核電站用應(yīng)急柴油發(fā)電機組質(zhì)量研究
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摘要：本文對中核集團“華龍一號”項目應(yīng)急柴油發(fā)電機組目前的國產(chǎn)化模式進行介紹，結(jié)合設(shè)備的工藝特點，從設(shè)備的開工先決條件檢查、設(shè)備零部件制造過程、柴油機零部件裝配、柴油機的試驗以及分包商的管理等方面的質(zhì)量控制要點進行闡述，確保設(shè)備質(zhì)量滿足核電站要求，為后續(xù)的設(shè)備監(jiān)造工作提供參考。
關(guān)鍵詞：核電；柴油機；監(jiān)造；質(zhì)量控制；華龍一號
應(yīng)急柴油發(fā)電機組作為核電廠的應(yīng)急電源，在核電廠主電源、備用電源及主發(fā)電機失效后10s內(nèi)啟動，達到額定電壓和額定功率，確保電廠應(yīng)急照明和堆內(nèi)余熱排出，保證反應(yīng)堆安全停堆，避免事態(tài)進一步擴大。眾所周知，應(yīng)急電源的喪失是導(dǎo)致日本福島核事故發(fā)生和擴大的重要原因，因此日本福島核事故后，為了滿足核安全的需要，核電站用應(yīng)急柴油發(fā)電機組受到了高度的重視。日本福島事故后，根據(jù)福島核事故經(jīng)驗反饋以及我國和全球最新安全要求，中核集團研發(fā)的先進百萬千瓦級壓水堆“華龍一號”堆型首堆建設(shè)已經(jīng)啟動，為福建福清5/6#項目。為滿足“華龍一號”的核安全需求，為我國核電安全地走出去打下堅實的基礎(chǔ)，對應(yīng)急柴油發(fā)電機組的質(zhì)量控制提出了新的要求。
一、華龍一號應(yīng)急柴油發(fā)電機組的性能要求
1.柴油發(fā)電機組轉(zhuǎn)速600rpm，額定輸出功率8000kW，額定電壓6.6kV，額定頻率50Hz，功率因數(shù)0.8，機組最低使用壽命40年；2.柴油機在正常工況運行下，累積有效運行時間不小于10000小時，啟動時間除外；3.柴油機啟動可靠性不低于99%；4.柴油機空載運行最大持續(xù)時間可達8小時；5.柴油機在使用壽命年限內(nèi)啟動次數(shù)為4000次；6.柴油機起動后，10s內(nèi)達到額定轉(zhuǎn)速和額定電壓；7.與應(yīng)急柴油機應(yīng)急運行及發(fā)電功率有關(guān)的柴油機承壓的輔助機械設(shè)備、部件核管線設(shè)定為核安全三級，電氣部件為1E級；8.柴油機加載時頻率不能低于95%額定頻率，電壓不能低于75%額定電壓，頻率恢復(fù)到額定值的98%及電壓恢復(fù)到額定值的90%的時間小于此程序開始與下一程序開始之間的時間間隔的60%。
二、核級應(yīng)急柴油發(fā)電機組經(jīng)歷的國產(chǎn)化采購模式
應(yīng)急柴油發(fā)電機組是一套非常復(fù)雜的集成化、模塊化設(shè)備。機組本體主要由柴油機、發(fā)電機、連接裝置和公共底座等構(gòu)成，與柴油機輔助系統(tǒng)、發(fā)電機勵磁和保護系統(tǒng)、儀表和控制系統(tǒng)等共同組成了核電廠內(nèi)應(yīng)急交流電源。應(yīng)急柴油發(fā)電機組的國產(chǎn)化模式主要還是與國外大型柴油機供貨商聯(lián)合設(shè)計制造為主，通過消化和吸收國外先進技術(shù)逐步進行國產(chǎn)化。
