核级应急柴油机的国产化方案

魏邦华

（福建福清核电有限公司，福建  福清  350318）

核级应急柴油机的国产化方案

魏邦华

（福建福清核电有限公司，福建  福清  350318）

通过对应急柴油机在国产化过程出现的问题原因分析，提出了一系列的对策，指出了我国核电厂所用的核级应急柴油发电机组，实现国产化应建立完善的核电设备质量保证体系，确保质量保证体系有效运转，加强设计控制，从设计源头上杜绝问题的产生，完善并加强设备制造工艺控制，确保设备的制造质量；加强对外购件的质量检验，确保外购件的到货质量；重视人员培训，加强对引进技术消化吸收，降低人因失误，重视技术管理，确保设计及制造过程中严格执行相关标准及程序等。

应急柴油机组；国产化；核电厂；项目管理

1 核级应急柴油机设备技术要求

应急柴油发电机组设备功能是在厂外主电源和厂外备用电源均失效的情况下，每座反应堆的任意一台应急柴油发电机组应能够满足核电厂应急厂用设备用电要求，以确保核电厂核级应急设备提供可靠应急电源，保证堆芯充分冷却，确保反应堆安全停堆[5]。可以说应急柴油发电机组是供电系统的最后一道防线，且执行反应堆的安全停堆功能。特别是在事故工况、全厂断电或地震情况下，该设备必须可靠启动，为堆芯冷却设备提供可靠应急电源。所以对核级应急柴油机组设备可靠性、抗震性能以及抗老化能力等方面均要求较高。

核级应急柴油发电机组主要技术指标：

● 10 s内启动并达到额定转速及额定电压；

● 100次启停试验不允许有一次失败，启动可靠性大于99%；

● 核电厂发电及热停堆阶段，柴油发电机组处于热备用状态，柴油机组预热系统、压空系统及预润滑系统应正常运行，确保柴油机组随时启动；

● 应急柴油机组机械部件安全等级为核三级；电气设备为1E级；

● 应急柴油机组设备抗震等级为抗震1类，其中柴油机、发电机、燃油输送泵及电机、风扇冷却器及电机设备为1A类，即这些设备在所有地震条件下不仅能保证结构完整，还要能持续可靠运行；

● 应急柴油发电机组应能具备全厂断电的黑启动功能；

● 应急柴油发电机组瞬态稳定性较好，加载时电压和频率的跌落不超过75%和95%，并在2 s之内恢复到90%和98%；

● 机组压空系统在不补气的情况，应能保证机组5次启停；

● 应急柴油机组应具备连续满功率运行168 h的能力，确保事故情况下能安全停堆；

● 应急柴油机组应具备苛刻的过负荷能力，能在110%电功率下连续运行。

2 核级应急柴油机组设备国产化现状

应急柴油发电机组系统结构较为复杂，设备可靠性、抗震及抗老化要求较高，涉及到电气、机械、仪控、土建、通风、水工、材料分析等多学科专业，接口复杂，设备的设计及制造难度较大，在辽宁红沿河核电站建设以前，该设备均是国外设备商提供[1]，随着核电建设步伐加快，国内的相关组织及单位对应急柴油发电机组设备国产化的呼声越来越高。

应急柴油发电机组是个复杂系统，国内企业目前单独完成该设备的整体设计及制造较为困难，为了响应国产化的要求，国内的核电厂建设总承包方在签订应急柴油机组采购合同时，在合同条款中均规定了引进应急柴油机组的设计及制造技术，逐步实现国产化。目前，核级应急柴油机组国产化模式主要还是以与国外大型核级柴油机供货商联合设计及制造为主，通过合作，消化吸收国外大型核级柴油机技术，提升国内相关企业的技术能力。现阶段我国核级柴油机国产化主要有两大联合体模式：一是以德国MTU、阿海法公司和山西北方安特优合资有限公司组成的三方联合体；二是以法国ALSTOM、德国MAN公司、武汉ALSTOM、陕西柴油机重工有限公司组成的四方联合体。

2.1 以MTU为主组成的联合体在柴油机设备国产化过程中相关问题

在福清核电1、2号机组应急柴油机设备签订采购合同时，在合同中已明确后续2号机组的柴油机组由北方安特优合资有限公司组装试验，北方安特优合资有限公司将从德国MTU公司引进技术，建造试验台，从而保证柴油机的组装及试验，德国MTU公司提供技术支持；发电机设备由AREVA公司负责供货，并由AREVA公司提供技术支持，上海电机厂设计制造。然而在项目执行及国产化过程中出现了一些问题。

