（中广核工程有限公司 深圳大亚湾 518214）
摘要：本文介绍了CPR1000型压水堆安注箱的设计参数、主要制造过程，其分别从安注箱的功能和结构、主要制造工艺及关注重点、典型不符合项三个方面进行阐述，为我国自主设计、自主制造的CPR1000型核电项目的制造、监造工作提供一个参考和借鉴，提高1000MW级核电国产化能力。
关键词：安注箱；核电；装配；水压
1．概述
1．1 安注箱简介
为减轻可能事故所造成的后果，核电厂设有反应堆专用安全设施，安全注入系统（RIS）即为专设安全设施中的三个主要系统之一，分为高、中、低三个安注分系统。安注箱是中压安注系统里的主要设备之一，在核岛中每个机组有三台安注箱（Accumulation Tank 直译 蓄势器），安注箱内存含硼水，上部空腔充填绝对压力约为4.2MPa的氮气，当反应堆冷却剂系统压力降到安注箱压力以下时，由氮气压力将含硼水注入反应堆冷却剂系统冷段，能在短时间内淹没堆芯，避免燃料棒熔化，从而保证反应堆系统的安全性和完整性。其制造要求非常严格，过程控制极其苛刻，验收检查程序相当严密。[1]
安注箱为圆柱形的直立容器，筒体两端用两个半球形封头封闭，容器上设有一个人孔和几个管嘴，靠焊接在下封头上的裙座支撑，现场安装时用18个地脚螺栓将其固定到支撑地板上。其主要尺寸：上封头SR1792.5×δ40（δ37min）、下封头SR1792.5×δ47（δ44min）、筒体φ3578±10×76、裙座φ3606×20；最大外形尺寸~4237×3894×6648。其主要结构材料下：
壳体、封头材质：Z2CN19.10AC
人孔螺栓材质：X6CrNiCu17.04
地脚螺栓材质：42CrMo4
1.2 安注箱设计、制造规范及标准[2]
《民用核承压设施安全法规》HAF003
法国《压水堆核岛机械设备设计和建造（RCC-M）》
《安注入箱（3/4RIS001/002/003BA）技术规格书》
安注箱主要制造、检验标准见下：
《制造质量计划》
《射线检查通用规程》
《射线检查专用规程》
《渗透检查通用规程》
《渗透检查专用规程》
《核电车间用品技术条件》
《核电产品目视检查规程》
《核电产品尺寸检查规程》
2．主要制造工艺及关注重点
2.1上、下封头及筒体制造
安注箱封头是由6块瓜瓣与1个顶圆拼焊而成，因此，对于每块瓜瓣的形状尺寸要求非常严格，为确保每块瓜瓣成形合格，必须从压制工艺上采取措施予以保障。
其主要流程划线、下料、压制、坡口加工、组装、焊接、无损。
在此制造过程我们需要注意：
1）瓜瓣及顶圆板的成形
封头由六块瓜瓣和一块顶圆板组成，下料尺寸、成形的状态直接影响后期瓜瓣、球瓣的成形、装配，为此制造厂制作了专用下料样板、瓜瓣压制模具、瓜瓣检查样板、立体样板，采用等离子切割下料，在已切割好的坯料上焊接同材质的吊耳以便后续加工。将瓜瓣的下料分两步进行：首先将钢板按瓜瓣形状近似展开进行放样划线、初步下料，压制成合格曲面后再进行二次精确下料（立体下料）。瓜瓣采用局部冷压成形，通过反复压制、检查、校正使钢板产生塑性变形从而达到所需的正确球曲率。设计不锈钢封头瓜瓣压制的专用立体模具检查其球面的SR。
封头瓜瓣经过下料成型后仍采用机加去除余量（5M立车+工装）；打磨坡口需使用专用磨锉设备或在5M立车上通过特殊的夹具装夹磨锉头进行坡口加工。
2）封头的装配
