核電站用應急柴油發電機組質量研究論文
核電站用應急柴油發電機組質量研究論文
摘要：本文對中核集團“華龍一號”專案應急柴油發電機組目前的國產化模式進行介紹，結合裝置的工藝特點，從裝置的開工先決條件檢查、裝置零部件製造過程、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量控制要點進行闡述，確保裝置質量滿足核電站要求，為後續的裝置監造工作提供參考。
關鍵詞：核電；柴油機；監造；質量控制；華龍一號
應急柴油發電機組作為核電廠的應急電源，在核電廠主電源、備用電源及主發電機失效後10s內啟動，達到額定電壓和額定功率，確保電廠應急照明和堆內餘熱排出，保證反應堆安全停堆，避免事態進一步擴大。眾所周知，應急電源的喪失是導致日本福島核事故發生和擴大的重要原因，因此日本福島核事故後，為了滿足核安全的需要，核電站用應急柴油發電機組受到了高度的重視。日本福島事故後，根據福島核事故經驗反饋以及我國和全球最新安全要求，中核集團研發的先進百萬千瓦級壓水堆“華龍一號”堆型首堆建設已經啟動，為福建福清5/6#專案。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，對應急柴油發電機組的質量控制提出了新的要求。
一、華龍一號應急柴油發電機組的效能要求
1.柴油發電機組轉速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.柴油機在正常工況執行下，累積有效執行時間不小於10000小時，啟動時間除外；3.柴油機啟動可靠性不低於99%；4.柴油機空載執行最大持續時間可達8小時；5.柴油機在使用壽命年限內啟動次數為4000次；6.柴油機起動後，10s內達到額定轉速和額定電壓；7.與應急柴油機應急執行及發電功率有關的柴油機承壓的輔助機械裝置、部件核管線設定為核安全三級，電氣部件為1E級；8.柴油機載入時頻率不能低於95%額定頻率，電壓不能低於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%的時間小於此程式開始與下一程式開始之間的時間間隔的60%。
二、核級應急柴油發電機組經歷的國產化採購模式
應急柴油發電機組是一套非常複雜的整合化、模組化裝置。機組本體主要由柴油機、發電機、連線裝置和公共底座等構成，與柴油機輔助系統、發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內應急交流電源。應急柴油發電機組的國產化模式主要還是與國外大型柴油機供貨商聯合設計製造為主，透過消化和吸收國外先進技術逐步進行國產化。
1.國內二代加M310核電堆型主要採用了聯合體的採購模式：
（1）德國MTU、阿海琺公司和山西北方安特優組成聯合體。MTU為聯合體的介面人負責柴油機系統設計，阿海琺負責電儀裝置的設計和供貨，山西北方安特優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專案。
（2）由法國ALSTOM、德國MAN公司、武漢ALTSOM、陝西柴油機重工有限公司組成聯合體。ALSTOM為聯合體帶路人，並負責電儀裝置的設計和供貨，陝西柴油機重工負責部分國產化零部件的採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專案。
2.目前中核集團三代核電“華龍一號”應急柴油發電機組採取的採購模式為：
總包商為陝西柴油機重工有限公司，法國MAN公司提供技術支援，中核集團河北分公司承擔部分系統佈置設計。陝柴自制一臺柴油機的重要零部件供MAN公司進行評審，在MAN公司認可後，陝柴開展該型號柴油機的製造，用於核電的國產化。由於國內企業沒有承擔過專案總承包的角色，並且國內企業的設計、工藝、質保、處理問題的能力都不如國外企業成熟，因此，在總承包模式改變為國內企業的背景下，如何對陝柴的製造活動進行質量控制顯得尤為重要。
三、應急柴油發電機組的質量控制要點
