核2 & 3级管壳式换热器过程质量控制

张军怀

(中广核工程有限公司，广东 深圳 518124)

核2 & 3级管壳式换热器过程质量控制

张军怀

(中广核工程有限公司，广东 深圳 518124)

通过对核2 & 3级管壳式换热器制造过程中的质量问题进行统计分析，结合现场质量控制工作实践，总结了制造过程中各阶段常见的质量问题，分析了关键工艺和重点工序，给出了质量控制的关键点和过程控制要求，旨在实现过程质量控制工作实效。

管壳式换热器；质量问题；过程控制

核2 & 3级管壳式换热器中的核2 & 3级是指核安全2级和3级，核2 & 3级管壳式换热器数量多，分布于核电站多个系统，如余热排出RRA、安全壳喷淋EAS、化学和容积控制RCV、冷却水RRI、核岛冷冻水DEG、蒸气发生器排污APG、硼回收TEP和辅助给水APA，其担负着正常工况、失水事故工况和停堆检修期间核电站多个系统介质的压力和温度调控作用，保障核电站的安全运行。为做好核2 & 3级管壳式换热器过程质量控制工作，确保设备在保证质量的前提下交付核电站,本文结合某制造厂的质量控制经验对换热器制造过程常见问题进行了统计，按照关键工艺及重点工序，讨论了过程质量控制的关键点。

1 核2 & 3级管壳式换热器常见质量问题

核电站不同系统的核2 & 3级管壳式换热器因具体承担的功能不同，其具体结构形式多样，其中，重要零部件主要包括封头、筒体、管板、法兰和换热管，其余零部件包括导流筒、折流板、分程隔板、接管、盖板、拉杆、支座和紧固件等附件。材料采购和零部件制造阶段涉及的工艺有锻造、热处理、成形、焊接、机械加工和胀接等[1-2]。

某制造厂承担了CPR1000项目6台核电机组共计125台核2 & 3级管壳式换热器的生产制造工作，笔者依据生产制造过程中发生的不符合项及过程监造文件质量记录数据,并结合实际现场质量监督的经验，对涉及到的质量问题按照主要零部件进行了分类统计分析，归纳总结了制造过程中常见的质量问题(见表1)。

表1 制造过程中的常见质量问题

1.1 原材料采购阶段质量问题

由统计可知，材料采购阶段出现质量问题比例为2.59%。常见问题有化学成分、力学性能、无损检验不合格、热处理记录不全和外观质量缺陷等。例如，对换热器4RRI005RF双头螺柱原材料化学成分复验发现，Ni含量实测值为8.46%，不符合合同技术文件要求的9%～12%；还有对于除气塔液体冷却器8TEP001RF螺柱，原材料锻件进厂后对硬度最高和硬度最低的2组试样进行力学性能复验，硬度最高的一组试样抗拉强度为513 MPa，不符合技术文件中抗拉强度≥520 MPa的要求；硬度最低的1组试样屈服强度为187 MPa，不符合技术文件中锻件屈服强度≥210 MPa的要求，其余力学性能复验均合格[3]。

1.2 主要零部件制造阶段质量问题

1)封头出现质量问题统计比例为7.12%，常见问题包括表面鼓包、压痕、折皱、磕碰缺陷、几何尺寸超差、标记不清、母材见证件与产品未同炉热处理以及模拟焊后热处理性能试验不合格。

2)筒体及筒体组件出现质量问题统计比例为32.36%，常见问题包括焊缝处棱角度超差、预留焊接变形量不正确、焊缝内外缺陷、见证件破坏性试验时机不满足RCC-M规范中规定的2个月内试验并出具报告的要求[3]、试验结果不合格、成形尺寸超差和开孔方位或尺寸错误。如某项目 4台余热排出换热器筒体与封头对接坡口形式不一致，筒体坡口为单U型，封头坡口为双V型。核查原因为筒体图样坡口形式存在设计变更，未及时更改工艺文件。又如安全壳喷淋热交换器壳体在板材卷制后圆度相差太大，未进行校圆而直接进行机械加工，造成后续尺寸超差，从而发布了外部不符合项。

3)管板、法兰及组件出现质量问题统计比例为12.6%，常见问题包括锻造记录不全、标记不清、未预留余量、加工后漏做无损检测、尺寸及表面粗糙度超差、密封面损伤、存在堆焊缺陷和见证件破坏性试验不合格。如凝汽器8TEP004CS上管板机械加工后发现6个孔超差,尺寸为φ51.45～φ51.60 mm，而图示尺寸为φ(51.3±0.08) mm，超差0.07～0.22 mm。

