压力表的校验证书在有效的校验期内，按照NE-6413进行标定；逐渐将压力提高至59Psig并保持10 min以确定人员闸门处于稳定状态，然后拆除供气装置，在最初的2 h，每隔半小时记录以下数据，以确定人员闸门是否能够位置合格的泄露率，最终数据应在6 h试验完成后记录；要求记录的数据有人员闸门内部压力、人员闸门内部温度以及大气压力。

（3）操作试验

操作试验是证明人员闸门电气部件及机械部件的功能完全满足设计规格书的要求，需要进行门功能性试验、平衡阀组件的气密试验及功能试验、门自锁功能试验。

在功能试验的过程中，门的开启及关闭通过手动轮进行操作。在手轮的操作的过程顺畅，无卡涩及外来阻力。

4 总结

AP1000人员闸门质量控制需重点关注以下环节：

（1）人员闸门涉及的物项种类多达上千种，必须明确物项采购等级，并按照质保要求进行采购控制；

（2）人员闸门涉及的EQ试验种类繁多，在物项制造前一定要确认所涉及的EQ试验是否结束，结果是否合格；

（3）人员闸门采用金属底漆，施工参数要求十分苛刻，需严格按照涂漆指南及ASTM 5144的质保要求进行控制；

（4）人员所涉及密封面的加工必须严格控制，以保证人员闸门高气密性的要求。

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

[2]林诚格.非能动安全先进核电厂AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.

[3]钱浩，贺寅彪，张明，等.核电站安全壳人员闸门应力分析——结构改进及其规律[J].力学季刊，2009（04）：638-644.

[4]徐军辉.核电设备监造解析[J].中国核电，2012（04）：358-362.

[5]张伟娜.AP1000设备闸门监造过程中关键工序的质量控制[J].设备监理，2014（05）：55-58.

图8 出孔毛刺

3 结束语

本文主要针对薄板铝合金钻孔过程进行仿真及实验观察研究，从仿真及实验结果得到钻孔过程中入钻、钻削及出孔的过程细节，钻孔过程中该种材料入孔毛刺较小，主要形成原因在于钻头主切削刃的尾端形状，在螺旋上升的共同作用下形成向上拉升而成的毛刺。而出孔毛刺的形成过程主要由主轴向下挤压破裂而成，毛刺尺寸呈现不均匀的分布状态，部分毛刺尺寸较大，其余部分毛刺形状较小。

参考文献：

[1]郭秀荣，陆怀民，郭秀丽，等．三维木材切削虚拟仿真与木工刀具参数优化研究[J]．机床与液压，2009，37（6）：25-28

[2]朱浩，朱亮，陈剑虹．应力三轴度和应变率对6063铝合金力学性能的影响及材料表征[J]．材料科学与工程学报，2007，25（3）:358-362

[3]张国梁，刘志军，李成华．直齿圆柱木工铣刀铣削切入过程动力学仿真分析[J]．机械传动，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，工程师，学士，研究方向：核电设备质量管理；齐永健（1989-），男，山东人，硕士，研究方向：核电设备监造。