1.國內(nèi)二代加M310核電堆型主要采用了聯(lián)合體的采購模式：
（1）德國MTU、阿海琺公司和山西北方安特優(yōu)組成聯(lián)合體。MTU為聯(lián)合體的接口人負責(zé)柴油機系統(tǒng)設(shè)計，阿?，m負責(zé)電儀設(shè)備的設(shè)計和供貨，山西北方安特優(yōu)負責(zé)柴油機零部件的組裝和試驗，承擔(dān)了中核集團福清核電項目。（2）由法國ALSTOM、德國MAN公司、武漢ALTSOM、陜西柴油機重工有限公司組成聯(lián)合體。ALSTOM為聯(lián)合體帶路人，并負責(zé)電儀設(shè)備的設(shè)計和供貨，陜西柴油機重工負責(zé)部分國產(chǎn)化零部件的采購以及柴油機的組裝和試驗，承擔(dān)了中核集團田灣和海南核電項目。
2.目前中核集團三代核電“華龍一號”應(yīng)急柴油發(fā)電機組采取的采購模式為：
總包商為陜西柴油機重工有限公司，法國MAN公司提供技術(shù)支持，中核集團河北分公司承擔(dān)部分系統(tǒng)布置設(shè)計。陜柴自制一臺柴油機的重要零部件供MAN公司進行評審，在MAN公司認可后，陜柴開展該型號柴油機的制造，用于核電的國產(chǎn)化。由于國內(nèi)企業(yè)沒有承擔(dān)過項目總承包的角色，并且國內(nèi)企業(yè)的設(shè)計、工藝、質(zhì)保、處理問題的能力都不如國外企業(yè)成熟，因此，在總承包模式改變?yōu)閲鴥?nèi)企業(yè)的背景下，如何對陜柴的制造活動進行質(zhì)量控制顯得尤為重要。
三、應(yīng)急柴油發(fā)電機組的質(zhì)量控制要點
應(yīng)急柴油發(fā)電機組為核1E級別設(shè)備，屬于重大設(shè)備，因此監(jiān)造等級定為監(jiān)造一級，根據(jù)現(xiàn)場需要在陜西柴油機重工有限公司派駐監(jiān)造人員一名，在發(fā)電機分包廠家派駐監(jiān)造人員一名，進口件由駐歐洲人員進行質(zhì)量控制。根據(jù)零部件的核安全等級、質(zhì)保等級、工藝復(fù)雜程度等在供應(yīng)商提交的零部件制造質(zhì)量計劃上選取相應(yīng)的見證點（停工待檢點H，見證點W,記錄點R）,監(jiān)造人員進行見證，同時對設(shè)備制造的全周期進行質(zhì)量控制。主要的監(jiān)造內(nèi)容有以下幾點。
1.開工先決條件檢查。
（1）設(shè)計文件的檢查。①檢查設(shè)備供應(yīng)商已編制設(shè)計文件清單，檢查設(shè)計施工圖、技術(shù)規(guī)格書、技術(shù)條件等設(shè)計文件的種類和數(shù)量以及版本情況，以確定設(shè)計是否固化，對于設(shè)計沒有固化的堅決不允許開工，從源頭杜絕由于消化吸收不到位而產(chǎn)生的問題；②檢查設(shè)計聯(lián)絡(luò)會、設(shè)計審查會會議紀(jì)要與圖紙有關(guān)問題的澄清或解決情況，在設(shè)計變更和技術(shù)澄清沒有得到落實情況下，不得開工制造；③檢查國家核安全監(jiān)管部門對制造廠整改行動項目的落實情況，沒有整改完成堅決不開工。（2）主要外購件及原材料入廠驗收。