核电站用应急柴油发电机组质量研究

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摘要：本文对中核集团“华龙一号”项目应急柴油发电机组目前的国产化模式进行介绍，结合设备的工艺特点，从设备的开工先决条件检查、设备零部件制造过程、柴油机零部件装配、柴油机的试验以及分包商的管理等方面的质量控制要点进行阐述，确保设备质量满足核电站要求，为后续的设备监造工作提供参考。

关键词：核电；柴油机；监造；质量控制；华龙一号

应急柴油发电机组作为核电厂的应急电源，在核电厂主电源、备用电源及主发电机失效后10s内启动，达到额定电压和额定功率，确保电厂应急照明和堆内余热排出，保证反应堆安全停堆，避免事态进一步扩大。众所周知，应急电源的丧失是导致日本福岛核事故发生和扩大的重要原因，因此日本福岛核事故后，为了满足核安全的需要，核电站用应急柴油发电机组受到了高度的重视。日本福岛事故后，根据福岛核事故经验反馈以及我国和全球最新安全要求，中核集团研发的先进百万千瓦级压水堆“华龙一号”堆型首堆建设已经启动，为福建福清5/6#项目。为满足“华龙一号”的核安全需求，为我国核电安全地走出去打下坚实的基础，对应急柴油发电机组的质量控制提出了新的要求。

一、华龙一号应急柴油发电机组的性能要求

1.柴油发电机组转速600rpm，额定输出功率8000kW，额定电压6.6kV，额定频率50Hz，功率因数0.8，机组最低使用寿命40年；2.柴油机在正常工况运行下，累积有效运行时间不小于10000小时，启动时间除外；3.柴油机启动可靠性不低于99%；4.柴油机空载运行最大持续时间可达8小时；5.柴油机在使用寿命年限内启动次数为4000次；6.柴油机起动后，10s内达到额定转速和额定电压；7.与应急柴油机应急运行及发电功率有关的柴油机承压的辅助机械设备、部件核管线设定为核安全三级，电气部件为1E级；8.柴油机加载时频率不能低于95%额定频率，电压不能低于75%额定电压，频率恢复到额定值的98%及电压恢复到额定值的90%的时间小于此程序开始与下一程序开始之间的时间间隔的60%。

二、核级应急柴油发电机组经历的国产化采购模式

应急柴油发电机组是一套非常复杂的集成化、模块化设备。机组本体主要由柴油机、发电机、连接装置和公共底座等构成，与柴油机辅助系统、发电机励磁和保护系统、仪表和控制系统等共同组成了核电厂内应急交流电源。应急柴油发电机组的国产化模式主要还是与国外大型柴油机供货商联合设计制造为主，通过消化和吸收国外先进技术逐步进行国产化。

1.国内二代加M310核电堆型主要采用了联合体的采购模式：

（1）德国MTU、阿海珐公司和山西北方安特优组成联合体。MTU为联合体的接口人负责柴油机系统设计，阿海珐负责电仪设备的设计和供货，山西北方安特优负责柴油机零部件的组装和试验，承担了中核集团福清核电项目。（2）由法国ALSTOM、德国MAN公司、武汉ALTSOM、陕西柴油机重工有限公司组成联合体。ALSTOM为联合体带路人，并负责电仪设备的设计和供货，陕西柴油机重工负责部分国产化零部件的采购以及柴油机的组装和试验，承担了中核集团田湾和海南核电项目。

2.目前中核集团三代核电“华龙一号”应急柴油发电机组采取的采购模式为：

总包商为陕西柴油机重工有限公司，法国MAN公司提供技术支持，中核集团河北分公司承担部分系统布置设计。陕柴自制一台柴油机的重要零部件供MAN公司进行评审，在MAN公司认可后，陕柴开展该型号柴油机的制造，用于核电的国产化。由于国内企业没有承担过项目总承包的角色，并且国内企业的设计、工艺、质保、处理问题的能力都不如国外企业成熟，因此，在总承包模式改变为国内企业的背景下，如何对陕柴的制造活动进行质量控制显得尤为重要。

三、应急柴油发电机组的质量控制要点

应急柴油发电机组为核1E级别设备，属于重大设备，因此监造等级定为监造一级，根据现场需要在陕西柴油机重工有限公司派驻监造人员一名，在发电机分包厂家派驻监造人员一名，进口件由驻欧洲人员进行质量控制。根据零部件的核安全等级、质保等级、工艺复杂程度等在供应商提交的零部件制造质量计划上选取相应的见证点（停工待检点H，见证点W,记录点R）,监造人员进行见证，同时对设备制造的全周期进行质量控制。主要的监造内容有以下几点。

