核電站用應急柴油發(fā)電機組質(zhì)量研究論文
摘要：本文對中核集團“華龍一號”項目應急柴油發(fā)電機組目前的國產(chǎn)化模式進(jìn)行介紹，結合設備的工藝特點(diǎn)，從設備的開(kāi)工先決條件檢查、設備零部件制造過(guò)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(diǎn)進(jìn)行闡述，確保設備質(zhì)量滿(mǎn)足核電站要求，為后續的設備監造工作提供參考。
關(guān)鍵詞：核電；柴油機；監造；質(zhì)量控制；華龍一號
應急柴油發(fā)電機組作為核電廠(chǎng)的應急電源，在核電廠(chǎng)主電源、備用電源及主發(fā)電機失效后10s內啟動(dòng)，達到額定電壓和額定功率，確保電廠(chǎng)應急照明和堆內余熱排出，保證反應堆安全停堆，避免事態(tài)進(jìn)一步擴大。眾所周知，應急電源的喪失是導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(mǎn)足核安全的需要，核電站用應急柴油發(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(jìn)百萬(wàn)千瓦級壓水堆“華龍一號”堆型首堆建設已經(jīng)啟動(dòng)，為福建福清5/6#項目。為滿(mǎn)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(shí)的基礎，對應急柴油發(fā)電機組的質(zhì)量控制提出了新的要求。
一、華龍一號應急柴油發(fā)電機組的性能要求
1.柴油發(fā)電機組轉速600rpm，額定輸出功率8000kW，額定電壓6.6kV，額定頻率50Hz，功率因數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(shí)間不小于10000小時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間除外；3.柴油機啟動(dòng)可靠性不低于99%；4.柴油機空載運行最大持續時(shí)間可達8小時(shí)；5.柴油機在使用壽命年限內啟動(dòng)次數為4000次；6.柴油機起動(dòng)后，10s內達到額定轉速和額定電壓；7.與應急柴油機應急運行及發(fā)電功率有關(guān)的柴油機承壓的輔助機械設備、部件核管線(xiàn)設定為核安全三級，電氣部件為1E級；8.柴油機加載時(shí)頻率不能低于95%額定頻率，電壓不能低于75%額定電壓，頻率恢復到額定值的98%及電壓恢復到額定值的90%的時(shí)間小于此程序開(kāi)始與下一程序開(kāi)始之間的時(shí)間間隔的60%。
二、核級應急柴油發(fā)電機組經(jīng)歷的國產(chǎn)化采購模式
應急柴油發(fā)電機組是一套非常復雜的集成化、模塊化設備。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成，與柴油機輔助系統、發(fā)電機勵磁和保護系統、儀表和控制系統等共同組成了核電廠(chǎng)內應急交流電源。應急柴油發(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)合設計制造為主，通過(guò)消化和吸收國外先進(jìn)技術(shù)逐步進(jìn)行國產(chǎn)化。
1.國內二代加M310核電堆型主要采用了聯(lián)合體的采購模式：
�。�1）德國MTU、阿�，m公司和山西北方安特優(yōu)組成聯(lián)合體。MTU為聯(lián)合體的接口人負責柴油機系統設計，阿�，m負責電儀設備的設計和供貨，山西北方安特優(yōu)負責柴油機零部件的組裝和試驗，承擔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，并負責電儀設備的設計和供貨，陜西柴油機重工負責部分國產(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部分系統布置設計。陜柴自制一臺柴油機的重要零部件供MAN公司進(jìn)行評審，在MAN公司認可后，陜柴開(kāi)展該型號柴油機的制造，用于核電的國產(chǎn)化。由于國內企業(yè)沒(méi)有承擔過(guò)項目總承包的角色，并且國內企業(yè)的設計、工藝、質(zhì)保、處理問(wèn)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)閲鴥绕髽I(yè)的背景下，如何對陜柴的制造活動(dòng)進(jìn)行質(zhì)量控制顯得尤為重要。
三、應急柴油發(fā)電機組的質(zhì)量控制要點(diǎn)
應急柴油發(fā)電機組為核1E級別設備，屬于重大設備，因此監造等級定為監造一級，根據現場(chǎng)需要在陜西柴油機重工有限公司派駐監造人員一名，在發(fā)電機分包廠(chǎng)家派駐監造人員一名，進(jìn)口件由駐歐洲人員進(jìn)行質(zhì)量控制。根據零部件的核安全等級、質(zhì)保等級、工藝復雜程度等在供應商提交的零部件制造質(zhì)量計劃上選取相應的見(jiàn)證點(diǎn)（停工待檢點(diǎn)H，見(jiàn)證點(diǎn)W,記錄點(diǎn)R）,監造人員進(jìn)行見(jiàn)證，同時(shí)對設備制造的全周期進(jìn)行質(zhì)量控制。主要的監造內容有以下幾點(diǎn)。