設(shè)備監(jiān)造工程師對柴油機的結(jié)構(gòu)材料和零部件等原材料、外購件、外協(xié)件進廠檢查，首先應(yīng)檢查材料和零部件的合格證等質(zhì)量證明文件，根據(jù)合同和技術(shù)條件要求，需要進行復(fù)驗的進行入廠復(fù)驗。其次是監(jiān)督制造廠對材料和零部件進行實體檢驗，并對檢驗結(jié)果進行見證、審查、確認。柴油機的主要外購零部件有：曲軸、連桿、管路等，特別對高壓燃油管、空氣管路和啟動空氣管路應(yīng)注意檢查壓力試驗參數(shù)的符合性。（3）制造廠資質(zhì)的檢查。檢查核安全設(shè)備設(shè)計或制造許可證，檢查制造單位名稱、住所、法定代表人、從事的活動種類和范圍是否符合國家核安全監(jiān)管部門的要求，確保關(guān)鍵工序無違規(guī)分包現(xiàn)象。焊工或焊接操作工應(yīng)具有相應(yīng)國家核安全局頒發(fā)的資格證書，焊工或焊接操作工人員數(shù)量、焊工考試合格項目應(yīng)滿足車間產(chǎn)品焊接需要。無損檢測人員應(yīng)具有國家法定培訓(xùn)機構(gòu)頒發(fā)的資質(zhì)證書，無損檢測人員數(shù)量和資質(zhì)范圍應(yīng)能滿足無損檢測工作的需要，針對產(chǎn)品無損檢驗方法，確保每種方法具有2個Ⅱ級以上人員。無損檢測人員為本制造單位正式聘用人員，無其他單位人員在本單位從事無損檢測工作。
2.對主要零部件的質(zhì)量控制。
（1）主要鑄鍛件的控制。柴油機主要的鑄鍛件有機身、汽缸蓋、缸套、連桿、曲軸等，主要關(guān)注的是零部件的機械性能和硬度是否合格，粗加工前進行100%UT檢測，并禁止進行補焊和打磨等工序。對于連桿尤其注意零件號是否與實體一致，并檢查連桿螺栓是否存在裂紋。（2）對機械加工過程的監(jiān)督。主要的機加工工序為：缸套精加工、汽缸蓋精加工及水壓試驗、終檢、機身精加工、軸承蓋、精鏜曲軸孔、精鏜凸輪軸孔、精鏜缸孔。可適當(dāng)設(shè)置精加工后的見證點，確保精加工后的零部件尺寸工差和表面粗糙度等滿足圖紙要求。精加工后進行MT檢測，檢測是否存在裂紋。
3.柴油機零部件裝配質(zhì)量控制要點。
（1）缸蓋裝配:檢查氣門座密封性能，檢查氣門沉入量及氣門間隙。（2）裝活塞—連桿組件:連桿小頭銅套上的油孔或油槽與連桿上的油孔要對正，連桿體和連桿蓋對應(yīng)編號一致，每個連桿連接螺栓與連桿螺栓孔也是固定對應(yīng)關(guān)系，組裝時注意連桿螺栓編號和螺栓孔編號一致。（3）裝配曲軸、軸承蓋:曲軸承蓋與機體曲軸孔座對應(yīng)編號一致，曲軸螺栓的拉伸量符合組裝工藝要求，曲軸組裝后檢測軸向間隙符合工藝要求。（4）裝活塞、連桿、缸套總成:組裝前核查活塞、缸套尺寸，檢查連桿瓦孔尺寸。測量連桿瓦孔尺寸和組裝曲軸、連桿時，連桿連接螺栓應(yīng)分次緊固，緊固力矩、轉(zhuǎn)角符合工藝要求，螺栓緊固位置刻線應(yīng)一次對準(zhǔn)，如果擰緊時超過刻線位置，不允許倒擰對準(zhǔn)，需松開后重新緊固。（5）裝凸輪軸:裝入凸輪軸時，應(yīng)使用凸輪軸導(dǎo)入工裝、凸輪軸及孔涂機油，防止剮蹭凸輪軸軸承銅套。定位后檢測軸向間隙符合工藝要求。調(diào)整凸輪軸定時，檢查曲軸和凸輪軸的定位是否準(zhǔn)確，精度是否滿足工藝要求。在緊固凸輪軸定時齒輪螺栓時，要注意觀察是否造成凸輪軸、齒輪的跑動，一旦出現(xiàn)上述現(xiàn)象，要重新進行定位和裝配。