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影响核电主设备制造国产化因素分析

2014-01-14 10:02 来源:未知 打印 扫码手机看

  影响核电主设备制造国产化因素分析

  李冠英 夏裕

  福建福清三山镇福清核电企业 邮编:350318

  摘要:本文对核电主设备国产化过程中有影响的相关因素进行了分析,指出了主设备国产化当前存在的材料方面、研制周期与工艺稳定性方面、工厂的组织与管理及质保、技术方面典型问题,为解决核电主设备顺利实现国产化提出了一些建设性改进意见。

  关键词:核电 主设备 国产化

  前言:现在世界各国对清洁能源的开发使用越来越多,其中核电作为清洁能源是目前各国重点建设发展之一,而在中国核电的十五年中长期发展规划中,核电到2020年,运行装机容量争取达到7000万千瓦,除去当前已经建成和在建的4000万千瓦,在未来的8年中仍需再开工建设3000万千瓦。到2020年,在引进、消化和吸取新一代百万千瓦级压水堆核电站工程设计和设备制造技术的基础上,进行再创新,实现自主化,全面掌握先进压水堆核电技术,培育国产化能力,形成较大规模批量化建设中国品牌核电站的能力【1】。其中规划在第四部份明确提出了设计自主化与核电设备制造自主化的要求。从规划发布实施到现在核电的开工建设,核电设备国产化也以从没有过的速度在快速发展,但是在核电主设备国产化制造过程中,仍有大量因素影响着核电主设备的国产化,仍存在大量问题需要解决,下面从几个方面来分析核电主设备国产化自主研发制造中存在的问题,以期达到改进目的。

  1.技术因素影响主设备制造国产化

  核电设备国产化,首先就是主设备制造自主研发与设计问题,自主研发与设计的成功,是国产化能够顺利实现的前提,但就目前情况来讲,整体核电设备设计自主研发尚处于初级向中级过渡阶段,尤其是一些关键设备的原材料自主研发虽取得了一些进展,但自主研发过程中的问题仍然存在,并且制约着主设备国产化的进程。

  1.1技术规格书的出版时间影响核电设备材料的研发与国产化

  在核电站被批准建设后,核电设备采购是开路先锋,尤其是大设备、长周期设备需要提前采购,从福清核电1、2号机组的设备采购经验看,由于大设备长周期设备的材料采购周期长,制造工艺涉及到产品评定,几乎要提前FCD二十个月或二十四个月就要设计能提供技术规格书,只有早提供技术规格书,才能早招标,早签订合同,供应商早采购原材料。以福清1、2号机国内首次研制压力容器和蒸汽发生器的大锻件为例,设备要采购,只有技术规格书发布后,才能签订合同,开展这种核级锻件材料的采购工作,采购开始才能开展研制工作,这种研制从冶练、热处理、锻造、冲型与机加,因没有成熟的工艺,时间非常长,据统计仅压力容器的法兰接管段锻件评定用了21个月时间,蒸汽发生器的管板锻件评定用了19个月时间,水室封头评定用了25个月。所以技术规格书越早提供,合同越早签订,设备就可早采购,材料的自主研发就可以早开展。

  1.2供应商的技术储备不足影响主设备材料的自主研发与制造

  象RPV、SG这种大锻件进行自主研发,技术储备是非常重要的,是需要一套完整的技术工艺方案,而且该方案是经过验证可实行的。按这个要求,工作安排应该是先进行评定,评定合格,再投料生产。但限于国内开工核电的工期要求,实际上评定与生产几乎一起进行,方案是新的,工艺是新的,技术与生产人员也都是首次接触这些工艺,没有成熟经验可以使用。因没有经验可以借鉴,导致锻件评定边摸索边干,评定过程中会遇到冶金技术、加工技术、工装与加工设备不满足条件等影响因素而被迫中途暂停,在经过一段时间改进工作后再接着作。有些工厂因技术准备、工装设计、机加等原因导致锻件产生了无法预料的缺陷并报废而被迫重新评定,评定周期大大加长,正式产品件的交货期被迫延长,滞后时间达12个月至18个月。这就是工厂技术储备不足,工艺不完善,进而影响了设备材料的制造。因此加大技术储备与经验总结是重要任务,只有技术储备充足了,经验丰富了,工艺成熟了,大锻件的生产与制造才能形成稳定的生产规模。