封头装配难点在于瓜瓣的组装，利用前面划好的基准线，将五块瓜瓣吊装至装配胎具（工装）上，每块瓜瓣上下余量线应对齐，在下端余量线处测量每块瓜瓣内壁弧长（L1～L5），通过工装调整直径，使五块瓜瓣内壁弧长L=L1+L2+L3+L4+L5+30（焊接收缩余量）mm；在上端余量线处，测量瓜瓣内壁弧长（L1～L5），采用同样的方法使五块瓜瓣内壁弧长L= L1+L2+L3+L4+L5+20mm。测量每块瓜瓣下端余量线距基准面的距离，至少包括中间、两侧共3点，通过调整工装上端直径调整所有基准面距离并相等，同时保证对口错边量小于2mm。在上述工作完成后试装第六块瓜瓣，使第六块瓜瓣下端余量线处弧长L6+L=π×φ3578+30mm，使上端余量线处弧长L= L1+L2+L3+L4+L5+L6+20mm，并划出第六块瓜瓣上下余量线弧长L6，打磨坡口，焊接纵缝。
瓜瓣纵缝焊接完成后，对上下端机加余量线处进行校圆，保证圆度≤3mm，与顶圆板环缝配车坡口，随后与顶圆板组焊完成整个封头的制造。
3）其他注意事项如：在封头下料同时应按图纸技术要求第15条对瓜瓣纵缝焊接试板进行下料（数量1块），在焊接瓜瓣的同时焊接纵缝试板；注意防止焊接变形，例如东锅在瓜瓣焊接上采取三人间隔一条焊缝同时施焊，在焊接一段（约1/3）后三人同时转向另外三条焊缝上进行焊接，如此反复施焊以防止焊接变形；按技术要求对应该进行无损检测的地方做到不遗漏，例如坡口的PT、清根焊缝PT、最终焊缝PT、RT。
2.2机加
安注箱在机加部分涉及的不是很多，主要集中在上、下封头环缝坡口、筒体环缝坡口、裙座筒体开孔及底座环板内外圆、地脚螺栓孔的机加、筒身及封头上接管孔坡口的机加、人孔螺栓螺母、小接管及12″溶液出口接管机加成形，其次主要机加的就是人孔法兰及法兰盖。在机加方面不存在技术上的困难只需按照图纸及相应的技术条件进行操作即可，图中未注尺寸公差的极限偏差按GB/T1804-2000《一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差》的规定，机加工件为m级，非机加工件为c级。但东锅在机加人孔上却屡次出现机加失误的NCR，究其原因主要是由于操作人员的不细心、不按图纸操作而导致。
2.3焊接
安注箱的焊接按照RCC-M S7000章及《核2、3级钢制压力容器焊接技术条件》进行，在焊接前应按RCC-M S3300和S3530进行焊接工艺评定，焊材按照RCC-M S2900进行选用。安注箱采用手工焊条电弧焊+埋弧自动焊相结合形式完成焊接，所用焊接填充材料：焊条E308L、焊丝-焊剂组合308L，焊材按RCC-M S2000进行验收。
在焊接操作中应尤为注意人孔座与筒体的装配与焊接，因前期项目出现过人孔座在焊接之后因焊接收缩出现下沉的现象，为了有效的避免同样问题的发生，制造厂吸取前期项目的经验教训，对工艺技术进行了优化改进，在人孔座与筒体的装配焊接过程中制造厂采取的改进方案：
吊装人孔至筒体装配位置，将人孔提升至比筒体外表面高5～6mm，筒体内壁用临时垫板、不锈钢斜铁、内部支撑将人孔托起防止人孔因焊接收缩过度向下沉（如图2所示），同时在焊接高度0～40mm范围焊接过程中每焊接10mm测量一次人孔端面至筒体表面的距离，观察错边量变化，及时采取措施，保证焊后在公差范围内≤2mm。外部焊接完成后拆除工装，去除垫板，对根部焊道进行清根并PT探伤合格后内部手工人孔焊缝，至此完成整个人孔与筒体的焊接。
2.4水压试验
安注箱采用卧式水压试验，水压试验压力7.25MPa，试验用水水质为符合RCCM F6000 A级水，水温不低于15℃，如采用B级水试验，则试验后须用A级水清洗到A1级清洁度，同时制造厂应提供水压试验螺栓拧紧力矩，试验后更换人孔密封垫片。最终清洗用除油、过滤的干燥压缩空气（湿度＜65%）吹干设备。
图2 人孔装配图
2.5 清洁度控制
