核电站汽水分离再热器（MSR）的国产化

作者：王保军 赵淑英 湛波 徐岩

欢迎访问e展厅 展厅 3 压缩机/分离/过滤机械展厅 压缩机, 空气压缩机, 过滤器, 滤清器, 滤油机, ... 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。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/17/2005)