AP1000核电站焊接质量管理标准化研究

郝建　王文波

【摘 要】浙江三门核电是全球首座AP1000核电站，一期工程正在建设两台容量125万千瓦机组，是我国第三代核电引进消化吸收再创新的依托项目。三门现场项目管理机构（SPMO）始终坚持制度创新、管理创新的理念，着力打造我国未来核电建设的样板工程。在1#机组的安装实践过程中，出现了一些质量案例，部分还涉及到重要的核级物项，其中有设计的原因，也有施工技术质量管理的原因。依托项目的焊接质量管理经验存在不足，迫切需要开展标准化管理研究。本文通过焊接质量标准化管理研究专项小组的工程实践，从焊接质量管理要素标准化管理、焊接技术准备标准化管理、核岛安装物项焊接质量管理实践范例等方面进行探索，形成了焊接质量管理标准化技术成果，并成功运用于三门核电依托项目2#机组及海阳核电依托项目，实现了公司建立AP1000核电项目焊接质量管理样板工程的目标。

【关键词】AP1000核电站；焊接质量管理；标准化

1 工程概况

浙江三门核电是全球首座AP1000核电站，一期工程正在建设两台容量125万千瓦机组，是我国第三代核电引进消化吸收再创新的依托项目。三门现场管理机构（SPMO）始终坚持制度创新、管理创新的理念，着力打造我国未来核电建设的样板工程。

2012年，工程建设于进入核岛安装高峰期，大量的核级设备、重要结构需要安装焊接，现有焊接质量管理模式已无法满足现场要求，SPMO焊接专业质量管理小组决定成立专项小组，对焊接质量管理模式进行探索和创新。

1.1 工程建设需要

随着三门核电一期工程建设进入安装工程的高峰期，大量的核级设备、重要结构和大宗材料需要安装焊接，现有的焊接质量管理模式无法满足现场要求。

1.2 公司发展目标

三门核电是全球首座三代核电技术AP1000堆型电站，肩负着我国引进消化吸收第三代核电技术的历史使命。三门项目始终坚持制度创新、科技创新、管理创新，力求成为我国未来核电发展的样板工程。

1.3 新技术现状

AP1000核电站的设计采用美国标准体系，其中规范和标准种类众多，数量巨大。而焊接作为电厂建造过程中最重要的施工方法之一，涵盖土建、结构、模块、管道、设备等各个专业，涉及的美标规范和标准较多。同时，美标规范与国标之间存在明显差异，无论是管理人员，还是具体施工人员都需要重新了解和熟悉。

1.4 管理模式优化和创新

焊接质量管理是AP1000核电技术实践过程中重要的管理板块，需要探索符合“规范化、标准化、程序化、专业化”要求的管理方法和模式。对焊接技术而言，虽然规范和设计要求，依据专业和物项质量等级，内容广，差异大，但从焊接相关的工序和控制要素的分类来看，基本一致，能够开展标准化管理工作，提高管理质量与效率。

2 依托项目1#机组焊接质量管理存在的不足

2.1 物项开工前的技术准备阶段存在不足

在AP1000设计文件中，对焊接技术要求，没有统一和独立的技术规格书；所有焊接和无损检测要求分布在设备、管道、钢结构、模块、通风等专业的规格书和图纸中，有的规格书或图纸间接引用到美标规范条款；因此AP1000设计文件焊接技术要求具有分散性以及频繁间接引用美标规范的特点。

在施工物项开工前的技术准备阶段，由于设计文件的焊接技术要求零散，各单位焊接工程师对美标规范的熟悉程度有限，以及可能对规范条款的理解存在偏差，在编制专项施工方案、特措或工作程序时，出现施工技术文件不满足设计文件或规范要求的情况，导致后续现场物项安装焊接施工完成后，焊接或NDE质量不满足设计或规范要求，产生不符合项，并且返工或返修的难度十分大，可能对工程进度或成本造成巨大影响。

2.2 设计变更易引起物项安装焊接技术要求遗漏或误用

由于AP1000三代核电技术是从美国西屋公司引进，首堆工程施工建设中不断的消化、吸收过程中，设计没有固化，设计变更频繁，造成焊接技术质量管理工作量大、难度大，易发生设计要求遗漏或误解。

2.3 人力资源配置对焊接质量管理的影响

AP1000现场项目管理机构（SPMO）及承包商焊接专业共配置了20～30名工程师，SPMO QC部配置了7～9名专业工程师，以初次参加工作的应届毕业生为主，部分有工作经验的工程师也是接触美标规范较少，应届毕业生缺乏工作经验，有经验的工程师需要在实践中加深对美标的理解。如果没有标准化的焊接质量管理模式，仅依靠工程师个人能力和经验工作，会直接影响工程焊接管理质量。

2.4 工作效率不高

处理技术问题时，对于同一专业或部件的焊接要求，不同工程师往往需要各自搜索一遍，浪费大量时间和精力，工作效率不高。

2.5 现有的焊接质量管理缺乏科学性和系统性

现有焊接质量管理方法属于“分散式管理”，缺乏科学性和系统性，往往出现问题后才反过来研究焊接技术要求的细节，导致日常工作常常处于被动状态，不利于及时发现设计信息缺失或错误，在焊接技术质量管理和现场技术支持过程中，存在质量风险和隐患。

