張軍懷

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

核2 & 3級(jí)管殼式換熱器過(guò)程質(zhì)量控制

張軍懷

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

通過(guò)對(duì)核2 & 3級(jí)管殼式換熱器制造過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制工作實(shí)踐，總結(jié)了制造過(guò)程中各階段常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，分析了關(guān)鍵工藝和重點(diǎn)工序，給出了質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)和過(guò)程控制要求，旨在實(shí)現(xiàn)過(guò)程質(zhì)量控制工作實(shí)效。

管殼式換熱器；質(zhì)量問(wèn)題；過(guò)程控制

核2 & 3級(jí)管殼式換熱器中的核2 & 3級(jí)是指核安全2級(jí)和3級(jí)，核2 & 3級(jí)管殼式換熱器數(shù)量多，分布于核電站多個(gè)系統(tǒng)，如余熱排出RRA、安全殼噴淋EAS、化學(xué)和容積控制RCV、冷卻水RRI、核島冷凍水DEG、蒸氣發(fā)生器排污APG、硼回收TEP和輔助給水APA，其擔(dān)負(fù)著正常工況、失水事故工況和停堆檢修期間核電站多個(gè)系統(tǒng)介質(zhì)的壓力和溫度調(diào)控作用，保障核電站的安全運(yùn)行。為做好核2 & 3級(jí)管殼式換熱器過(guò)程質(zhì)量控制工作，確保設(shè)備在保證質(zhì)量的前提下交付核電站,本文結(jié)合某制造廠的質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)對(duì)換熱器制造過(guò)程常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，按照關(guān)鍵工藝及重點(diǎn)工序，討論了過(guò)程質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

1 核2 & 3級(jí)管殼式換熱器常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題

核電站不同系統(tǒng)的核2 & 3級(jí)管殼式換熱器因具體承擔(dān)的功能不同，其具體結(jié)構(gòu)形式多樣，其中，重要零部件主要包括封頭、筒體、管板、法蘭和換熱管，其余零部件包括導(dǎo)流筒、折流板、分程隔板、接管、蓋板、拉桿、支座和緊固件等附件。材料采購(gòu)和零部件制造階段涉及的工藝有鍛造、熱處理、成形、焊接、機(jī)械加工和脹接等[1-2]。

某制造廠承擔(dān)了CPR1000項(xiàng)目6臺(tái)核電機(jī)組共計(jì)125臺(tái)核2 & 3級(jí)管殼式換熱器的生產(chǎn)制造工作，筆者依據(jù)生產(chǎn)制造過(guò)程中發(fā)生的不符合項(xiàng)及過(guò)程監(jiān)造文件質(zhì)量記錄數(shù)據(jù),并結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)督的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)涉及到的質(zhì)量問(wèn)題按照主要零部件進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)分析，歸納總結(jié)了制造過(guò)程中常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題(見(jiàn)表1)。

表1 制造過(guò)程中的常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題

1.1 原材料采購(gòu)階段質(zhì)量問(wèn)題

由統(tǒng)計(jì)可知，材料采購(gòu)階段出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題比例為2.59%。常見(jiàn)問(wèn)題有化學(xué)成分、力學(xué)性能、無(wú)損檢驗(yàn)不合格、熱處理記錄不全和外觀質(zhì)量缺陷等。例如，對(duì)換熱器4RRI005RF雙頭螺柱原材料化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Ni含量實(shí)測(cè)值為8.46%，不符合合同技術(shù)文件要求的9%～12%；還有對(duì)于除氣塔液體冷卻器8TEP001RF螺柱，原材料鍛件進(jìn)廠后對(duì)硬度最高和硬度最低的2組試樣進(jìn)行力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)，硬度最高的一組試樣抗拉強(qiáng)度為513 MPa，不符合技術(shù)文件中抗拉強(qiáng)度≥520 MPa的要求；硬度最低的1組試樣屈服強(qiáng)度為187 MPa，不符合技術(shù)文件中鍛件屈服強(qiáng)度≥210 MPa的要求，其余力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)均合格[3]。

1.2 主要零部件制造階段質(zhì)量問(wèn)題

1)封頭出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)比例為7.12%，常見(jiàn)問(wèn)題包括表面鼓包、壓痕、折皺、磕碰缺陷、幾何尺寸超差、標(biāo)記不清、母材見(jiàn)證件與產(chǎn)品未同爐熱處理以及模擬焊后熱處理性能試驗(yàn)不合格。