  1.3核电固有工期因素影响主设备材料的自主研发

  因核电建设有固有工期,超过这个工期,就会导致严重的财务经济损失。以前受核电建设固有工期影响,锻件一直以来采用国外采购的策略。而在2005年以前,大锻件自主研发也没有基础,这时期的主设备锻件材料基本上都是进口,自主研发没怎么开展。在以往的核电建设中,我国的大亚湾核电、秦山核电、田湾核电都是从国外购买锻件,或者是直接从国外订购成套(台)设备,国家虽然也提出核电设备国产化的目标,走“引进、消化、吸取、再创新”的路子,但迫于核电建设固有工期和规模的限制,象RPV、SG这种设备关键原材料基本上实现不了国产化,只能进口。结果为满足建设工期要求,原材料从国外进口,导致我国的设备制造厂家没机会从事这方面的研制工作,更无从谈到开发和研制,也不会有什么技术经验积累。

  现在核电发展有了规划,应该说对这种关键原材料的研发有了好处,有了动力。但是这种研发仍然受到固有建设工期因素的制约。制约原因就是大家在核电固有建造周期内,原材料即要经过评定与试验验证,又要满足生产与制造的实际需要,因试验与验证过程也要在固有工期内完成,相对就缩短了原材料制造的周期,增加评定、试验与验证的时间,就只能相对减少制造时间,要保证有足够的制造时间,试验、评定与验证时间就要相对减少,二个都不能减少时,只能增加设备的制造时间,使得设备交货滞后,影响核电站的按期安装与发电,可见这种核电建设的固有工期对原材料的自主研制会产生直接影响。

  从上述三点可以看出:核电设备在研发与制造时的国产化,就要加大自主研制能力,提高自己的设计能力,在设计方面要尽快的吸取国外设计经验,将国外的设计消化、吸取,再创新,形成中国的设计标准和规范;其次作为大型原材料生产商(尤其大锻件【2】)也要借鉴国外制造经验,吸取外国工厂的制造先进技术,探索并开发自己的制造工艺技术,将二者很好的结合起来,摸索出一套成功的制造工艺;再者在研制过程中需要合理的研制工期,这个研制工期应根据中国实际的工业发展水平来确定,不应与核电建设固有周期进行捆绑,可以在核电建设前由设计院与制造厂联合推动研发工作,国家能给予一定的资金支撑,保证研发的顺利开展,推动国产化核电主设备材料的生产。

  2.研制周期与工艺稳定性因素影响核电主设备制造国产化

  2.1材料研制周期的长短影响主设备国产化

  主设备国产化材料研制工作周期的长短,对国产化有直接的影响,研制的周期越长,越不利于国产化,研制的周期越长,对核电设备制造的影响就越大,尤其是核电大锻件,研制周期将是制约核电发展的一个关键问题。例如国内某核电站蒸汽发生器锻件分别由重型机械厂供货,其中蒸汽发生器的下封头的制造是关键路径,锻件制造厂从合同签订到最终下封头供货,需从评定开始,进行研制。首件研制,最短的时间某重型厂用了25个月完成研制,而另一厂则用了33个月的研制时间,研制周期非常长,直接影响了设备制造,也影响了后续产品的投料。下封头锻件晚交货直接影响了设备的总体制造与组装,设备总体交货期被迫向后延,滞后严重,使得蒸汽发生器的第一台交货时间延后了5个月,一号机第三台更是延后了11个月才供货,极大的影响了设备国产化的进程。

  2.2制造工艺稳定性影响主设备国产化

  制造工艺稳定性对设备材料国产化有很大影响,如果制造工艺稳定则设备国产化产品合格率高,产品质量可靠,工艺不稳定则易造成次品或废品,直接影响了设备国产化材料的供给。以某核电站压力容器为例,压力容器接管锻件在国内是首次研制,锻件制造工艺也是全新的工艺,研制过程中从投料、冶炼、热处理、锻件精加,没有出问题,压力容器的接管锻件质量也都满足技术要求,工期也满足制造要求,结果这个工艺就被作为成熟工艺确定下来。但是在后续的核电机组上的RPV接管锻件投料,还是按这个工艺投料,就出现了接管投料全部报废的情况。供应商分析原因并进行改进后按该工艺第二次重新投料,又因夹杂物超标报废,不得不进行第三次投料。从第一次投料到第三次投料,共用了约30个月时间,接管报废总价值约 2000多万,目前第三次投料已经无法满足合同与三级进度计划要求,给制造工期带来了重大影响。CRDM零件采购也有类似现象,多种零件投料经评定合格后,开始大量投料,在这些原材料投产后又多次不合格,工期被迫延长,影响设备的正常制造。