應急柴油發電機組為核1E級別裝置，屬於重大裝置，因此監造等級定為監造一級，根據現場需要在陝西柴油機重工有限公司派駐監造人員一名，在發電機分包廠家派駐監造人員一名，進口件由駐歐洲人員進行質量控制。根據零部件的核安全等級、質保等級、工藝複雜程度等在供應商提交的零部件製造質量計劃上選取相應的見證點（停工待檢點H，見證點W,記錄點R）,監造人員進行見證，同時對裝置製造的全週期進行質量控制。主要的監造內容有以下幾點。
1.開工先決條件檢查。
（1）設計檔案的檢查。①檢查裝置供應商已編制設計檔案清單，檢查設計施工圖、技術規格書、技術條件等設計檔案的種類和數量以及版本情況，以確定設計是否固化，對於設計沒有固化的堅決不允許開工，從源頭杜絕由於消化吸收不到位而產生的問題；②檢查設計聯絡會、設計審查會會議紀要與圖紙有關問題的澄清或解決情況，在設計變更和技術澄清沒有得到落實情況下，不得開工製造；③檢查國家核安全監管部門對製造廠整改行動專案的落實情況，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。裝置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、外協件進廠檢查，首先應檢查材料和零部件的合格證等質量證明檔案，根據合同和技術條件要求，需要進行復驗的進行入廠複驗。其次是監督製造廠對材料和零部件進行實體檢驗，並對檢驗結果進行見證、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注意檢查壓力試驗引數的符合性。
（3）製造廠資質的檢查。檢查核安全裝置設計或製造許可證，檢查製造單位名稱、住所、法定代表人、從事的活動種類和範圍是否符合國家核安全監管部門的要求，確保關鍵工序無違規分包現象。焊工或焊接操作工應具有相應國家核安全域性頒發的資格證書，焊工或焊接操作工人員數量、焊工考試合格專案應滿足車間產品焊接需要。無損檢測人員應具有國家法定培訓機構頒發的資質證書，無損檢測人員數量和資質範圍應能滿足無損檢測工作的需要，針對產品無損檢驗方法，確保每種方法具有2個Ⅱ級以上人員。無損檢測人員為本製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，主要關注的是零部件的機械效能和硬度是否合格，粗加工前進行100%UT檢測，並禁止進行補焊和打磨等工序。對於連桿尤其注意零件號是否與實體一致，並檢查連桿螺栓是否存在裂紋。
（2）對機械加工過程的監督。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。可適當設定精加工後的見證點，確保精加工後的零部件尺寸工差和表面粗糙度等滿足圖紙要求。精加工後進行MT檢測，檢測是否存在裂紋。
3.柴油機零部件裝配質量控制要點。
（1）缸蓋裝配:檢查氣門座密封效能，檢查氣門沉入量及氣門間隙。
（2）裝活塞—連桿元件: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，每個連桿連線螺栓與連桿螺栓孔也是固定對應關係，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編號一致，曲軸螺栓的拉伸量符合組裝工藝要求，曲軸組裝後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，連桿連線螺栓應分次緊固，緊固力矩、轉角符合工藝要求，螺栓緊固位置刻線應一次對準，如果擰緊時超過刻線位置，不允許倒擰對準，需鬆開後重新緊固。
（5）裝凸輪軸:裝入凸輪軸時，應使用凸輪軸匯入工裝、凸輪軸及孔塗機油，防止剮蹭凸輪軸軸承銅套。定位後檢測軸向間隙符合工藝要求。調整凸輪軸定時，檢查曲軸和凸輪軸的.定位是否準確，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，一旦出現上述現象，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後，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，組裝前結合面塗高溫密封膠，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量控制要點。
