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首台百万千瓦级核电站汽水分离再热器(MSR)的国产化

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  • 发布日期:2009-12-08 13:43
  • 有效期至:长期有效
  • 技术区域:广东湛江市
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王保军 赵淑英 湛波 徐岩

(哈尔滨锅炉厂有限责任公司核电办,哈尔滨 150046)

  历史进入了21世纪,人类采用安全、经济、清洁的能源已成为大势所趋。适度发展核电,是我国政府的能源发展战略。目前国内已经运行和在建的核电机组已达11台,我国的核电正在向着国产化方向迈进。

1  哈锅核电开发历程回顾

  哈尔滨锅炉厂有限责任公司(哈锅)承制核设备,已有几十年的历史。

  60年代,清华大学"114"核反应堆工程中的压力壳、稳压器,中国第一套提炼重水装置IA、IB增湿塔等7台设备以及提炼重水用的不锈钢管道,"820"容器,中国第一台核潜艇用汽水分离器等都是由哈锅制造。

  80年代,哈锅又与清华大学核能院共同研制了5 MW核低温供热堆中的压力壳、安全壳、主换热器、屏蔽筒、堆内构件等。

  90年代,哈锅与清华大学再度联手合作,完成了200 MW低温供热堆压力壳、安全壳等主设备的施工图设计、工程标准修订;90年代后期,又成功地为秦山二期核电站提供600 MW辅助给水系统除氧器。面对中国的核电事业,哈锅对于继续承制核设备早已拟定了目标,哈锅抓住了国外几家大核电公司在中国频繁活动、并多次来哈锅调研及洽谈之机,及时地把自己推向了竞争的舞台。哈锅为了承制核产品,曾在软件、硬件方面做了多手准备。

  近年来,哈锅以5 MW核低温供热堆为起步,先后取得压水堆核电厂承压设备、200 MW低温核供热堆核承压设备等的制造许可证,并邀请国内外20多位专家对内搞核电技术及质保培训。同时,与国外核电公司进行技术交流,逐步完善了核电质保体系,培养储备了一大批熟悉并能运用法规及标准的专业技术人才。经过"七五"、"八五"技术改造,哈锅已基本具备了生产百万千瓦级核电主设备的能力。正是有了这些雄厚的实力,使哈锅面对核产品生产胸有成竹。在获准有关方面的资格评定之后,毅然承揽了广东岭澳核电站百万千万级汽水分离再热器(MSR)的制造任务。

2  MSR产品的特点

  1000 MW级核电汽水分离再热器是广东岭澳核电站一项大型设备。岭澳核电站的常规岛部分由GEC-阿尔斯通(ALSTOM)公司总承包,哈锅制造其中的4台MSR设备,这是核电站二回路"四器一冷"中最关键的一台组合式大型容器,并列入"九五"国家重点科研课题。

  在压水堆核电站中,蒸汽发生器产生的蒸汽是饱和蒸汽,进入汽轮机高压缸做功后,如果不采取措施,低压缸末级的排汽湿度将达到24%左右,这将严重影响汽轮机的安全运行,是绝对不允许的。因此核电机组在高压缸与低压缸之间都设置了汽水分离再热器,以便减少对低压汽缸叶片的大面积腐蚀,同时增加低压汽缸的出力。

  岭澳核电站电功率为1000 MW等级,核电汽轮机配置两台卧式半容量(50%)的MSR,分别布置在汽轮机运转的两侧,称为A型、B型。岭澳核电站为两套机组,共配置4台MSR。

  MSR是一内部结构复杂的大型复合卧式容器,采用一体化结构。主要由外壳、防腐壳、换热器管束、分离器、支撑框架、包壳、热壳等部件组成。容器外径为5.41 m,长24.30 m,宽6.374 m,高6.5 m,重达342 t。

  MSR的设计、制造是以英国的BS5500为其基础标准,以设备技术规格书为龙头,由此涉及到英国标准(BS),欧洲标准(EN)及GEC-ALSTOM的工程标准,形成了MSR繁杂的标准体系。