1.开工先决条件检查。

（1）设计文件的检查。①检查设备供应商已编制设计文件清单，检查设计施工图、技术规格书、技术条件等设计文件的种类和数量以及版本情况，以确定设计是否固化，对于设计没有固化的坚决不允许开工，从源头杜绝由于消化吸收不到位而产生的问题；②检查设计联络会、设计审查会会议纪要与图纸有关问题的澄清或解决情况，在设计变更和技术澄清没有得到落实情况下，不得开工制造；③检查国家核安全监管部门对制造厂整改行动项目的落实情况，没有整改完成坚决不开工。（2）主要外购件及原材料入厂验收。设备监造工程师对柴油机的结构材料和零部件等原材料、外购件、外协件进厂检查，首先应检查材料和零部件的合格证等质量证明文件，根据合同和技术条件要求，需要进行复验的进行入厂复验。其次是监督制造厂对材料和零部件进行实体检验，并对检验结果进行见证、审查、确认。柴油机的主要外购零部件有：曲轴、连杆、管路等，特别对高压燃油管、空气管路和启动空气管路应注意检查压力试验参数的符合性。（3）制造厂资质的检查。检查核安全设备设计或制造许可证，检查制造单位名称、住所、法定代表人、从事的活动种类和范围是否符合国家核安全监管部门的要求，确保关键工序无违规分包现象。焊工或焊接操作工应具有相应国家核安全局颁发的资格证书，焊工或焊接操作工人员数量、焊工考试合格项目应满足车间产品焊接需要。无损检测人员应具有国家法定培训机构颁发的资质证书，无损检测人员数量和资质范围应能满足无损检测工作的需要，针对产品无损检验方法，确保每种方法具有2个Ⅱ级以上人员。无损检测人员为本制造单位正式聘用人员，无其他单位人员在本单位从事无损检测工作。

2.对主要零部件的质量控制。

（1）主要铸锻件的控制。柴油机主要的铸锻件有机身、汽缸盖、缸套、连杆、曲轴等，主要关注的是零部件的机械性能和硬度是否合格，粗加工前进行100%UT检测，并禁止进行补焊和打磨等工序。对于连杆尤其注意零件号是否与实体一致，并检查连杆螺栓是否存在裂纹。（2）对机械加工过程的监督。主要的机加工工序为：缸套精加工、汽缸盖精加工及水压试验、终检、机身精加工、轴承盖、精镗曲轴孔、精镗凸轮轴孔、精镗缸孔。可适当设置精加工后的见证点，确保精加工后的零部件尺寸工差和表面粗糙度等满足图纸要求。精加工后进行MT检测，检测是否存在裂纹。

3.柴油机零部件装配质量控制要点。

（1）缸盖装配:检查气门座密封性能，检查气门沉入量及气门间隙。（2）装活塞—连杆组件:连杆小头铜套上的油孔或油槽与连杆上的油孔要对正，连杆体和连杆盖对应编号一致，每个连杆连接螺栓与连杆螺栓孔也是固定对应关系，组装时注意连杆螺栓编号和螺栓孔编号一致。（3）装配曲轴、轴承盖:曲轴承盖与机体曲轴孔座对应编号一致，曲轴螺栓的拉伸量符合组装工艺要求，曲轴组装后检测轴向间隙符合工艺要求。（4）装活塞、连杆、缸套总成:组装前核查活塞、缸套尺寸，检查连杆瓦孔尺寸。测量连杆瓦孔尺寸和组装曲轴、连杆时，连杆连接螺栓应分次紧固，紧固力矩、转角符合工艺要求，螺栓紧固位置刻线应一次对准，如果拧紧时超过刻线位置，不允许倒拧对准，需松开后重新紧固。（5）装凸轮轴:装入凸轮轴时，应使用凸轮轴导入工装、凸轮轴及孔涂机油，防止剐蹭凸轮轴轴承铜套。定位后检测轴向间隙符合工艺要求。调整凸轮轴定时，检查曲轴和凸轮轴的定位是否准确，精度是否满足工艺要求。在紧固凸轮轴定时齿轮螺栓时，要注意观察是否造成凸轮轴、齿轮的跑动，一旦出现上述现象，要重新进行定位和装配。（6）装配曲轴齿轮、减震器：在进行此类过盈配合零部件的装配工作时，扩张压力和推进压力同步达到组装工艺要求压力后，卸去扩张油压，推进油压保持工艺要求时间。（7）装缸盖：缸盖螺栓拉伸量或紧固力矩、转角符合工艺要求。（8）装喷油泵、横向控制机构:装喷油泵前根据测量结果选配调整垫片厚度。（9）排气总管装配：增压器箱与排气总管结合面清洁，组装前结合面涂高温密封胶，检查增压器润滑系统单向阀组装方向。