2)筒體及筒體組件出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)比例為32.36%，常見(jiàn)問(wèn)題包括焊縫處棱角度超差、預(yù)留焊接變形量不正確、焊縫內(nèi)外缺陷、見(jiàn)證件破壞性試驗(yàn)時(shí)機(jī)不滿足RCC-M規(guī)范中規(guī)定的2個(gè)月內(nèi)試驗(yàn)并出具報(bào)告的要求[3]、試驗(yàn)結(jié)果不合格、成形尺寸超差和開(kāi)孔方位或尺寸錯(cuò)誤。如某項(xiàng)目 4臺(tái)余熱排出換熱器筒體與封頭對(duì)接坡口形式不一致，筒體坡口為單U型，封頭坡口為雙V型。核查原因?yàn)橥搀w圖樣坡口形式存在設(shè)計(jì)變更，未及時(shí)更改工藝文件。又如安全殼噴淋熱交換器殼體在板材卷制后圓度相差太大，未進(jìn)行校圓而直接進(jìn)行機(jī)械加工，造成后續(xù)尺寸超差，從而發(fā)布了外部不符合項(xiàng)。

3)管板、法蘭及組件出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)比例為12.6%，常見(jiàn)問(wèn)題包括鍛造記錄不全、標(biāo)記不清、未預(yù)留余量、加工后漏做無(wú)損檢測(cè)、尺寸及表面粗糙度超差、密封面損傷、存在堆焊缺陷和見(jiàn)證件破壞性試驗(yàn)不合格。如凝汽器8TEP004CS上管板機(jī)械加工后發(fā)現(xiàn)6個(gè)孔超差,尺寸為φ51.45～φ51.60 mm，而圖示尺寸為φ(51.3±0.08) mm，超差0.07～0.22 mm。

4)換熱管及管束組件出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)比例為5.5%，常見(jiàn)問(wèn)題包括力學(xué)性能不合格、幾何尺寸超差、磕碰損傷和表面粗糙度不滿足要求。

1.3 組件、總裝配及出廠驗(yàn)收階段質(zhì)量問(wèn)題

1.3.1 組件制造階段常見(jiàn)問(wèn)題

殼體組件出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題統(tǒng)計(jì)比例見(jiàn)表1，常見(jiàn)問(wèn)題主要有坡口尺寸、組對(duì)間隙及錯(cuò)邊量超差；焊接順序不滿足工藝要求，焊接變形；焊縫質(zhì)量缺陷(邊緣未熔合、夾鎢、咬邊、表面氣孔、凹陷、裂紋、蜂窩狀氣孔和成形不良)；焊縫漏做無(wú)損檢測(cè)；見(jiàn)證件破壞性試驗(yàn)時(shí)機(jī)不滿足RCC-M規(guī)范要求，破壞性試驗(yàn)結(jié)果不合格；焊后熱處理升降溫速率或保溫溫度不符合要求；組件開(kāi)孔方位及尺寸錯(cuò)誤；支座位置尺寸以及地腳螺栓孔位尺寸超差。

管束組件出現(xiàn)的常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)比例見(jiàn)表1，常見(jiàn)問(wèn)題有組裝環(huán)境及零部件表面粗糙度(鐵屑、銹斑、油污)問(wèn)題；孔口尖角毛刺；強(qiáng)力穿管，管子伸出長(zhǎng)度不滿足焊接工藝；影響焊接質(zhì)量因素(焊材、設(shè)備、工藝參數(shù)、環(huán)境、人員資質(zhì))問(wèn)題；焊縫外觀質(zhì)量問(wèn)題；NDT缺陷；脹管(標(biāo)記、漏脹、壓力、保壓時(shí)間)問(wèn)題；未按工藝更換脹袋或脹芯；氦檢漏工藝過(guò)程及結(jié)果不符合技術(shù)文件要求。