2.1.1 国产制造出现的问题

上海电机厂首次为中高速柴油机配套1E级发电机，因其对核电产品的质量要求认识不够，导致在制造过程中出现了一系列问题，首台发电机通过性能试验，在空运到德国MTU公司检查后发现，发电机的出线电缆破损、轴承座发现裂纹。经过MTU及AREVA公司专业人员进一步检查，又发现了许多细节上的问题[2]。正是这一系列的细节上的问题，导致AREVA公司最终拒收该台设备。究其原因在于上海电机厂的核电质保体系不够完善，体现如下：

● 设计控制方面存在不足。上海电机厂设计人员没有认真核对AREVA提供的接口图纸，没有发现上海电机厂设计的转子尺寸与AREVA提供的接口尺寸不符，图纸没最终固化，是导致转子报废的根本原因。

● 上海电机厂设计人员对应急发电机在极端运行情况下的安全和可靠性要求考虑不够充分，是导致螺栓没有采用蝶型防松垫片、定子铁芯外罩与端盖焊缝不符合核级要求等细节问题产生的根本原因。

● 项目管理存在问题，特别是接口管理存在不足；如在未与总承包方及业主沟通的情况下，对首台电机定子进行了一系列的破坏性试验，是导致定子报废的根本原因。

● 制造质量没有严格按照图纸及工艺文件的要求进行控制，如用铸件炉冶炼转子锻件、定子出线没有按工艺要求固定而损坏、平衡块没有按工艺要求锁紧等，这些问题的产生均反应了上海电机厂在制造及质量控制方面，没有严格按照图纸及工艺文件的要求进行。

● 对外购件缺乏有效的质量控制，轴承座存在裂纹，说明上海电机厂对外购件轴承座的到货检查不规范，没能控制好原材料进厂检验关，是导致问题的根本原因。

2.1.2 国产组装试验遇到的问题

北方安特优合资有限公司组装好方家山项目第5台柴油机后，在试验过程中突然出现柴油机自动停机[3]。事故发生后，德国MTU公司派技术人员及专家与安特优技术人员对柴油机进行了检查，检查出柴油机B7缸出现抱缸问题。经解体检查发现B7缸套及活塞咬住并出现严重的磨损，连杆瓦表面严重磨损（见图1和图2）。

产生烧瓦及抱缸的可能原因:

● 油系统不清洁，油质不合格；

图1 连杆瓦磨损图Fig.1 Wearing of connecting rod bearing

图2 活塞损坏后照片Fig.2 Damaged piston

● 冷却水系统不清洁，水质不合格，导致油温升高不能形成油膜产生烧瓦；

● 组装过程中轴瓦、缸套等部件未清理干净，清洁度未达到要求。

为了找到引起柴油机抱缸的原因，德国MTU公司派技术人员及专家进行了一系列工作，认为水质偏高是导致问题产生的根本原因，建议试验台冷却水水质用软化水。

水质问题导致的油温偏高仅仅是发生问题的原因之一，油质清洁与否也是产生问题的重要方面。从解体油滤网发现油系统有杂质判断，油系统清洁度及油质质量作者认为是产生问题的根本原因，特别是油滤网到各轴瓦及各个汽缸的润滑油管道在组装过程清洁度是否达到要求，也是产生问题的重要原因。建议厂家在试验前应将润滑系统管道进行冲洗直到油质指标化验合格，确保油系统清洁且油质化验合格后方可启动。

分析本次事故根本原因，主要还是技术管理上的问题，在试验前油系统油质及水系统水质未完全达到技术标准要求，是导致问题发生的根本原因。

2.2 以ALSTOM为主的联合体在柴油机国产化过程中的问题

以ASLTOM与陕柴重工股份有限公司等组成的四方联合体模式，主要为红沿河核电、海南核电、宁德核电提供核级应急柴油发电机组设备。在国产化过程中，也出现了一些问题。

2.2.1 宁德核电项目1LHP柴油机质量事件

2010年8月21日，宁德核电项目1L H P（A071810004）柴油机在单机试验中发生A7/B7连杆轴瓦异常烧损及曲轴轴颈裂纹报废故障[4]。

原因排查：造成本次质量事故的根本原因是由于连杆总装工艺存在疏漏，检验漏检，造成A7/B7缸连杆螺栓紧固力矩不足，连杆瓦与轴承座之间摩擦力降低，引起连杆瓦转动，摩擦发热拉伤曲轴，烧损轴瓦。总结起来主要还是由于质量监督体系未能正常有效运转，同时组装人员未按工艺要求执行组装工序造成的。