（6）裝配曲軸齒輪、減震器：在進行此類過盈配合零部件的裝配工作時，擴張壓力和推進壓力同步達到組裝工藝要求壓力后，卸去擴張油壓，推進油壓保持工藝要求時間。（7）裝缸蓋：缸蓋螺栓拉伸量或緊固力矩、轉(zhuǎn)角符合工藝要求。（8）裝噴油泵、橫向控制機構(gòu):裝噴油泵前根據(jù)測量結(jié)果選配調(diào)整墊片厚度。（9）排氣總管裝配：增壓器箱與排氣總管結(jié)合面清潔，組裝前結(jié)合面涂高溫密封膠，檢查增壓器潤滑系統(tǒng)單向閥組裝方向。
4.柴油機單機試驗的質(zhì)量控制要點。
柴油機單機試驗應(yīng)當(dāng)包括磨合試驗和性能試驗。柴油機磨合試驗是發(fā)現(xiàn)和排除柴油機組裝質(zhì)量問題的重要環(huán)節(jié)，試驗前應(yīng)注意檢查試驗操作人員是否已按試驗大綱完成試驗前準(zhǔn)備工作，啟機前柴油機安全防護功能的靜態(tài)檢查驗證結(jié)果應(yīng)符合安全防護參數(shù)要求，應(yīng)對所有柴油機的報警和停機裝置進行整定和檢查，觸發(fā)點應(yīng)記載在試驗記錄中，應(yīng)確認試驗臺所有傳感器信號正常，無報警信號出現(xiàn)，避免由于柴油機存在組裝質(zhì)量問題而對柴油機造成重大損失。柴油機性能試驗是對柴油機應(yīng)具備的基本性能的驗證，試驗內(nèi)容應(yīng)至少滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)格書對柴油機出廠性能試驗的要求。
5.柴油發(fā)電機組的試驗。
柴油發(fā)電機試驗前與發(fā)電機進行組裝，檢查聯(lián)軸器的材料證明，審查柴油機、發(fā)電機聯(lián)軸器符合性聲明文件。檢查材料、零部件質(zhì)量證明文件，柴油機質(zhì)量計劃已執(zhí)行完畢且質(zhì)量計劃見證點簽署齊全，無問題遺漏項。審查空氣啟動總閥、預(yù)潤滑油泵、冷卻水泵、預(yù)熱器、燃油冷卻器，空氣啟動管路管件，滑油、燃油管路管件質(zhì)量證明文件、合格證、符合性聲明文件，審查啟動空氣管路管件焊接無損探傷報告等。檢查發(fā)動機和發(fā)電機之間的同軸度，檢查機組在試驗臺就位后的柴油機和發(fā)電機的同軸度應(yīng)符合工藝文件要求。機組試驗內(nèi)容一般應(yīng)包括：功率驗證試驗、調(diào)速器試驗、啟動試驗、振動測量、負載試驗、裕度試驗、輕載試驗、空載試驗、空載試驗后50%加載試驗等試驗項目。試驗過程中應(yīng)注意觀察試驗臺有無報警信號出現(xiàn)，柴油發(fā)電機相關(guān)參數(shù)是否異常。試驗結(jié)束后應(yīng)按試驗大綱要求的拆檢項目進行檢查。
四、加強對柴油機組分包商的管理
一套應(yīng)急柴油發(fā)電機組系統(tǒng)包括400多臺設(shè)備，一萬多項部件和材料，約涉及上百個分包商，大部分分包設(shè)備為輔助系統(tǒng)的設(shè)備，當(dāng)前項目實際操作過程中發(fā)生的大部分質(zhì)量問題的也基本屬于輔助系統(tǒng)設(shè)備部件。
1.目前應(yīng)急柴油發(fā)動機組分包商存在的問題有：
（1）柴油機非關(guān)鍵零部件存在多級供應(yīng)鏈，主供應(yīng)商對分供應(yīng)商的控制存在薄弱環(huán)節(jié)，造成由于分供應(yīng)商采購的零部件質(zhì)量控制不夠，業(yè)主方又難以深入監(jiān)控。