1.3.2 總裝配階段常見(jiàn)問(wèn)題

總裝配階段出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)比例為22.3%，常見(jiàn)問(wèn)題包括表面粗糙度不合格、尺寸超差、管子損傷、管束變形、附件焊接定位尺寸超差、緊固件未按工藝要求順序裝配或裝配不全以及設(shè)備整體尺寸超差。水壓試驗(yàn)問(wèn)題包括文件要求不明確，試驗(yàn)用盲板、堵頭、管路連接問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)安全問(wèn)題，壓力表(有效期、精度等級(jí)、量程、表盤直徑)問(wèn)題，溫度(壁溫、水溫)問(wèn)題，介質(zhì)檢測(cè)報(bào)告及有效性問(wèn)題，過(guò)程(緊固力矩、排氣操作、升降壓速率、壓力值、階段保壓時(shí)間、泄漏、壓降、變形、異響)問(wèn)題，水壓試驗(yàn)后處理(排水、清潔、干燥、更換密封墊)問(wèn)題，記錄報(bào)告(參數(shù)、內(nèi)容，未記錄更換密封墊后緊固力矩)問(wèn)題。如某項(xiàng)目2臺(tái)安全噴淋換熱器(3EAS001/002RF)殼程水壓試驗(yàn)后未及時(shí)進(jìn)行干燥處理，造成接管換熱管表面浮銹，從而發(fā)布不符合項(xiàng)處理。

1.3.3 表面處理及防腐常見(jiàn)問(wèn)題

表面處理及防腐出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)比例為12.6%，常見(jiàn)問(wèn)題包括碳鋼表面處理后存在氧化皮、銹蝕、油污，油漆質(zhì)證書不全，涂漆時(shí)機(jī)、過(guò)程、環(huán)境不滿足技術(shù)要求，出現(xiàn)漏涂、誤涂，出現(xiàn)起皮、鼓包、掛流，漆膜厚度及附著力不滿足要求，記錄不規(guī)范。不銹鋼部件未進(jìn)行酸洗、鈍化或清潔不徹底，機(jī)械加工非涂漆部位未防腐處理，管殼程未按技術(shù)文件要求充氮密封，充氮后出現(xiàn)泄漏降壓。如某項(xiàng)目2臺(tái)余熱排出換熱器在發(fā)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)氮?dú)鈮毫Ρ碜x數(shù)為0，用內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)筒體內(nèi)部生銹。

1.3.4 出廠驗(yàn)收常見(jiàn)問(wèn)題

出廠驗(yàn)收出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)比例為12%，常見(jiàn)問(wèn)題包括表面處理?yè)p傷及表面粗糙度不合格、實(shí)體損傷、銘牌標(biāo)牌參數(shù)錯(cuò)誤、外漏管口孔口未封堵、漏裝緊固件、緊固過(guò)程未使用潤(rùn)滑劑、備品備件數(shù)量有誤、標(biāo)識(shí)(重心、介質(zhì)流向等)缺失、包裝不規(guī)范、部分制造過(guò)程記錄文件缺失以及完工資料不規(guī)范。

2 過(guò)程質(zhì)量控制重點(diǎn)

通過(guò)對(duì)換熱器制造階段和重點(diǎn)工藝過(guò)程中質(zhì)量問(wèn)題的統(tǒng)計(jì)分析可知，對(duì)換熱器的質(zhì)量控制應(yīng)從材料采購(gòu)初期到出廠驗(yàn)收階段做好全過(guò)程質(zhì)量控制的總體策劃及實(shí)施。

2.1 材料采購(gòu)階段控制重點(diǎn)

核2 & 3級(jí)管殼式換熱器主要零部件原材料大致可分為4類，即板材、棒材、鍛件和換熱管。關(guān)注化學(xué)成分(熔煉、成品)分析、力學(xué)性能、無(wú)損檢測(cè)和熱處理記錄；不銹鋼材料晶間腐蝕及表面粗糙度控制，檢查鍛件鍛造比、換熱管彎管工藝評(píng)定、水壓試驗(yàn)和幾何尺寸。質(zhì)量控制應(yīng)做到選擇合格分包商并在采購(gòu)質(zhì)量計(jì)劃對(duì)關(guān)注點(diǎn)設(shè)見(jiàn)證點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢查驗(yàn)證，如不具備原產(chǎn)地檢查條件，應(yīng)審查原材料采購(gòu)?fù)旯?bào)告并在換熱器主制質(zhì)量計(jì)劃中設(shè)置復(fù)驗(yàn)見(jiàn)證點(diǎn)進(jìn)行檢查，關(guān)注緊固件，重點(diǎn)跟蹤力學(xué)性能和無(wú)損檢測(cè)情況。

2.2 主要零部件制造階段控制重點(diǎn)