2.2.2 红沿河核电项目2LHP柴油机质量事件

2011年3月26日，红沿河核电项目2LHP机组在性能试验时发生B2缸挺杆传动装置中的滚轮碎裂质量事件[4]。

原因排查：滚轮碎裂的根本原因是滚轮衬套氧化物脱落及相关零部件存在加工毛刺，破坏了滚轮与衬套间的油膜，引起滚轮与衬套之间异常摩擦，产生热裂纹，进而造成B2缸排气滚轮碎裂。

3 国产化对策

针对应急柴油发电机组国产化过程中出现的问题，结合应急柴油发电机组国产化项目管理的实践，建议从以下几方面进行控制，解决这些国产化过程中出现的问题。

3.1 建立完善的核电设备质量保证体系

质量保证体系是保证产品质量的最基本保证，若质量保证体系不完善或不能有效运转，产品质量将没有保证。建议负责引进消化吸收的国产化制造企业，首先必须建立符合核电设备的质量保证体系，其次确保质量保证体系有效运转，真正做到凡事有据可查、凡事有章可循、凡事有人负责、凡事有人监督，从而制造出合格的最终产品，满足国产化设备的质量要求。宁德核电项目1LHP柴油机质量事件从根本上说，应归因于企业的质量保证体系未能有效运转，重要部位的螺栓的拧紧力矩无人检查所造成的。

3.2 加强设计控制

设备的设计标准及技术要求是保证设备质量的基础，在应急柴油发电机组设备国产化过程中必须加强设计控制，要求设计人员认真研读采购技术要求及相关的标准要求，清楚所设计的设备功能、作用、安全性、可靠性及是否为核安全级设备；同时要求设计人员认真消化引进设备的设计图纸，完全掌握图纸中每一细节后方可进行国产化设计；在国产化图纸未固化前，所设计设备不能开工制造，从设计源头上杜绝国产化问题的产生。上海电机厂设计的应急柴油机组的发电机设备，因对引进图纸未完全消化，导致国产化设计图纸中发电机转子的尺寸偏短，从而直接导致已加工好的转子不得不报废。

3.3 完善并加强设备制造工艺控制

设备的制造工艺控制是保证设备的制造质量重要环节，在应急柴油发电机组设备国产化过程中必须加强柴油机组设备制造工艺控制。上海电机厂在补订转子锻件时，中国二重没有按照工艺文件的要求执行，用铸件炉冶炼转子锻件，结果导致已生产的转子锻件力学性能不能达标而报废；上海电机厂生产的发电机定子出线没有按工艺要求固定而损坏、平衡块没有按工艺要求锁紧等，这些问题的产生均反映了上海电机厂在制造及质量控制方面，没有严格按照图纸及工艺文件的要求进行，正因为首台发电机在制造过程中没有严格制造工艺文件，从而导致首台发电机制造好后而报废，进而使得AREVA公司终止执行与上海电机厂关于应急柴油发电机组发电分包合同，造成重大经济损失。

红沿河核电项目2LHP柴油机滚轮碎裂的质量事件也主要归因于没有严格执行制造工艺，滚轮零部件存在加工毛刺未去除，破坏了滚轮与衬套间的油膜，结果导致该质量事件的发生。

当然，在应急柴油发电机组设备首次国产化过程中，有部分设备是国内首次制造，加工制造工艺还不完善，这就需要通过样件的制造来完善制造工艺，一旦制造工艺固化，在设备国产化制造过程中必须严格执行制造工艺，确保设备的制造质量，才能避免这些国产化过程中出现的因未严格执行制造工艺所产生的国产化问题。

3.4 加强对外购件的质量检验

外购件的质量对柴油发电机组产品质量将产生重要影响，在应急柴油发电机组设备国产化的过程中，负责引进消化的企业在外购件的质量管控方面要充分重视，确保外购件的到货质量，为制造质量过硬的国产化柴油机设备打下基础。上海电机厂正因为没有控制好电机轴承座外购件到货质量控制，导致有潜在裂纹轴承座组装于电机上，AREVA公司的人员在检查过程中发现了这一缺陷，最终导致AREVA公司拒收该电机。

负责引进消化柴油机设备的国产化企业，在外购件的质量控制方面还有待加强，建议这些企业在重要外购件采购前应对潜在供方进行供方评价，确保中标方是有能力并能保质保量的完成制造这些外购件的，在外购件的开工制造前要对外购件的开工条件进行审查控制，在外购件制造过程中建议国产化企业应对外购件制造过程质量进行控制，要审查外购件的制造质量计划并对重要工序进行选点见证。

