核電AP1000蒸發(fā)器的工藝特點和生產(chǎn)組織

辛成舉

摘要：從核電蒸發(fā)器的生產(chǎn)工藝特點出發(fā)，闡述了在生產(chǎn)組織時需要解決的相關問題，并重點在生產(chǎn)任務、關鍵工序、生產(chǎn)節(jié)拍、等方面提出了生產(chǎn)組織的建議。

引言

AP1000是美國西屋公司在AP600的基礎上開發(fā)的第三代先進核電技術，與傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術相比，最大的優(yōu)點是其安全系統(tǒng)采用了“非能動”技術，我國已把積極發(fā)展核電作為能源戰(zhàn)略的重要組成部分并納入了國家中長期發(fā)展規(guī)劃 目前國內(nèi)已有 5 大核電重型容器制造基地，可以承擔蒸發(fā)器、壓力容器、穩(wěn)壓器三大件重型產(chǎn)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(chǎn)的問題 本文以制造工藝最復雜的蒸發(fā)器為例，對此問題進行分析和總結(jié)。

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(huán)、聚合反應等，比傳統(tǒng)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(fā)電，最快只需要72個月，建設成本方面的節(jié)約優(yōu)勢明顯。

二、蒸發(fā)器及其生產(chǎn)工藝特點

（一）蒸發(fā)器。AP1000采用兩個Delta125型蒸發(fā)器，是給水式蒸發(fā)器。該蒸發(fā)器以標準的西屋F-堆型技術為基礎。Delta125型蒸發(fā)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(tǒng)；以及純度最小為99.75%的氣水分離器。這些措施使蒸發(fā)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(chǎn)品特點。蒸發(fā)器是核島一回路系統(tǒng)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(zhì)量控制和過程控制嚴格，屬于核安全一級和核質(zhì)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(fā)器最大單臺蒸發(fā)器主要規(guī)格最大直徑5334mm，總長22460mm，總重664t，1套機組含 2臺蒸發(fā)器在部件組成上，蒸發(fā)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(gòu)成。

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

1、產(chǎn)品制造周期長、產(chǎn)品規(guī)格相近，蒸發(fā)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(chǎn)品自身的工藝環(huán)節(jié)多，另一方面在于蒸發(fā)器的制造環(huán)節(jié)和質(zhì)量控制環(huán)節(jié)要求都很高，不同核電機組蒸發(fā)器的規(guī)格和生產(chǎn)工藝基本相同。例如AP1000蒸發(fā)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(guī)格相近 工序相同的工件，設置在一個功能分區(qū)內(nèi)進行制造

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

2、工藝布局緊湊，工件布置明確 生產(chǎn)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(fā)器生產(chǎn)廠房的單位面積造價很高 因此，在設計和生產(chǎn)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(chǎn)時的工藝布局，也必須緊湊 而緊湊的工藝布局，意味著生產(chǎn)工位的調(diào)整靈活性小

蒸發(fā)器原材料多為半精加工鍛件，從原材料投料開始到包裝發(fā)運，一直以部件、組件以及成品的狀態(tài)，停留在生產(chǎn)車間，處于生產(chǎn)加工或準備狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計，一座年產(chǎn) 18 臺的核電蒸發(fā)器的廠房，在生產(chǎn)高峰期，車間內(nèi)布置的生產(chǎn)工件有80多件。其中，小型組件凈質(zhì)量約50t，大型組件凈質(zhì)量在500～664t。而在廠房設計時，這些組件已經(jīng)按照對應的區(qū)域進行布置，國內(nèi)某大型核電制造企業(yè)，其車間地坪荷載規(guī)格（t/m2）分別為5，10，33，35，40，75，83.3，115，122.5這些不同荷載區(qū)域，對應著不同的生產(chǎn)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(fā)器生產(chǎn)的工藝特點，可見蒸發(fā)器的生產(chǎn)組織非常復雜。

三、蒸發(fā)器的的生產(chǎn)組織

對于蒸發(fā)器的生產(chǎn)組織，本文總結(jié)并建議如下：

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

（二）確定至少一個制造周期內(nèi)的生產(chǎn)任務。根據(jù)生產(chǎn)綱領及訂單交貨情況，確定每年需要產(chǎn)出的產(chǎn)品數(shù)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(chǎn)負荷即為6臺，且在2011年就需要進行投料生產(chǎn)（制造周期按3年）。

（三）確定控制生產(chǎn)節(jié)拍的關鍵工序及設備。在按照生產(chǎn)工藝流程組織生產(chǎn)時，還需落實各個生產(chǎn)工序的生產(chǎn)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(huán)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(fā)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(diào)節(jié)，因此管板深孔鉆就成為控制生產(chǎn)節(jié)拍的關鍵工序。按照經(jīng)驗，蒸發(fā)器制造控制節(jié)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(fā)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(chǎn)廠房內(nèi)配置了2臺深孔鉆床和4座清潔室，按照對應的生產(chǎn)工時計算，可能達到的最大生產(chǎn)能力分別為年產(chǎn)6臺蒸發(fā)器（每臺深孔鉆床鉆孔3塊）和8臺蒸發(fā)器（每座清潔室可完成管系制造2臺）。這樣就決定了產(chǎn)品投料周期應為4個月，每批同時投料2臺，每年生產(chǎn)蒸發(fā)器6臺，并以此作為制定進度計劃的依據(jù)。