  类似这种现象,就是工艺不稳定造成的,在工艺中存在着不稳定的因素,这种因素对材料的性能的稳定性带来了影响,在锻件制造的过程中一定阶段被暴露出来,造成了材料的质量不合格和报废。这种工艺不稳定而造成产品质量不稳定的现象,即给制造厂造成了损失和浪费,也给设备交货与安装带来巨大压力。大家国内厂能够制造主设备锻件,但需要稳定的连续的制造才是终极目标,这就需要大家国内厂有一个稳定的成熟的制造工艺,依靠这样成熟的工艺稳定的制造,才是大家国产化设备追求的目标。不然,即使主设备材料可以国内制造,但过长的制造周期会影响核电总工期,增加投资的成本,总体上不经济,缺少竟争性。

  所以,总体上设备国产化材料研制,一要从工艺的稳定性上下功夫,保证按确定的工艺研制的出来,也要保证研制出来的制造工艺能引导进行稳定的生产;二是要尽量缩短研制周期,核电设备原材料研制工作一般是在设备合同已确定才开始,那么研制周期实在是短,为不影响设备制造,就需要材料厂在研制时尽可能的缩短周期,设备制造才不会滞后。这要求大家国内厂家在平时就要收集国际核电材料发展情况和信息,提前开展相关材料的研制工作;三是对掌握在国外的少部份国内无法生产的材料,要加大研制力度,争取早日能自己稳定连续地制造。

  3.工厂的组织与管理及质保、技术转化因素等影响主设备制造国产化

  在2011年福岛事件前,国家从2005年以前所未有的速度批建新核电厂并开工建设,设备订货更是在项目前期就早早启动,各主要设备厂家在短时间内有大量订单到手,一时间工厂成了最热门的地方,各核电工程企业、业主不断到制造厂催进度要交货。制造厂虽然抓住了核电大发展的机遇,也意识到核电设备制造的艰巨性和复杂性,投入了大量的人力在核电设备制造上,但仍存在以下几个严重问题短时间没有得到解决,影响了核电设备国产化的制造进度与质量。

  3.1项目经理的年轻化与缺乏经验对主设备国产化制造的影响

  项目经理制、项目归口管理是核电生产普遍认可的管理模式,各厂的核电办作为合同管理、生产准备、对内对外接口、技术服务单位等全面负责核电生产,取得了一定的经验,但是随核电项目增加,各供应商核电项目越接越多,需要的管理人员越来越多,每个核电项目都需要有人负责,有一个项目经理统筹管理,此时核电办的管理开始出现漏洞。具体表现就是在2005年后核电迅速发展开始,核电迅速发展后供应商没有储备足够多的管理人员,但有大量订单在手,被迫为管理需要设置一定数量的项目经理,有些是刚毕业2、3年的大学毕业生,尚无实际工作经验和管理经验,就被推上项目经理的岗位。而项目经理需要统筹合同管理、制造管理,但这些项目经理因经验与技术尚不具备统筹管理能力,只能疲于应付管理中出现的各种问题,更有些工厂的项目经理因能力不足而逐渐演化成了一种对外接口管理的角色,在本厂内即协调不了生产计划、又不能组织技术攻关解决问题。成了一种对外进行收发文、进行项目材料统计和进度统计的小角色,在设备采购协调会上,对其本项目的设备制造的计划管理、组织管理、人员管理、加工设备的管理基本没有协调与决定权,完全由部门级领导或企业级领导才能拍板决定,导致平时设备制造工作经常滞后,对设备制造与交货非常的不利。更有的工厂设置所谓的项目经理,一个人管理多个项目,整天疲于应付各种会议,无暇投入精力在项目管理上。

  要解决这个问题,项目经理应设专职,给项目经理一定的厂内协调与管理权限,能在设备制造各阶段根据实际情况组织、协调工厂各部门按计划实行。项目经理不但要懂计划、懂管理,还要会协调、会组织,真正的负起项目管理责任。

  3.2工厂实行多头管理对主设备国产化的影响

  现在很多设备制造厂的核电设备都实行多头管理,这本是控制质量好办法,但随核电设备制造量的增多,多头管理正出现混乱现象,比如某厂制造的稳压器设备, 设一项目经理负责项目管理(但其职位低于总工、生产副总)、技术上由总工程师领导并负责、生产上由制造经理组织并负责。这种多头管理,看着挺好,但遇到实际问题需解决时则极易扯皮,很难有一个满意的结果。每次出现问题,在开会进行协调时,总是在各部门间进行扯皮,每个部门好象都在项目管理中尽了力,但每个部门间又不管项目的具体协调,落实项目中具体工作,项目经理也协调不了,形成了事事看着有人管却管不了的局面,问题往往是有人提出、无人落实,长期得不到解决或解决的不好,对核电设备国产化制造的影响非常 大,严重影响设备制造进度和质量。