4)换热管及管束组件出现质量问题统计比例为5.5%，常见问题包括力学性能不合格、几何尺寸超差、磕碰损伤和表面粗糙度不满足要求。

1.3 组件、总装配及出厂验收阶段质量问题

1.3.1 组件制造阶段常见问题

壳体组件出现的常见问题统计比例见表1，常见问题主要有坡口尺寸、组对间隙及错边量超差；焊接顺序不满足工艺要求，焊接变形；焊缝质量缺陷(边缘未熔合、夹钨、咬边、表面气孔、凹陷、裂纹、蜂窝状气孔和成形不良)；焊缝漏做无损检测；见证件破坏性试验时机不满足RCC-M规范要求，破坏性试验结果不合格；焊后热处理升降温速率或保温温度不符合要求；组件开孔方位及尺寸错误；支座位置尺寸以及地脚螺栓孔位尺寸超差。

管束组件出现的常见质量问题统计比例见表1，常见问题有组装环境及零部件表面粗糙度(铁屑、锈斑、油污)问题；孔口尖角毛刺；强力穿管，管子伸出长度不满足焊接工艺；影响焊接质量因素(焊材、设备、工艺参数、环境、人员资质)问题；焊缝外观质量问题；NDT缺陷；胀管(标记、漏胀、压力、保压时间)问题；未按工艺更换胀袋或胀芯；氦检漏工艺过程及结果不符合技术文件要求。

1.3.2 总装配阶段常见问题

总装配阶段出现的质量问题统计比例为22.3%，常见问题包括表面粗糙度不合格、尺寸超差、管子损伤、管束变形、附件焊接定位尺寸超差、紧固件未按工艺要求顺序装配或装配不全以及设备整体尺寸超差。水压试验问题包括文件要求不明确，试验用盲板、堵头、管路连接问题，现场安全问题，压力表(有效期、精度等级、量程、表盘直径)问题，温度(壁温、水温)问题，介质检测报告及有效性问题，过程(紧固力矩、排气操作、升降压速率、压力值、阶段保压时间、泄漏、压降、变形、异响)问题，水压试验后处理(排水、清洁、干燥、更换密封垫)问题，记录报告(参数、内容，未记录更换密封垫后紧固力矩)问题。如某项目2台安全喷淋换热器(3EAS001/002RF)壳程水压试验后未及时进行干燥处理，造成接管换热管表面浮锈，从而发布不符合项处理。

1.3.3 表面处理及防腐常见问题

表面处理及防腐出现的质量问题统计比例为12.6%，常见问题包括碳钢表面处理后存在氧化皮、锈蚀、油污，油漆质证书不全，涂漆时机、过程、环境不满足技术要求，出现漏涂、误涂，出现起皮、鼓包、挂流，漆膜厚度及附着力不满足要求，记录不规范。不锈钢部件未进行酸洗、钝化或清洁不彻底，机械加工非涂漆部位未防腐处理，管壳程未按技术文件要求充氮密封，充氮后出现泄漏降压。如某项目2台余热排出换热器在发运到现场后发现氮气压力表读数为0，用内窥镜检查发现筒体内部生锈。

1.3.4 出厂验收常见问题

出厂验收出现的质量问题统计比例为12%，常见问题包括表面处理损伤及表面粗糙度不合格、实体损伤、铭牌标牌参数错误、外漏管口孔口未封堵、漏装紧固件、紧固过程未使用润滑剂、备品备件数量有误、标识(重心、介质流向等)缺失、包装不规范、部分制造过程记录文件缺失以及完工资料不规范。

2 过程质量控制重点

通过对换热器制造阶段和重点工艺过程中质量问题的统计分析可知，对换热器的质量控制应从材料采购初期到出厂验收阶段做好全过程质量控制的总体策划及实施。

2.1 材料采购阶段控制重点

核2 & 3级管壳式换热器主要零部件原材料大致可分为4类，即板材、棒材、锻件和换热管。关注化学成分(熔炼、成品)分析、力学性能、无损检测和热处理记录；不锈钢材料晶间腐蚀及表面粗糙度控制，检查锻件锻造比、换热管弯管工艺评定、水压试验和几何尺寸。质量控制应做到选择合格分包商并在采购质量计划对关注点设见证点现场检查验证，如不具备原产地检查条件，应审查原材料采购完工报告并在换热器主制质量计划中设置复验见证点进行检查，关注紧固件，重点跟踪力学性能和无损检测情况。

2.2 主要零部件制造阶段控制重点

核2 & 3级管壳式换热器制造过程中，壳体和管束制造是关键，重要工艺过程有封头、筒体、换热管成形，壳体焊接，管板、折流板机械加工以及管板与换热管的密封焊、胀接，这部分质量问题所占统计比例为57.33%，应作为质量控制的重点。

2.2.1 成形工艺过程

关注成形工艺评定和热处理过程，检查内容包括下料尺寸工艺留量、成形后外观及尺寸、标记、产品及见证件同炉热处理和见证件模拟焊后热处理性能试验。在质量计划中设点进行控制，及时检查记录文件。