  MSR图纸中采用BS及EN标准系列材料。其中有碳锰钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢及镍-铬-铁合金等,而我公司以往所接触的金属材料均为国标及ASME标准系列的材料。

  由于MSR结构复杂,适用标准及采用的材料均是全新的,因此给技术准备工作带来了较大的难度。

  哈锅从1994年12月开始,就积极与法国阿尔斯通公司、岭澳业主(LANPC)进行了该项目的前期接触,随后针对MSR产品的技术特点,在厂房设备能力、工艺可行性、质量保证等诸方面进行了全方位的准备工作。双方历经长达一年左右的时间进行了技术及商务谈判,在1997年9月26日正式签订了合同,并于1998年3月17日续签了最后一台MSR两个换热器管束的合同。我公司共承担了4台MSR的主壳体及内部构件(主要部件为防腐壳、热壳、包壳、管束支撑架等),以及最后一台中的两个换热器管束的制造任务。

3  图纸和技术条件转化是MSR国产化的龙头

  由于MSR的结构复杂性及标准规范的特殊性,我们从1996年8月份就开始着手消化图纸的工作。在理解ASLTOM大量图纸的基础上,特别注意21个部件的装配尺寸、连接尺寸关系,吃透设计意图。重点在于:汽水分离再热器的一体化布置;防腐壳衬里的装配结构;热壳、包壳的连接结构及对热膨账的考虑;膨胀节贯穿件的装配结构;换热器管束的纵向倾斜布置以及限流器的配置,有利于凝结水的流动。

  ALSTOM的图纸没有对成型公差、尺寸公差作出明确规定,我们通过与ALSTOM公司进行探讨,最后达成共识,执行ISO标准。我们在结构分析的基础上,打破了原封闭的尺寸链。

  ALSTOM的技术要求分为三个层次:BS5500、ALSTOM工程标准、LANPC的补充规定。经过分析取舍,融会贯通,最终落实到图纸中。经过图纸的转化,解决了视图关系、编号制度、技术要求和必要的因工艺需要结构上的变动,达到真实地反映产品结构,并将有关的制造、检验、验收的技术条件反映到厂化图纸中,以便在工艺、检查、试验、质量计划中予以贯彻,从而满足产品性能的要求。

  MSR所应用的技术标准有三个层次。第一个层次以英国的BS5500《非受火熔焊压力容器规范》作为基础标准,并以《汽水分离再热器设备规格书》为龙头,由此涉及到第二层次的阿尔斯通公司工程标准,英国标准(BS)、欧洲标准(EN)、国际标准(ISO),并由此牵扯出更为具体、数量更多的第三层次BS、EN、ISO等辅助标准。

  EN标准是一个完全独立的标准体系,其标准的组成、标准的编排结构、标准的内容与ASME标准有很大的不同。对于我们来说是一个全新的技术标准体系,该标准体系既涉及到各成员国的标准,又涉及到一些国际标准。EN标准所包含的技术标准比较庞大繁杂,而对于每一单独的技术规范,内容又比较抽象,对有些条文其涵义不太容易理解。因此,要真正应用学好EN标准,除了对每一条文要充分理解外,还必须注意各个标准之间的联系,找出标准之间的规律性。

  通过转化,我们共编译了经ALSTOM批准用于指导MSR的工艺、检查、验收方面的技术文件180个。MSR共21个部件,已对其中19个部件实现了厂化设计,共完成8500多张A4的中英文对照图纸。MSR所涉及的技术条件总共为156份,按文件控制程序,标准部门按专业分类,等效采用或按合同规定的最新有效版本进行厂化、并等效转化为在本公司内执行的企业标准。我们共转化了78份通用的技术条件。