4.柴油机单机试验的质量控制要点。

柴油机单机试验应当包括磨合试验和性能试验。柴油机磨合试验是发现和排除柴油机组装质量问题的重要环节，试验前应注意检查试验操作人员是否已按试验大纲完成试验前准备工作，启机前柴油机安全防护功能的静态检查验证结果应符合安全防护参数要求，应对所有柴油机的报警和停机装置进行整定和检查，触发点应记载在试验记录中，应确认试验台所有传感器信号正常，无报警信号出现，避免由于柴油机存在组装质量问题而对柴油机造成重大损失。柴油机性能试验是对柴油机应具备的基本性能的验证，试验内容应至少满足相关标准及技术规格书对柴油机出厂性能试验的要求。

5.柴油发电机组的试验。

柴油发电机试验前与发电机进行组装，检查联轴器的材料证明，审查柴油机、发电机联轴器符合性声明文件。检查材料、零部件质量证明文件，柴油机质量计划已执行完毕且质量计划见证点签署齐全，无问题遗漏项。审查空气启动总阀、预润滑油泵、冷却水泵、预热器、燃油冷却器，空气启动管路管件，滑油、燃油管路管件质量证明文件、合格证、符合性声明文件，审查启动空气管路管件焊接无损探伤报告等。检查发动机和发电机之间的同轴度，检查机组在试验台就位后的柴油机和发电机的同轴度应符合工艺文件要求。机组试验内容一般应包括：功率验证试验、调速器试验、启动试验、振动测量、负载试验、裕度试验、轻载试验、空载试验、空载试验后50%加载试验等试验项目。试验过程中应注意观察试验台有无报警信号出现，柴油发电机相关参数是否异常。试验结束后应按试验大纲要求的拆检项目进行检查。

四、加强对柴油机组分包商的管理

一套应急柴油发电机组系统包括400多台设备，一万多项部件和材料，约涉及上百个分包商，大部分分包设备为辅助系统的设备，当前项目实际操作过程中发生的大部分质量问题的也基本属于辅助系统设备部件。

1.目前应急柴油发动机组分包商存在的问题有：

（1）柴油机非关键零部件存在多级供应链，主供应商对分供应商的控制存在薄弱环节，造成由于分供应商采购的零部件质量控制不够，业主方又难以深入监控。

（2）国内制造水平不高和分供应商在采购时过多考虑低价格，造成一些零件的质量存在隐患。

（3）对于国外采购的辅助系统设备，供应商考虑到出国费用高，一般不派人出席见证，质量控制薄弱。

（4）供应商在核电站处理现场问题时质量控制不到位，部分活动未编制质量计划或者现场环境带来柴油机试验次生质量问题。

2.对柴油机组分包商的质量控制措施。

（1）加强对外购件分包商的合格供应商的评价，做好资格审查工作，取得认可后，方能作为合格分包商参与项目。

（2）根据设备质量分级和以往项目经验，对不同的分包商进行不同级别的监造管理，对于质保等级在QA3级以上的设备，总包商均按我司要求，提交设备质量计划，各方对质量计划进行选点，对薄弱环节进行控制。

（3）加强现场监造对分包商的帮扶力度。加强现场监造监督作为对分包商制造过程质量管理的一种控制手段，是必不可少的。通过经常性地对制造过程进行质量检查、巡查，可以帮助各级分包商积攒宝贵经验，养成良好的质量管理习惯，在后续的项目中也便于我司及总包商的质量管理。

（4）将核安全质保的理念积极灌输到总包商及各级分包商中。要求总包商严格按照核安全质保要求管理其下级分包商，力求做到每一级分包商都能够在质量上受控于上一级承包商，做到尽可能地深入管理，防微杜渐，并防患于未然。

五、结束语

核电设备的国产化是我国核电产业发展的重要方向，百万千瓦级核电站用应急柴油机组是核电厂重要安全级设备，是国家重点鼓励的国产化设备之一。目前，我国百万千瓦级核电站用应急柴油机组国产化进入了关键阶段，总包商由外方变成了中方，设备制造质量风险加大。因此对柴油机的质量控制工作提出了新的要求。但只要我们从设备的采购全过程对质量进行预控，加强设备制造先决条件检查，确保柴油机制造企业按照核电设备质量保证有效运转，从源头上杜绝问题的产生，加强对分包商的质量控制，确保外购件的到货质量，确保重点零部件的制造以及柴油机系统的试验过程中严格按相关标准及程序执行，相信百万千瓦级核电站用应急柴油机组一定能顺利交付核电现场，为我国第三代核电“华龙一号”走出去打下良好基础。

参考文献：

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[4]梁慧茹，许玫，等．应急柴油发电机组技术规格书[R]．中国核电工程有限公司．

作者：孙建民 张强