2.2.2 焊接工艺过程

换热器关键焊接工艺包括筒体纵缝、环缝焊接，筒体与封头、筒体与接管、接管与法兰、传热管与管板焊接，不锈钢堆焊，焊后热处理和焊缝无损检测。焊接工艺过程控制分焊前、焊中和焊后。焊前检查包括工艺评定、焊接数据包及工艺规程，工艺文件与合同技术文件的符合性，焊材质证书，焊工资质，待焊零部件标记及前序质量记录文件，焊接设备使用状态，工件组对预热情况，焊材质证书及烘干领用情况；焊中检查包括焊接电流、电压、速度，道间要求，层间温度，过程记录；焊后检查包括外观、热处理、记录报告、跟踪无损检测。对于焊接见证件，同步执行检查并及时跟踪见证件性能试验。质量计划对开工授权、焊接、焊后热处理、焊缝无损检测设点。注意过程焊接变形工艺措施的落实，出现过程不符合项要跟踪返修方案的确认和过程验证。

2.2.3 机械加工工艺过程

对换热器而言，管板和折流板的机械加工是重点。管板各孔直径加工精度几何公差决定换热管间隙，间隙大小影响到换热管与管板的焊接和胀接质量。各孔直径加工精度几何公差影响换热管间隙，间隙的大小影响穿管和传热性能及管束的振动。因此，重点关注管板和折流板管孔加工后检查手段，确保管板和折流板的加工质量和孔口防护。对于其他零部件，如法兰等检查总体尺寸，孔尺寸及几何公差，密封面及孔口的防护。质量计划对尺寸检查、表面粗糙度及防护设见证点，重点关注管板和折流板加工。

2.2.4 管子与管板密封焊及胀接工艺过程

在管束制造过程中，除按照焊接工艺控制外，重点检查管与管板密封焊孔口毛刺及表面粗糙度，关注胀接工艺评定文件以及胀接过程工艺参数(时间、长度、压力)的合理选取。质量计划对穿管、管子固定、管口密封焊、密封焊缝无损检查、气密性试验、胀管和焊缝氦检漏设见证点。

2.3 装配及出厂验收阶段质量控制重点

装配及出厂验收阶段重点检查过程表面粗糙度控制、装配工艺有效性、装配顺序、紧固顺序及力矩、装配完整性、装配及总体尺寸、水压试验过程、表面处理防腐及防护、密封及锁紧装置及完工资料审查。质量计划可设开工授权点，检查待装配零部件实物质量和过程质量文件，核查装配适用文件和相关工艺规程的正确性和有效性，以确认具备条件；针对重点检查内容，对相应的操作工序设见证点跟踪检查。

3 过程质量控制实施

1)制造开工检查。检查制造资质及质保大纲、技术文件、质量计划审查设见证点设置情况、制造过程检验及试验文件、特种工序人员资质、机具及工量器具、制造厂地、合格分包商及原材料采购情况，以确认具备开工条件。

2)制造过程跟踪。按照质量计划设点对难点工艺过程和重点检查工序做好现场检查验证工作，及时掌握制造信息，提前介入见证检查，做到预防质量问题发生。重视过程巡检，严肃工艺文件执行，纠正不良作业习惯，审查过程记录，确保记录的真实性、正确性和有效性。

3)问题处置追根溯源。针对质量问题分析其根本原因，确认处置方案，制定后续预防类似问题再次发生的措施，跟踪验证处置过程，如出现质量问题，提醒督促制造厂及时向采购方、业主及监管当局报送，做到质量问题透明处置。

4)重视经验反馈。对出现的质量问题做好质量控制人员和制造厂双方的经验反馈工作，发挥制造厂在过程质量控制工作中的主观能动性和主要作用。

4 结语

结合换热器制造过程常见质量问题统计结果，通过系统分析制造关键工艺过程，给出了策划阶段质量计划设点建议。总结了制造开工检查、制造过程跟踪、问题处置追根溯源和重视经验反馈的过程质量控制重点，可保证核2 & 3级管壳式换热器质量达到合同技术要求。

[1] 吴金星，董其伍，刘敏珊,等．管壳式换热器失效分析、预防及在线检测[J]．压力容器，2001(6):57-60.

[2] 张勇，闫媛媛，杨飞．管壳式换热器研究进展[J]．广东化工，2012(18):107-108.

[3] 王强，贾文静．管壳式换热器出现的问题及解决措施[J]．内燃机，2014(1):14-18.

责任编辑李思文

AnalysisProcessQualityControlofClass2 & 3ShellandTubeTypeHeatExchangeraboutNuclearPowerStation

ZHANG Junhuai

(China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen 518124, China)

Through statistical analysis quality questions in manufacturing process of class 2 & 3 shell and tube type heat-exchangers about nuclear power station and considering quality control experience in site of manufactory, the paper summarized common quality questions, analyzed the key technology and key procedure, and gave the quality control points and process control requirements to achieve the effectiveness of process quality control work.

shell and tube type heat-exchangers， quality question， process quality control

TF 066.2

：A

张军怀(1972-)，男，工程师，注册设备监理师，主要从事核电设备质量监督等方面的研究。

2014-11-24