安注箱产品作为奥氏体不锈钢制容器，其清洁度属RCC-M规定的A1类。从原材料进厂到产品完成，整个过程要经历不锈钢筒体的卷焊、校圆及不锈钢瓜瓣的成形、组装、封头的拼接等工序。因此，其清洁操作、防污染始终贯穿于整个制造过程，必须采取一系列措施，使制造的产品达到RCC-M及技术规范规定要求的清洁度。制造厂在各个车间都划定安注箱产品制造专用场地；在该场地内要求达到??级工作区要求；并对从事核设备制造的工人进行专门的培训；在编制产品制造工艺时，在制造的每一阶段，都将制定专门的清洁操作规程，此外，对车间所要用物品，都将给出严格的规定。所有这些要求，在制造厂的有关技术文件中都有详细的规定，通过这些措施，保证制造的产品达到RCC-M及技术规范要求的清洁度规定。
2.6其他
除了以上各重要工序需进行重点控制与监督外，日常工作中还需关注制造厂对产品的防护、对密封面是否进行有效的保护。在原材料方面制造厂质检人员及驻厂监督员在制造厂入厂验收时均可以对其完工报告进行审查再把一次关，保证使用到设备上的材料符合上游技术文件的要求。另外对于产品焊接见证件我们需要注意按照RCC-M S7840要求，近可能快地对其进行破坏性试验，在任何情况下都不应超过焊接和热处理后两个月。
3．制造过程中的典型不符合项
ACC制造期间最为典型的NCR为Z2CN19.10控氮不锈钢板和锻件主要原材料没有做晶间腐蚀试验，与设计文件不符，究其原因乃制造厂没有及时消化上游技术文件所致。设计方对此NCR进行审查后要求制造厂对未做晶间腐蚀试验的筒体和封头钢板，在产品对应焊缝附近的热影响区域按GB4334-2008 A法进行试验，并对试验结果进行评价，但因制造厂没有现场电解腐蚀设备，故无法按照此方法进行试验，在征得设计方同意后用焊接见证件母材补做了试验，试验结果合格，经审查最终设计方同意让步接收。此NCR可谓是原材料的典型事例，起到警钟长鸣的作用，监督员对此编制了经验反馈，并在后续制造活动中原材料回厂投料前监督员应按照上游技术文件再一次对完工报告的符合性进行审查，有效地防止了类似问题的产生。
4.结论
1、国产化1000 MW级核电安注箱是我国核电站国产化程度较高的核岛设备，从开工到完工历时8个月，制造厂投入了大量的人力物力，制造获得圆满成功，掌握了1000 MW级压水堆核电核岛主设备—安注箱的制造技术，同时设备监造人员通过对安注箱的监造加强了自身能力建设。
2、通过对1000 MW级核电安注箱国产化的探索和实践的总结，为我国自主设计、自主制造的CPR1000型核电项目安注箱的制造、监造工作提供一个参考和借鉴，提高1000MW 级核电国产化能力。
3、1000 MW级核电安注箱的封头瓜瓣划线下料和成型、瓜瓣的装配、人孔法兰与筒体的装配是整个制造过程中是最关键、最困难的操作，在制造、监造过程中应该重点关注。如六块封头瓜瓣如何确定基准、如何装配成一个完整的球形封头以及如何采取措施防止人孔因焊接收缩而下沉等一系列的问题都是控制重点和制造难点。
4、通过对安注箱的质量监督，从设备监造的角度，作为设备监造人员应按照标准、上游技术文件、合同等进行质量监督。首先应熟悉上游文件做好监督技术准备工作，按照上游技术文件、SSP等的要求并参考合同、经验反馈审查质量计划设置见证点，同时检查是否存在检验试验工序遗漏。按照质量计划掌握制造难点、重点采取旁站、巡视、平行检查等方式对设备整个制造过程进行监督，同时实行两级QA三级QC，增加了多重屏障，有效保障了设备制造质量满足合同要求，保障核电站的安全运行。
参考文献：
[1] 广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].原子能出版社，2005.
[2] 设备监造的文件管理浅析 《经营管理者》，2016（15）
论文作者:王森,黄亚纯
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/20
标签：核电论文; 余量论文; 封头论文; 制造厂论文; 设备论文; 技术论文; 螺栓论文; 《电力设备》2016年第22期论文;