4  切实可行的工艺试验和研究是MSR国产化的基础

  在充分利用我公司多年来生产与MSR相近产品的经验、发掘现有设备的潜力、完成必要技术改造的同时,认真做好投产前的工艺试验和技术难关的攻关是MSR国产化的物质基础。

  我们先后完成了14项工艺技术难点研究和工艺技术攻关,其中包括:17000 mm超长钢板,高精度U+V坡口的加工攻关;利用现有几台设备完成了超长板焊接坡口的加工;φ5.4 m大直径薄壁封头焊接U+V型坡口机械加工工艺;以主壳体材料为代表,实现焊接材料国产化及其工艺评定;主壳体和内件制造工艺难点攻关等。

  经过这些工艺技术研究和攻关,使我们较好地掌握了1000 MW级MSR制造的重要工艺过程。

5  核质保体系的有效运转是MSR国产化的保证

  为保证质保体系的有效运作,我们从教育抓起。MSR合同签订后,在全厂范围进行了核质量、核安全的教育,使核安全文化渗透到所有产品领域。结合重点工序选送工程技术人员和优秀的生产骨干出国培训,请中国核工业无损检测中心对哈锅无损检测人员进行了培训和考核。经过资格鉴定、理论考核和实际考试,有45人取得了核电II级资格证书。

  MSR的焊接技能评定是根据欧洲标准EN287-1的规定进行的。采用欧洲标准评定焊工资格在我公司还是首次。公司拨专项费用对61名焊工/焊接操作工189项进行焊接技能培训和焊接技能评定,全部通过了EN287-1的焊接技能要求,同时焊接资格得到ALSTOM和第三方的确认,为公司生产MSR产品培养了一批符合欧洲标准要求的优秀焊工。

  为确保工程质量,针对MSR产品成立了由全面质量管理办公室等组成的"首控组",对首件工序质量实行严格控制。质量计划中的停留点、见证点及时通知业主和第三方进行联合检查,并在检验报告上签字认可。一旦发现不符合产品,及时开出不符合项报告(NCR)连同处理意见、整改措施报ALSTOM,并在实物上贴标签加以隔离。由于认真贯彻质保体系,加强质量管理,2号机部件的生产中比1号机NCR减少了70%。

 

6  MSR国产化进程中需要注意的问题

  (1)关于厂化设计问题,岭澳业主曾提出过质疑,谁来负这个责任?尽管在合同中设计责任由阿尔斯通负责,但实际投产的是哈锅转化后的图纸及技术条件,阿尔斯通应该复查厂化图纸,但这项工作始终没有进行,实质上是哈锅在负此责任。这就提醒我们在今后的涉外工程谈判中应加以明确,或者对来图提出有关要求。

  尽管如此,对于首台研制的大型核电项目,厂化设计是非常必要的,并适合于目前国内企业生产状况。图纸及技术条件的厂化,只是为研制首台百万千瓦级的MSR提供最基本的技术文件,以便工艺、检查、质保等部门更好地开展工作,体现设计为龙头的作用。实践证明,厂化设计推动了MSR的研制工作,并满足了生产进度的要求。

  在实现设备制造国产化对外合作时,应力争索取更多的设计资料。在技术洽谈中我们一谈到有关设备的机械强度计算及性能计算问题,阿尔斯通公司避而不答,声称超出了与哈锅合同的范围。但我们深知,厂化设计与掌握真正的MSR设计还有相当大的差距。我们希望通过依托工程,国家统一管理引进技术,使得国内有关设计院及厂家达到技术共享,以便更好地实现设计的自主化。

  核设备的结构强度设计与制造是不可分割的。纵观ASME、RCC-M等国外规范体系,核设备的单元设计与制造是不可分割的,而我国目前是设计院包揽了系统及单元设备的设计。这势必给管理、接口、工艺可行性、制造中的生产服务带来一系列的问题。

  现在国内主要厂家已取得了ASME U、U2,有的正在筹备取得N证,已具有压力容器的结构强度分析设计能力,而工厂所持有的均为制造许可证。如何理顺这种关系,建议厂家与设计院联合设计;或者都承担设计,互为验证,这也是核电质保所要求的。这将对调动厂家的积极性、尽快掌握核电技术、提高核电设备国产化率以及与国外先进技术接轨会产生积极的影响。