1.開(kāi)工先決條件檢查。
（1）設計文件的檢查。①檢查設備供應商已編制設計文件清單，檢查設計施工圖、技術(shù)規格書(shū)、技術(shù)條件等設計文件的種類(lèi)和數量以及版本情況，以確定設計是否固化，對于設計沒(méi)有固化的堅決不允許開(kāi)工，從源頭杜絕由于消化吸收不到位而產(chǎn)生的問(wèn)題；②檢查設計聯(lián)絡(luò )會(huì )、設計審查會(huì )會(huì )議紀要與圖紙有關(guān)問(wèn)題的澄清或解決情況，在設計變更和技術(shù)澄清沒(méi)有得到落實(shí)情況下，不得開(kāi)工制造；③檢查國家核安全監管部門(mén)對制造廠(chǎng)整改行動(dòng)項目的落實(shí)情況，沒(méi)有整改完成堅決不開(kāi)工。
（2）主要外購件及原材料入廠(chǎng)驗收。設備監造工程師對柴油機的結構材料和零部件等原材料、外購件、外協(xié)件進(jìn)廠(chǎng)檢查，首先應檢查材料和零部件的合格證等質(zhì)量證明文件，根據合同和技術(shù)條件要求，需要進(jìn)行復驗的進(jìn)行入廠(chǎng)復驗。其次是監督制造廠(chǎng)對材料和零部件進(jìn)行實(shí)體檢驗，并對檢驗結果進(jìn)行見(jiàn)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(dòng)空氣管路應注意檢查壓力試驗參數的符合性。
（3）制造廠(chǎng)資質(zhì)的檢查。檢查核安全設備設計或制造許可證，檢查制造單位名稱(chēng)、住所、法定代表人、從事的活動(dòng)種類(lèi)和范圍是否符合國家核安全監管部門(mén)的要求，確保關(guān)鍵工序無(wú)違規分包現象。焊工或焊接操作工應具有相應國家核安全局頒發(fā)的資格證書(shū)，焊工或焊接操作工人員數量、焊工考試合格項目應滿(mǎn)足車(chē)間產(chǎn)品焊接需要。無(wú)損檢測人員應具有國家法定培訓機構頒發(fā)的資質(zhì)證書(shū)，無(wú)損檢測人員數量和資質(zhì)范圍應能滿(mǎn)足無(wú)損檢測工作的需要，針對產(chǎn)品無(wú)損檢驗方法，確保每種方法具有2個(gè)Ⅱ級以上人員。無(wú)損檢測人員為本制造單位正式聘用人員，無(wú)其他單位人員在本單位從事無(wú)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(jìn)行100%UT檢測，并禁止進(jìn)行補焊和打磨等工序。對于連桿尤其注意零件號是否與實(shí)體一致，并檢查連桿螺栓是否存在裂紋。
（2）對機械加工過(guò)程的監督。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�？蛇m當設置精加工后的見(jiàn)證點(diǎn)，確保精加工后的零部件尺寸工差和表面粗糙度等滿(mǎn)足圖紙要求。精加工后進(jìn)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(diǎn)。
�。�1）缸蓋裝配:檢查氣門(mén)座密封性能，檢查氣門(mén)沉入量及氣門(mén)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編號一致，每個(gè)連桿連接螺栓與連桿螺栓孔也是固定對應關(guān)系，組裝時(shí)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(shí)，連桿連接螺栓應分次緊固，緊固力矩、轉角符合工藝要求，螺栓緊固位置刻線(xiàn)應一次對準，如果擰緊時(shí)超過(guò)刻線(xiàn)位置，不允許倒擰對準，需松開(kāi)后重新緊固。
�。�5）裝凸輪軸:裝入凸輪軸時(shí)，應使用凸輪軸導入工裝、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。調整凸輪軸定時(shí)，檢查曲軸和凸輪軸的.定位是否準確，精度是否滿(mǎn)足工藝要求。在緊固凸輪軸定時(shí)齒輪螺栓時(shí)，要注意觀(guān)察是否造成凸輪軸、齒輪的跑動(dòng)，一旦出現上述現象，要重新進(jìn)行定位和裝配。
�。�6）裝配曲軸齒輪、減震器：在進(jìn)行此類(lèi)過(guò)盈配合零部件的裝配工作時(shí)，擴張壓力和推進(jìn)壓力同步達到組裝工藝要求壓力后，卸去擴張油壓，推進(jìn)油壓保持工藝要求時(shí)間。
�。�7）裝缸蓋：缸蓋螺栓拉伸量或緊固力矩、轉角符合工藝要求。
�。�8）裝噴油泵、橫向控制機構:裝噴油泵前根據測量結果選配調整墊片厚度。
�。�9）排氣總管裝配：增壓器箱與排氣總管結合面清潔，組裝前結合面涂高溫密封膠，檢查增壓器潤滑系統單向閥組裝方向。
4.柴油機單機試驗的質(zhì)量控制要點(diǎn)。