核2 & 3級(jí)管殼式換熱器制造過(guò)程中，殼體和管束制造是關(guān)鍵，重要工藝過(guò)程有封頭、筒體、換熱管成形，殼體焊接，管板、折流板機(jī)械加工以及管板與換熱管的密封焊、脹接，這部分質(zhì)量問(wèn)題所占統(tǒng)計(jì)比例為57.33%，應(yīng)作為質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

2.2.1 成形工藝過(guò)程

關(guān)注成形工藝評(píng)定和熱處理過(guò)程，檢查內(nèi)容包括下料尺寸工藝留量、成形后外觀及尺寸、標(biāo)記、產(chǎn)品及見(jiàn)證件同爐熱處理和見(jiàn)證件模擬焊后熱處理性能試驗(yàn)。在質(zhì)量計(jì)劃中設(shè)點(diǎn)進(jìn)行控制，及時(shí)檢查記錄文件。

2.2.2 焊接工藝過(guò)程

換熱器關(guān)鍵焊接工藝包括筒體縱縫、環(huán)縫焊接，筒體與封頭、筒體與接管、接管與法蘭、傳熱管與管板焊接，不銹鋼堆焊，焊后熱處理和焊縫無(wú)損檢測(cè)。焊接工藝過(guò)程控制分焊前、焊中和焊后。焊前檢查包括工藝評(píng)定、焊接數(shù)據(jù)包及工藝規(guī)程，工藝文件與合同技術(shù)文件的符合性，焊材質(zhì)證書，焊工資質(zhì)，待焊零部件標(biāo)記及前序質(zhì)量記錄文件，焊接設(shè)備使用狀態(tài)，工件組對(duì)預(yù)熱情況，焊材質(zhì)證書及烘干領(lǐng)用情況；焊中檢查包括焊接電流、電壓、速度，道間要求，層間溫度，過(guò)程記錄；焊后檢查包括外觀、熱處理、記錄報(bào)告、跟蹤無(wú)損檢測(cè)。對(duì)于焊接見(jiàn)證件，同步執(zhí)行檢查并及時(shí)跟蹤見(jiàn)證件性能試驗(yàn)。質(zhì)量計(jì)劃對(duì)開(kāi)工授權(quán)、焊接、焊后熱處理、焊縫無(wú)損檢測(cè)設(shè)點(diǎn)。注意過(guò)程焊接變形工藝措施的落實(shí)，出現(xiàn)過(guò)程不符合項(xiàng)要跟蹤返修方案的確認(rèn)和過(guò)程驗(yàn)證。

2.2.3 機(jī)械加工工藝過(guò)程

對(duì)換熱器而言，管板和折流板的機(jī)械加工是重點(diǎn)。管板各孔直徑加工精度幾何公差決定換熱管間隙，間隙大小影響到換熱管與管板的焊接和脹接質(zhì)量。各孔直徑加工精度幾何公差影響換熱管間隙，間隙的大小影響穿管和傳熱性能及管束的振動(dòng)。因此，重點(diǎn)關(guān)注管板和折流板管孔加工后檢查手段，確保管板和折流板的加工質(zhì)量和孔口防護(hù)。對(duì)于其他零部件，如法蘭等檢查總體尺寸，孔尺寸及幾何公差，密封面及孔口的防護(hù)。質(zhì)量計(jì)劃對(duì)尺寸檢查、表面粗糙度及防護(hù)設(shè)見(jiàn)證點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注管板和折流板加工。

2.2.4 管子與管板密封焊及脹接工藝過(guò)程

在管束制造過(guò)程中，除按照焊接工藝控制外，重點(diǎn)檢查管與管板密封焊孔口毛刺及表面粗糙度，關(guān)注脹接工藝評(píng)定文件以及脹接過(guò)程工藝參數(shù)(時(shí)間、長(zhǎng)度、壓力)的合理選取。質(zhì)量計(jì)劃對(duì)穿管、管子固定、管口密封焊、密封焊縫無(wú)損檢查、氣密性試驗(yàn)、脹管和焊縫氦檢漏設(shè)見(jiàn)證點(diǎn)。

2.3 裝配及出廠驗(yàn)收階段質(zhì)量控制重點(diǎn)