  3.3质量保证体系的实行对主设备国产化制造的影响

  核电质保体系完善,要求严格,这是大家公认的事实。在各设备制造厂也都有完善的质保体系,都经过工程企业和业主的审核并颁布实施。但实际工作中各层级按质保要求去工作的实行力很难达100%,典型事例就是某厂制造的堆内构件支撑板加工,支撑板锻件在加工后要钻孔,技术人员下发图纸后没进行技术交底,划线工没充分消化图纸,划错了线,检查人员没仔细复核图纸孔的位置,没检查出偏差,而套孔操作人员没对孔位进行确认就钻孔,套孔结束后检验员只按原划线痕迹复检,结果都没发现错误,导致该工件开启NCR处理,这就是各层级工作人员缺乏质保意识,不按质保要求操作,导致从划线到检查到套孔和复检都失控,影响了该设备的国产化进程和制造进程。其他工厂在质保方面也有过类似的问题发生,因此制造厂在进行核电产品制造过程中,不但要建立质保体系,更要实行,只有质保体系得到有效实行,核电产品才可能有稳定的质量,设备国产化才有可靠的保证。

  3.4制造厂对技术规格书或图纸转化与消化对主设备国产化的影响

  核电建设有其特殊性,即开展前期审批工作时,设计工作就已经开展,但自主设计与研制的周期非常长,等核电建设通过国家审批后,对长周期、主设备而言,设计就需要马上提供技术规格书,开展设备采购工作,合同一签订就要求进行原材料的订购。但制造厂在收到技术规格书后需转化为自己的采购文件,这个过程中往往由于时间短,不能很好的理解和转化设计的要求,出现错误。例如稳压器制造,技术规格书要求堆焊不锈钢工艺母材最低预热温度为150度,而制造厂在制订焊接工艺时没有将技术规格书的要求吃透,将预热温度按经验定为125度,结果需开启不符合项处理;而对稳压器筒体的组对焊接,根据技术规格书中规定按RCC-M中S7424要求实行,即对于大于50mm承压的设备上焊接安装卡具和拉筋时,不允许直接焊接在压力容器表面,而应焊接在该容器表面的焊板上或事先准备的隔离层上,但制造厂忽视了规范中的要求,制定的临时性组对卡具焊接工艺为直接焊接在稳压器筒体上,去除卡具后检查发现了裂纹缺陷,也不得不开启NCR处理。此类事情在设计技术规格书和图纸转化时发生了很多。说明大家国内制造厂对设计文件和规范理解还不到位,对其中的要求没有全部消化和接收。编制的转化技术采购要求或工艺文件并不完全符合设计要求,导至制造错误,也影响了国产化设备的制造。

  4.结论

  通过上面分析,大家可以看到,影响核电主设备国产化的因素很多,有技术因素,设备材料方面因素,研制周期与工艺稳定性因素,工厂的组织与管理及质保和技术转化因素,而这些因素往往又不是独立作用,而是在核电主设备国产化过程中综合出现的,对核电主设备的国产化会产生影响并起到阻碍作用。为了解决我国核电主设备制造国产化稳定生产的问题,首先要解决技术的国产化,技术上要不断改进和提高,研发具有自主常识产权的设备材料,走设计与制造联合研制的道路,而材料的国产化即需要技术又需要资金,国家在研制期间也要给予支撑和帮助,在资金和政策方面给研制工作以支撑,推动主设备材料国产化;而作为首台套设备的国产化,合理的研制周期是必须的,不能把主设备的国产化研制周期与机组需求的设备周期进行捆绑,这不利于国产化设备的研制,也不利于设备的制造;作为制造厂在主设备国产化过程中,需要承担更多的责任,在组织与管理、经验积累、技术转化与吸取、质量保证、工艺技术等方面都需要下功夫,完善组织与管理制度、有效的实行质量保证体系,作好技术转化与消化的工作,不停的积累经验并总结,制订稳定的工艺,来保证核电主设备国产化的顺利进行。

  参 考 文 献

  1.束国刚,上官斌,何大波,核电设备国产化推进工作实践,dafa唯一官网技术经济,2009-21(3)

  2.张敬才,压水堆核电厂核岛主设备国产化关注点---大型锻件,中国核电, 2009-1

  编辑概况: 李冠英,1972年9月26日,目前在福清核电有限企业设备管理处工作,高级工程师,从事核电站核岛一回路主设备中反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、堆内构件、驱动机构、主管道及附属系统设备和常规岛设备静机部份的采购与管理工作,有焊接、无损检测及设备制造、安装、采购管理工作经验。

  夏裕,1977年5月25日出生,大专学历,目前在福清核电有限企业调试维修处工作,工程师,主要从事核电主设备专用工具的维修与管理工作。

  联系地址:福建福清三山镇福清核电有限企业

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