  (2)关于国产化制造范围。我们认为必须在现有装备能力、制造技术水平基本具备的情况下,积极力争扩大国产化范围,使国产化的设备技术含量有所提高。在MSR的最后一台上,我们积极与业主配合,争取到了两台换热器管束的制造,使制造国产化率达到95%以上。

  MSR所用材料全部是法国来料加工,在下个项目上,应努力扩大设备原材料国产化范围。因常规岛容器及换热器类设备,国外一般也是采用常规的压力容器设计制造规范(如MSR为BS5500),因此主体材料尽可能用国内的材料替代,如16MnR、20g等,可以省去进口环节,并方便国内焊材的匹配。

  根据国家适度发展核电的方针,近期不可能大力发展核电。只为研制核电设备,需要上大的技改技措项目,必须慎重考虑。应由国家统一协调,充分发挥各地区现有的优势,共同推进核电设备制造国产化进程。

  (3)关于项目管理。项目管理处负责生产准备、计划编制,并检查计划完成情况。针对核电产品的特殊性,公司专门成立了核电办。这是我公司核电项目技术引进消化的大本营,是核电信息的处理中心,是"技术+管理"的单位。全面负责公司核电项目的内、外接口工作,对外代表公司,对内转递函电,落实执行情况,建立工作档案,做到有据可查。并从技术角度辅以项目管理,这样恰当的结合,对于国产化的首次实践是非常必要的。编制并实行MSR项目的内外接口程序,对提高管理水平,并与国际标准接轨均起到积极的推动作用。

  为了组织生产和解决各类技术问题,应实施周例会制度。每次会先落实上次会议确定的决议,对决议进行考核;同时,对本周生产中遇到的各类技术、质量问题进行布置。

  哈锅同ALSTOM公司、业主方、第三方每月定期召开一次进度协调会,在会上各方就生产进度、质量问题及其他亟待解决的问题进行讨论和研究,使MSR的每一阶段生产都能按计划有条不紊地进行。

  (4)关于核电设备国产化的分包价格。在分包产品价格谈判中,外商惯用手法是利用中国厂商相互压价,从而达到其低价采购之目的,因而存在着普遍偏低的问题。希望有关部门研究并解决这一问题,以便使分包产品价格能维持在一个较为合理的水平上。

  (5)关于核安全文化。我们深深体会到,经过MSR研制,核安全文化的渗透、影响、扩大乃至形成,到最后扎根于我们从事核电员工的脑海中是最重要的。由于大型核电项目在我公司尚属首次,并且技术含量很高、质量管理水平要求严格,一切活动必须按图纸、标准、规范、计划、规程、细则等文件执行;做到凡事有人负责、有法可依、有章可循、有据可查,并严格记录。每个人都建立核质量的自觉性,增强核安全意识,一切工作的质量都与核安全密切相关,树立了"核安全第一"的思想,核安全意识深入人心。

  我公司近10多年来,积极开发核电、核供热以及其它核试验堆设备。特别是在4年多MSR国产化过程中,从ALSTOM公司和业主方在技术和管理上学习到许多先进的经验,建立了一套完善的适合核电设备研制的组织机构,从技术、生产、管理、质量保证和质量控制水平都上了一个新台阶,培养出一支具有较高素质的核电人才队伍,为进一步承制核电产品打下了良好的基础。

  尽管我们已做了一些工作,但涉足的只是大核电的常规岛产品,我们还刚刚起步,经验不足。我们希望认真学习和借鉴兄弟厂的核电国产化成功经验,促进我们的工作,联合起来共同为我国核电发展做出贡献。哈锅今后的核电开发思路:走"从外向内,以民养核,从小到大,跨越发展"--即近期制造核岛主系统外围(包括低温核供热堆等)设备、常规岛设备及民用的类似设备,最后争取制造核岛主设备之目的。
 

 
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