自主核电技术PCS 热交换器的制造质量控制与实践

李伟龙 那振宇

（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150046）

具有自主知识产权的三代百万千瓦级压水堆核电技术“华龙一号”，是ACPR1000+和ACP1000 融合优化，采用能动与非能动相结合安全设计理念，其技术和安全性能达到国际先进水平[1]。而非能动安全壳热量导出系统（PCS），依靠热交换器内的水和安全壳内的高温空气通过对流、冷凝和辐射传热进行交换热量，在高度差、密度差作用下，实现自然循环。在事故工况下实现安全壳的排热，最终将安全壳内温度和压力降低至可接受水平[2]。它的研发制造属于国内革新性成果，是能动和非能动技术的核心难点之一，如何做好首台套产品质量保证策划和实施工作具有重要意义。

1 PCS 热交换器结构特点

PCS 热交换器是一个由上下联箱和传热管组成的C 型换热器，安装在支撑框架上。它由一对上下联箱，132 根传热管，一对进出口三通组成，具体见图1。

传热管由132 根C 型管组成，由卡箍和卡条固定，通过胀焊与上下联箱连接。设备主要材料为022Cr19Ni10，与常规换热器产品结构差异大，自身刚性很差，焊接质量和清洁度要求高，在制造过程中的转运起吊、机加、装配、焊接、酸洗、水压等制造环节的质量控制难度大。

2 质量保证大纲和质量计划编制

建立项目质量保证大纲，对文件控制、采购控制和不合格项控制等所有与质量有影响的活动制定程序制度。结合产品工艺流程和检验技术要求，编制产品质量计划，重点设置三通机加尺寸、管端焊接过程、气密性试验、清洁度检查和水压试验等关键质量控制点，并按照核质保体系文件规定的方法和要求实施产品制造活动控制，确保产品质量和安全可靠性。

3 质保分级和供应商管理策划

实施质保分级控制，对异径三通、联箱封头、传热管、联箱筒体和排水管质保等级为QA1，紧固件质保等级为QA3，卡套、支座和托盘等非受压零件质保等级为QNC。QA3 级以上供应商应建立项目质量保证大纲和质量计划，供应商选择应在供方名单中。原材料重点审查质保书（按采规和买方技术条件），核级紧固件做好抽样方案和委托第三方复验工作。

4 技术准备质量管理实施

组织设计、工艺评审，梳理技术要求，重点在焊工资质准备、CR/TA 单管理和焊接数据包、工艺评定（焊接、胀管）、氦检漏检验规程、制造大纲、采购规程、质量计划等文件审批和备案工作，严格落实买方技术规格书和设计说明书中要求，避免文件漏项和要求遗漏，无法执行和不理解条款应按程序提前澄清，按审批意见开展相应工作。在制造过程中做好文件控制和变更管理，确保技术文件时效性、及时性和准确性。

5 生产过程质量控制要点

5.1 人员资质

焊接前确认焊接位置及焊工资质，防止无证操作或者超范围焊接。重点对承插焊结构型式进行焊工资质确认。

5.2 焊接过程

针对管子- 管板焊接质量控制难点，采用定距装配工装定位全部换热管后套装管板，将管子- 管板焊缝置于平焊位置，易于观察熔池形态和过程稳定，具体见图2。为控制变形，可将管板上管孔编号，依次、交替错位焊接，避免产生热影响、应力过度集中。施焊过程严格按照工艺执行，杜绝焊条规格与要求不符情况。

图2 平焊位置示意图

5.3 机加和胀接过程

管板加工尽量一次装夹一次成型，采用移动压板及V 形架进一步固定，在孔加工中采用单刃镗削加工，避免工件颤动。成型管子- 管板胀接宜采用机械胀接方式，从管板垂直方向、自上向下操作，使用平衡吊辅助进行[3]。对固定支座底板和滑动支座底板等零部件尺寸，传热管卡条、卡箍水刀切割加工过程中要提前试验，避免水刀倾角造成尺寸超差。因上部/下部异径三通坡口为马鞍形曲面结构，形状复杂，见图3。选择采用数控立铣床铣削加工坡口，利用压板及V 形架辅助装夹。机加及焊接过程中内部均安装防止变形支撑工装，设置技术交底、机加程序复核等质量控制点。

图3 异径三通坡口三维图

5.4 酸洗钝化

严格执行机械清理→脱脂除油→酸洗钝化→有压冲洗→质量检验→最终冲洗→工件防护各工序操作要求。质量检验时用玻璃棒或塑料滴管将试验溶液涂敷在选定的被检表面上。用秒表进行计时，施涂15 秒后溶液无蓝色。

5.5 清洁防护

应设置专用清洁室开展生产制造，切削液、记号笔、胶带等辅助材料满足核级辅材质量要求，有害元素应低于标准要求。在转运过程中用软性防护材料进行隔离保护。

6 结论

自主三代核电机组是国家重点工程。通过对其PCS 系统热交换器生产制造全过程质量保证工作经验总结，为核电领域相关单位后续开展PCS 热交换器产品质量保证提供借鉴参考，具有很高的推广应用价值。