柴油機單機試驗應當包括磨合試驗和效能試驗。柴油機磨合試驗是發現和排除柴油機組裝質量問題的重要環節，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檢查驗證結果應符合安全防護引數要求，應對所有柴油機的報警和停機裝置進行整定和檢查，觸發點應記載在試驗記錄中，應確認試驗檯所有感測器訊號正常，無報警訊號出現，避免由於柴油機存在組裝質量問題而對柴油機造成重大損失。柴油機效能試驗是對柴油機應具備的基本效能的驗證，試驗內容應至少滿足相關標準及技術規格書對柴油機出廠效能試驗的要求。
5.柴油發電機組的試驗。
柴油發電機試驗前與發電機進行組裝，檢查聯軸器的材料證明，審查柴油機、發電機聯軸器符合性宣告檔案。檢查材料、零部件質量證明檔案，柴油機質量計劃已執行完畢且質量計劃見證點簽署齊全，無問題遺漏項。審查空氣啟動總閥、預潤滑油泵、冷卻水泵、預熱器、燃油冷卻器，空氣啟動管路管件，滑油、燃油管路管件質量證明檔案、合格證、符合性宣告檔案，審查啟動空氣管路管件焊接無損探傷報告等。檢查發動機和發電機之間的同軸度，檢查機組在試驗檯就位後的柴油機和發電機的同軸度應符合工藝檔案要求。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、空載試驗後50%載入試驗等試驗專案。試驗過程中應注意觀察試驗檯有無報警訊號出現，柴油發電機相關引數是否異常。試驗結束後應按試驗大綱要求的拆檢專案進行檢查。
四、加強對柴油機組分包商的管理
一套應急柴油發電機組系統包括400多臺裝置，一萬多項部件和材料，約涉及上百個分包商，大部分分包裝置為輔助系統的裝置，當前專案實際操作過程中發生的大部分質量問題的也基本屬於輔助系統裝置部件。
1.目前應急柴油發動機組分包商存在的問題有：
（1）柴油機非關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節，造成由於分供應商採購的零部件質量控制不夠，業主方又難以深入監控。
（2）國內製造水平不高和分供應商在採購時過多考慮低價格，造成一些零件的質量存在隱患。
（3）對於國外採購的輔助系統裝置，供應商考慮到出國費用高，一般不派人出席見證，質量控制薄弱。
（4）供應商在核電站處理現場問題時質量控制不到位，部分活動未編制質量計劃或者現場環境帶來柴油機試驗次生質量問題。
2.對柴油機組分包商的質量控制措施。
（1）加強對外購件分包商的合格供應商的評價，做好資格審查工作，取得認可後，方能作為合格分包商參與專案。
（2）根據裝置質量分級和以往專案經驗，對不同的分包商進行不同級別的監造管理，對於質保等級在QA3級以上的裝置，總包商均按我司要求，提交裝置質量計劃，各方對質量計劃進行選點，對薄弱環節進行控制。
（3）加強現場監造對分包商的幫扶力度。加強現場監造監督作為對分包商製造過程質量管理的一種控制手段，是必不可少的。透過經常性地對製造過程進行質量檢查、巡查，可以幫助各級分包商積攢寶貴經驗，養成良好的質量管理習慣，在後續的專案中也便於我司及總包商的質量管理。
（4）將核安全質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量上受控於上一級承包商，做到儘可能地深入管理，防微杜漸，並防患於未然。
五、結束語
核電裝置的國產化是我國核電產業發展的重要方向，百萬千瓦級核電站用應急柴油機組是核電廠重要安全級裝置，是國家重點鼓勵的國產化裝置之一。目前，我國百萬千瓦級核電站用應急柴油機組國產化進入了關鍵階段，總包商由外方變成了中方，裝置製造質量風險加大。因此對柴油機的質量控制工作提出了新的要求。但只要我們從裝置的採購全過程對質量進行預控，加強裝置製造先決條件檢查，確保柴油機制造企業按照核電裝置質量保證有效運轉，從源頭上杜絕問題的產生，加強對分包商的質量控制，確保外購件的到貨質量，確保重點零部件的製造以及柴油機系統的試驗過程中嚴格按相關標準及程式執行，相信百萬千瓦級核電站用應急柴油機組一定能順利交付核電現場，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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