核電AP1000蒸發器的工藝特點和生產組織

辛成舉

摘要：從核電蒸發器的生產工藝特點出發，闡述了在生產組織時需要解決的相關問題，并重點在生產任務、關鍵工序、生產節拍、等方面提出了生產組織的建議。

引言

AP1000是美國西屋公司在AP600的基礎上開發的第三代先進核電技術，與傳統成熟的壓水堆核電技術相比，最大的優點是其安全系統采用了“非能動”技術，我國已把積極發展核電作為能源戰略的重要組成部分并納入了國家中長期發展規劃 目前國內已有 5 大核電重型容器制造基地，可以承擔蒸發器、壓力容器、穩壓器三大件重型產品的制造 但是作為一個投資巨大的核電重型容器制造基地，在基本建設完成后，將面臨著如何針對市場訂單情況，確定工藝布局和組織生產的問題 本文以制造工藝最復雜的蒸發器為例，對此問題進行分析和總結。

一、AP1000主要特點

（一）AP1000最大的特點就是設計簡練，易于操作，而且充分利用了諸多“非能動的安全體系”，比如重力理論、自然循環、聚合反應等，比傳統的壓水堆安全體系要簡單有效得多。

（二）進一步提高了核電站的安全性，同時也能顯著降低核電機組建設以及長期運營的成本。

（三）AP1000在建設過程中，可利用模塊化技術，多頭并進實施建設，極大地縮短了核電機組建設工期。AP1000從開工建設到加載原料開始發電，最快只需要72個月，建設成本方面的節約優勢明顯。

二、蒸發器及其生產工藝特點

（一）蒸發器。AP1000采用兩個Delta125型蒸發器，是給水式蒸發器。該蒸發器以標準的西屋F-堆型技術為基礎。Delta125型蒸發器的設計包含了一些設計上的改進，比如：采用耐腐蝕的690合金傳熱管和其它部件；采用不銹鋼梅花孔傳熱管支撐板；帶有過濾、除氣和防水錘外型的給水分配系統；以及純度最小為99.75%的氣水分離器。這些措施使蒸發器的設計可以滿足AP1000性能、維護和長期使用可靠性的要求。

（二）產品特點。蒸發器是核島一回路系統的關鍵設備，承擔堆芯冷卻劑和蒸汽的換熱，并將高壓蒸汽輸出的功用。其制造工藝復雜，質量控制和過程控制嚴格，屬于核安全一級和核質保一級設備在一定程度上，代表了核島承壓設備制造能力的最高水平壓水堆核電機組包括 CPR1000 AP1000 EPR三種堆型其中，第三代AP1000蒸發器最大單臺蒸發器主要規格最大直徑5334mm，總長22460mm，總重664t，1套機組含 2臺蒸發器在部件組成上，蒸發器由上部筒體組件、汽水分離組件、下部筒體組件、管束組件、管板水室封頭等組件構成。

（三）生產工藝特點。歸納起來，蒸發器的制造有如下幾個突出的工藝特點，也是蒸發器制造與一般重型容器制造的主要區別之處：

1、產品制造周期長、產品規格相近，蒸發器的制造周期很長，通常在28-40個月，而一般重型容器的制造周期為6-12個月。長周期，一方面是由于產品自身的工藝環節多，另一方面在于蒸發器的制造環節和質量控制環節要求都很高，不同核電機組蒸發器的規格和生產工藝基本相同。例如AP1000蒸發器的總長度一般在22-23m。其他各個組件的外形和重量也基本相似。因此通常將規格相近 工序相同的工件，設置在一個功能分區內進行制造

上述兩個特點，決定了蒸發器生產的專業性 即對于重型容器而言，在一臺產品制造完成后，可立即編制另一臺不同規格產品的生產計劃 而對于蒸發器的制造，往往在交貨期的前三年就需要根據綱領或訂單情況制定相應的生產計劃，并且落實產品生產的工藝布局。

2、工藝布局緊湊，工件布置明確 生產核電重型容器的廠房起重能力大，重型車間的起重機能力在700t左右。車間地坪荷載高，較大的地坪承載可達120t/ m2可見蒸發器生產廠房的單位面積造價很高 因此，在設計和生產時，都必須提高車間的場地利用率，尤其是重型車間。與此相應，在設計和生產時的工藝布局，也必須緊湊 而緊湊的工藝布局，意味著生產工位的調整靈活性小

蒸發器原材料多為半精加工鍛件，從原材料投料開始到包裝發運，一直以部件、組件以及成品的狀態，停留在生產車間，處于生產加工或準備狀態。據統計，一座年產 18 臺的核電蒸發器的廠房，在生產高峰期，車間內布置的生產工件有80多件。其中，小型組件凈質量約50t，大型組件凈質量在500～664t。而在廠房設計時，這些組件已經按照對應的區域進行布置，國內某大型核電制造企業，其車間地坪荷載規格（t/m2）分別為5，10，33，35，40，75，83.3，115，122.5這些不同荷載區域，對應著不同的生產功能。因此，這些工件受地坪荷載 起重能力 工藝流程 設備配置等因素的限制，不能隨意放置。

由上述蒸發器生產的工藝特點，可見蒸發器的生產組織非常復雜。

三、蒸發器的的生產組織

對于蒸發器的生產組織，本文總結并建議如下：

（一）確定生產高峰。在進行生產組織時，各個時段的生產負荷處于不斷變化的狀態，不可能做到實時進行調整。因此，必須以最大生產負荷為依據，制定生產計劃，這樣便可以滿足各個時段的生產要求。

（二）確定至少一個制造周期內的生產任務。根據生產綱領及訂單交貨情況，確定每年需要產出的產品數量。例如，在年需交貨4臺，在2014年需交貨6臺，在2015年需交貨臺。在2016年需交貨6臺。那么最大生產負荷即為6臺，且在2011年就需要進行投料生產（制造周期按3年）。

（三）確定控制生產節拍的關鍵工序及設備。在按照生產工藝流程組織生產時，還需落實各個生產工序的生產工時。不同的組件，在進行焊接、堆焊、立車加工、深孔鉆加工、管系制造等工序時，所占用的時間不同。例如，完成一條環縫的焊接約需一個星期的時間（含輔助時間），而完成一塊管板的鉆孔需4個月時間（指 AP1000機組蒸發器）。由于管板深孔鉆床投資很大，且屬于固定設備，無法進行臨時調節，因此管板深孔鉆就成為控制生產節拍的關鍵工序。按照經驗，蒸發器制造控制節拍的關鍵工序和裝備，為管板深孔鉆工序和清潔室管系制造工序，分別為4個月和6個月（指 AP1000 機組蒸發器）。

（四）制定投料周期 制定投料周期是為了指導進度計劃假設生產廠房內配置了2臺深孔鉆床和4座清潔室，按照對應的生產工時計算，可能達到的最大生產能力分別為年產6臺蒸發器（每臺深孔鉆床鉆孔3塊）和8臺蒸發器（每座清潔室可完成管系制造2臺）。這樣就決定了產品投料周期應為4個月，每批同時投料2臺，每年生產蒸發器6臺，并以此作為制定進度計劃的依據。