（2）國內(nèi)制造水平不高和分供應(yīng)商在采購時過多考慮低價格，造成一些零件的質(zhì)量存在隱患。
（3）對于國外采購的輔助系統(tǒng)設(shè)備，供應(yīng)商考慮到出國費用高，一般不派人出席見證，質(zhì)量控制薄弱。
（4）供應(yīng)商在核電站處理現(xiàn)場問題時質(zhì)量控制不到位，部分活動未編制質(zhì)量計劃或者現(xiàn)場環(huán)境帶來柴油機試驗次生質(zhì)量問題。
2.對柴油機組分包商的質(zhì)量控制措施。
（1）加強對外購件分包商的合格供應(yīng)商的評價，做好資格審查工作，取得認可后，方能作為合格分包商參與項目。
（2）根據(jù)設(shè)備質(zhì)量分級和以往項目經(jīng)驗，對不同的分包商進行不同級別的監(jiān)造管理，對于質(zhì)保等級在QA3級以上的設(shè)備，總包商均按我司要求，提交設(shè)備質(zhì)量計劃，各方對質(zhì)量計劃進行選點，對薄弱環(huán)節(jié)進行控制。
（3）加強現(xiàn)場監(jiān)造對分包商的幫扶力度。加強現(xiàn)場監(jiān)造監(jiān)督作為對分包商制造過程質(zhì)量管理的一種控制手段，是必不可少的。通過經(jīng)常性地對制造過程進行質(zhì)量檢查、巡查，可以幫助各級分包商積攢寶貴經(jīng)驗，養(yǎng)成良好的質(zhì)量管理習(xí)慣，在后續(xù)的項目中也便于我司及總包商的質(zhì)量管理。
（4）將核安全質(zhì)保的理念積極灌輸?shù)娇偘碳案骷壏职讨小Ｒ罂偘虈?yán)格按照核安全質(zhì)保要求管理其下級分包商，力求做到每一級分包商都能夠在質(zhì)量上受控于上一級承包商，做到盡可能地深入管理，防微杜漸，并防患于未然。
五、結(jié)束語
核電設(shè)備的國產(chǎn)化是我國核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，百萬千瓦級核電站用應(yīng)急柴油機組是核電廠重要安全級設(shè)備，是國家重點鼓勵的國產(chǎn)化設(shè)備之一。目前，我國百萬千瓦級核電站用應(yīng)急柴油機組國產(chǎn)化進入了關(guān)鍵階段，總包商由外方變成了中方，設(shè)備制造質(zhì)量風(fēng)險加大。因此對柴油機的質(zhì)量控制工作提出了新的要求。但只要我們從設(shè)備的采購全過程對質(zhì)量進行預(yù)控，加強設(shè)備制造先決條件檢查，確保柴油機制造企業(yè)按照核電設(shè)備質(zhì)量保證有效運轉(zhuǎn)，從源頭上杜絕問題的產(chǎn)生，加強對分包商的質(zhì)量控制，確保外購件的到貨質(zhì)量，確保重點零部件的制造以及柴油機系統(tǒng)的試驗過程中嚴(yán)格按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及程序執(zhí)行，相信百萬千瓦級核電站用應(yīng)急柴油機組一定能順利交付核電現(xiàn)場，為我國第三代核電“華龍一號”走出去打下良好基礎(chǔ)。
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作者：孫建民 張強