裝配及出廠驗(yàn)收階段重點(diǎn)檢查過(guò)程表面粗糙度控制、裝配工藝有效性、裝配順序、緊固順序及力矩、裝配完整性、裝配及總體尺寸、水壓試驗(yàn)過(guò)程、表面處理防腐及防護(hù)、密封及鎖緊裝置及完工資料審查。質(zhì)量計(jì)劃可設(shè)開(kāi)工授權(quán)點(diǎn)，檢查待裝配零部件實(shí)物質(zhì)量和過(guò)程質(zhì)量文件，核查裝配適用文件和相關(guān)工藝規(guī)程的正確性和有效性，以確認(rèn)具備條件；針對(duì)重點(diǎn)檢查內(nèi)容，對(duì)相應(yīng)的操作工序設(shè)見(jiàn)證點(diǎn)跟蹤檢查。

3 過(guò)程質(zhì)量控制實(shí)施

1)制造開(kāi)工檢查。檢查制造資質(zhì)及質(zhì)保大綱、技術(shù)文件、質(zhì)量計(jì)劃審查設(shè)見(jiàn)證點(diǎn)設(shè)置情況、制造過(guò)程檢驗(yàn)及試驗(yàn)文件、特種工序人員資質(zhì)、機(jī)具及工量器具、制造廠地、合格分包商及原材料采購(gòu)情況，以確認(rèn)具備開(kāi)工條件。

2)制造過(guò)程跟蹤。按照質(zhì)量計(jì)劃設(shè)點(diǎn)對(duì)難點(diǎn)工藝過(guò)程和重點(diǎn)檢查工序做好現(xiàn)場(chǎng)檢查驗(yàn)證工作，及時(shí)掌握制造信息，提前介入見(jiàn)證檢查，做到預(yù)防質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生。重視過(guò)程巡檢，嚴(yán)肅工藝文件執(zhí)行，糾正不良作業(yè)習(xí)慣，審查過(guò)程記錄，確保記錄的真實(shí)性、正確性和有效性。

3)問(wèn)題處置追根溯源。針對(duì)質(zhì)量問(wèn)題分析其根本原因，確認(rèn)處置方案，制定后續(xù)預(yù)防類似問(wèn)題再次發(fā)生的措施，跟蹤驗(yàn)證處置過(guò)程，如出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，提醒督促制造廠及時(shí)向采購(gòu)方、業(yè)主及監(jiān)管當(dāng)局報(bào)送，做到質(zhì)量問(wèn)題透明處置。

4)重視經(jīng)驗(yàn)反饋。對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題做好質(zhì)量控制人員和制造廠雙方的經(jīng)驗(yàn)反饋工作，發(fā)揮制造廠在過(guò)程質(zhì)量控制工作中的主觀能動(dòng)性和主要作用。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合換熱器制造過(guò)程常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)結(jié)果，通過(guò)系統(tǒng)分析制造關(guān)鍵工藝過(guò)程，給出了策劃階段質(zhì)量計(jì)劃設(shè)點(diǎn)建議?？偨Y(jié)了制造開(kāi)工檢查、制造過(guò)程跟蹤、問(wèn)題處置追根溯源和重視經(jīng)驗(yàn)反饋的過(guò)程質(zhì)量控制重點(diǎn)，可保證核2 & 3級(jí)管殼式換熱器質(zhì)量達(dá)到合同技術(shù)要求。

[1] 吳金星，董其伍，劉敏珊,等．管殼式換熱器失效分析、預(yù)防及在線檢測(cè)[J]．壓力容器，2001(6):57-60.

[2] 張勇，閆媛媛，楊飛．管殼式換熱器研究進(jìn)展[J]．廣東化工，2012(18):107-108.

[3] 王強(qiáng)，賈文靜．管殼式換熱器出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施[J]．內(nèi)燃機(jī)，2014(1):14-18.

責(zé)任編輯李思文

AnalysisProcessQualityControlofClass2 & 3ShellandTubeTypeHeatExchangeraboutNuclearPowerStation

ZHANG Junhuai

(China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen 518124, China)

Through statistical analysis quality questions in manufacturing process of class 2 & 3 shell and tube type heat-exchangers about nuclear power station and considering quality control experience in site of manufactory, the paper summarized common quality questions, analyzed the key technology and key procedure, and gave the quality control points and process control requirements to achieve the effectiveness of process quality control work.

shell and tube type heat-exchangers， quality question， process quality control

TF 066.2

：A

張軍懷(1972-)，男，工程師，注冊(cè)設(shè)備監(jiān)理師，主要從事核電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督等方面的研究。

2014-11-24