3.5 重视人员培训

一个企业的兴旺与否，人因将起到至关重要的作用，对于负责引进消化国外先进技术的设备国产化企业来说，人才的培养尤为重要。国产化设备制造企业更应重视人员培训、注重人才培养，确保引进技术的全面消化吸收和再创新。建议国产化制造企业，应选出部分年轻有为的技术精英送到技术引进国对应的制造企业，深造学习先进设备的设计及制造技术，为设备的国产化提供有力的技术保障。

负责引进消化吸收国产化设备制造企业要重视防范人因失误，制定切实可行的改进方案，降低人因失误。

3.6 重视技术管理

技术管理是保证国产化设备产品质量的重要方面，负责引进消化吸收国外技术的国产化制造企业要重视技术管理，确保设计及制造过程中严格执行标准及程序，保证国产化设备的制造质量。如方家山第5台柴油机在试验过程中出现的缸套抱死及连杆瓦损坏事件，主要还是因为厂家没有严格执行相关标准及规范所致，按照柴油机的试验技术规格书中的要求，在柴油机试验前，油系统油质及水系统水质应化验合格并达到规范中的技术标准要求才能启机，正是因为北方安特优合资有限公司没有严格执行标准，水质未化验合格就试验导致严重事故的发生。

4 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现状不太乐观，国产化过程中的确出现了一系列的问题，但只要我国柴油机制造企业建立完善的核电设备质量保证体系，确保质量保证体系有效运转、加强设计控制，从设计源头上杜绝问题的产生、完善并加强设备制造工艺控制，确保设备的制造质量、加强对外购件的质量检验，确保外购件的到货质量、重视人员培训，加强对引进技术消化吸收，降低人因失误、重视技术管理，确保设计及制造过程中严格执行相关标准及程序等方面进行努力，相信百万千瓦级核电站用应急柴油机组的组装试验国产化目标一定能够实现。

[1] 核电站1E级应急柴油发电机组经验反馈文集[C]. 华北核与辐射安全监督站，2011：1-1.（Experience Feedback Corpus of Nuclear Power Plant 1E-class Emergency Diesel Generator[C]. China North Nucleus & Radiation Safety Surveillance Station，2011：1-1.）

[2] 1E级应急柴油发电机经验教训分析总结报告[R].上海电机厂有限公司，2010：1-3.（Lesson Learn Report of 1E-class Emergency Diesel Generator[R]. Shanghai Motor Works Co.，Ltd. 2010：1-3.）

[3] 安特优合资有限公司关于方家山第5台柴油机不符合项报告[R]. MTU，2010：10-11.（SNMD NCR for FJS Engine 0LHS[R]. MTU，2011：10-11.）

[4] 秦富平，编. 质量改进活动经验介绍[G]. 陕柴重工有限公司，2011：10-11.（QING Fu-ping. Quality Improving Experience Introduction[G]. Shaanxi Diesel Heavy Industry Co.，Ltd.，2011：10-11.）

[5] 梁慧茹，许玫，等编. 应急柴油发电机组技术规格书[R].中国核电工程有限公司，2007：9-11.（LIANG Hui-ru，XU Mei，et al. Edit Technical Specification for the Emergency Diesel Generators[R]. China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，2007：9-11.）

Status and Countermeasures for Localization of Safety Class Emergency Diesel Generator

WEI Bang-hua
(Fujian Fuqing Nuclear Power Co., Ltd., Fuqing of Fujian Prov. 350318，China)

After analysis of various issues and root causes during domestic manufacture of emergency diesel generator, this paper brought forward a series of countermeasures. This paper points out that great efforts shall be made to establish perfect quality assurance system, ensure the effective operation of quality assurance system, reinforce design control, prevent problem arising from design, perfect and enhance manufacture process, ensure equipment manufacture quality, reinforce quality inspection for outsourcing, ensure the quality of outsourcing, attach importance to personnel training, enhance absorption of import technology, reduce human error, attach importance to technology management, ensure design and manufacture in compliance with code and process, etc. so as to achieve localization.

emergency diesel generator；localization；nuclear power plant；project management

TL35  Article character：A  Article ID：1674-1617(2014)02-0104-05

TL35

A

1674-1617(2014)02-0104-05

2014-03-09

魏邦华（1973—），男，安徽定远县人，工程师，从事核电厂应急柴油机研制工作。