柴油機單機試驗應當包括磨合試驗和性能試驗。柴油機磨合試驗是發(fā)現和排除柴油機組裝質(zhì)量問(wèn)題的重要環(huán)節，試驗前應注意檢查試驗操作人員是否已按試驗大綱完成試驗前準備工作，啟機前柴油機安全防護功能的靜態(tài)檢查驗證結果應符合安全防護參數要求，應對所有柴油機的報警和停機裝置進(jìn)行整定和檢查，觸發(fā)點(diǎn)應記載在試驗記錄中，應確認試驗臺所有傳感器信號正常，無(wú)報警信號出現，避免由于柴油機存在組裝質(zhì)量問(wèn)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具備的基本性能的驗證，試驗內容應至少滿(mǎn)足相關(guān)標準及技術(shù)規格書(shū)對柴油機出廠(chǎng)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(jìn)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)量計劃已執行完畢且質(zhì)量計劃見(jiàn)證點(diǎn)簽署齊全，無(wú)問(wèn)題遺漏項。審查空氣啟動(dòng)總閥、預潤滑油泵、冷卻水泵、預熱器、燃油冷卻器，空氣啟動(dòng)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(dòng)空氣管路管件焊接無(wú)損探傷報告等。檢查發(fā)動(dòng)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)電機的同軸度應符合工藝文件要求。機組試驗內容一般應包括：功率驗證試驗、調速器試驗、啟動(dòng)試驗、振動(dòng)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(guò)程中應注意觀(guān)察試驗臺有無(wú)報警信號出現，柴油發(fā)電機相關(guān)參數是否異常。試驗結束后應按試驗大綱要求的拆檢項目進(jìn)行檢查。
四、加強對柴油機組分包商的管理
一套應急柴油發(fā)電機組系統包括400多臺設備，一萬(wàn)多項部件和材料，約涉及上百個(gè)分包商，大部分分包設備為輔助系統的設備，當前項目實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)生的大部分質(zhì)量問(wèn)題的也基本屬于輔助系統設備部件。
1.目前應急柴油發(fā)動(dòng)機組分包商存在的問(wèn)題有：
�。�1）柴油機非關(guān)鍵零部件存在多級供應鏈，主供應商對分供應商的控制存在薄弱環(huán)節，造成由于分供應商采購的零部件質(zhì)量控制不夠，業(yè)主方又難以深入監控。
�。�2）國內制造水平不高和分供應商在采購時(shí)過(guò)多考慮低價(jià)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設備，供應商考慮到出國費用高，一般不派人出席見(jiàn)證，質(zhì)量控制薄弱。
�。�4）供應商在核電站處理現場(chǎng)問(wèn)題時(shí)質(zhì)量控制不到位，部分活動(dòng)未編制質(zhì)量計劃或者現場(chǎng)環(huán)境帶來(lái)柴油機試驗次生質(zhì)量問(wèn)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商的評價(jià)，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）根據設備質(zhì)量分級和以往項目經(jīng)驗，對不同的分包商進(jìn)行不同級別的監造管理，對于質(zhì)保等級在QA3級以上的設備，總包商均按我司要求，提交設備質(zhì)量計劃，各方對質(zhì)量計劃進(jìn)行選點(diǎn)，對薄弱環(huán)節進(jìn)行控制。
�。�3）加強現場(chǎng)監造對分包商的幫扶力度。加強現場(chǎng)監造監督作為對分包商制造過(guò)程質(zhì)量管理的一種控制手段，是必不可少的。通過(guò)經(jīng)常性地對制造過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量檢查、巡查，可以幫助各級分包商積攢寶貴經(jīng)驗，養成良好的質(zhì)量管理習慣，在后續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)保的理念積極灌輸到總包商及各級分包商中。要求總包商嚴格按照核安全質(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、結束語(yǔ)
核電設備的國產(chǎn)化是我國核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，百萬(wàn)千瓦級核電站用應急柴油機組是核電廠(chǎng)重要安全級設備，是國家重點(diǎn)鼓勵的國產(chǎn)化設備之一。目前，我國百萬(wàn)千瓦級核電站用應急柴油機組國產(chǎn)化進(jìn)入了關(guān)鍵階段，總包商由外方變成了中方，設備制造質(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。但只要我們從設備的采購全過(guò)程對質(zhì)量進(jìn)行預控，加強設備制造先決條件檢查，確保柴油機制造企業(yè)按照核電設備質(zhì)量保證有效運轉，從源頭上杜絕問(wèn)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(diǎn)零部件的制造以及柴油機系統的試驗過(guò)程中嚴格按相關(guān)標準及程序執行，相信百萬(wàn)千瓦級核電站用應急柴油機組一定能順利交付核電現場(chǎng)，為我國第三代核電“華龍一號”走出去打下良好基礎。
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