3 依托项目焊接质量管理标准化研究的方向

3.1 标准化管理目标

探索系统化、标准化的焊接技术质量管理方法，解决现有焊接质量管理存在的不足，提高工程公司现场项目管理机构的焊接质量管理水平，增强专业工程师管理能力，从源头上消除质量风险和隐患。

3.2 标准化管理研究的方向

3.2.1 工作思路及方法的改进

1）主动解决问题

为使三门AP1000依托项目核电工程焊接质量管理具有科学性和系统性，应摈弃前期“走一步看一步”的工作方法，特别应重视物项开工前的技术准备，编制或审核专项施工方案、特措或工作程序时，应具有前瞻性，充分考虑现场应如何满足设计规格书、图纸及规范的要求的同时，主动分析可能出现的质量风险，并在技术准备文件中考虑相应的预防及控制措施，避免出现由于设计原因或现场空间结构受限，而导致施工完成后产品质量无法满足设计要求的情况。

2）建立技术要求网络

针对不同专业、不同物项，分类整理焊接技术要求，形成通用和专用相结合的技术要求网络，同时有预见性地在技术要求网络中发现设计不当、设计错误或信息不明确之处，提前发出技术澄清单或现场沟通解决。建立技术要求网络需要以下步骤：

（1）明确焊接技术管理范围；

（2）建立标准化的技术管理步骤；

（3）建立标准化的文件处理和记录制度；

（4）建立标准化的技术准备制度。

3）系统化整理和跟踪设计信息

在技术准备的基础上，与其他专业工程师密切合作，全面跟踪设计信息；

在文件处理方面，小组成员在执行部门相关程序的基础上，制定了跟踪和记录制度，方便每个组员进行实时更新。

3.2.2 梳理设计文件， 形成标准化管理手册

在前述工作的基础上，三门项目现场管理机构（SPMO）焊接专业质量管理标准化研究专项小组向公司申请科研项目《AP1000核岛焊接质量管理手册》立项，编制了《科研项目申请书》《科研项目任务书》及《编制大纲》，按照任务书和编制大纲的要求开展设计文件梳理并逐步形成技术成果。

3.2.3 通过标准化管理保障专业工程师的能力，杜绝焊接技术要求遗漏或误解的质量事件。

4 依托项目焊接质量管理标准化探索

4.1 核电焊接工程焊接质量管理要素标准化管理

分析核电焊接工程建设中必须遵循的基本管理性要求，以管理要素为重点，以各管理要素的流程为导向，编制标准化管理手册，实现焊接质量管理要素标准化管理。管理要素共分八要素，内容包括：焊接材料、设备和器具、持证焊工、焊接工艺评定、焊接过程、焊后热处理、焊接返修焊接数据库的标准化管理。

4.2 技术要求梳理和技术准备标准化管理

在技术要求的梳理和技术准备方面，以标准化为目的，小组成员依次完成了以下工作：

1）焊接通用关键施工步骤的确定，明确了施工过程中，哪些是步骤会影响最终焊接质量，需要明确设计要求，并进行重点跟踪；

2）研究多个常用的美标规范，对每一个关键施工步骤，将不同规范中的具体要求，按统一格式进行汇总和整理，形成了标准化的规范技术要求成果。

3）查阅了各个专业通用技术规格书，对焊接及检验相关的每一个关键施工步骤，将其中的设计技术要求，特别是除了规范要求之外的特殊要求，也按统一格式进行汇总和整理，形成了标准化的设计技术要求成果；

4）对于重要的物项，如主设备支撑、主管道、重要核级管线等，技术准备有必要详细到具体的焊缝，力求精确。

4.3 核岛安装物项的焊接质量管理要点总结和经验反馈，为后续项目标准化管理提供实践范例：

涉及焊接质量管理的核岛安装物项大致包括16类：主管道及波动管安装焊接、管道预制安装焊接、主设备及支撑安装焊接、钢制安全壳拼装焊接、钢穹顶拼装焊接、结构模块拼装焊接、机械模块安装焊接、箱罐拼装焊接、钢结构预制安装焊接、风管预制安装焊接、乏燃料池系统闸门MY06安装焊接、燃料运输通道安装焊接、鼓泡器安装焊接、MY30反应堆永久腔室密封环安装焊接、电气导管及支架预制安装焊接、仪表管安装焊接。

标准化研究小组针对具体的核岛安装物项，专题介绍了大量新的焊接技术的应用及其质量管控，对其逐一进行了技术质量管理总结和经验反馈。

5 依托项目焊接质量管理标准化研究成果

5.1 重要核级物项标准化焊接管理指南

5.1.1 大型结构模块标准化焊接管理指南

AP1000核电站的施工特点是“模块化建造”。“模块”是指由若干型材和/或机械部件组合制造而成的整体单元，。采用了模块化建造技术，其主要过程是将便于运输的子组件在预制厂加工制造，然后运输到施工现场，进行整体组装，最后吊装就位。由于整个模块的预制、拼装以及就位，与核岛其他施工平行开展，优化了施工逻辑，实行土建和安装并行施工大大缩短了工期；同时，大量复杂结构件和物项，如内部设备、管道、风管等，在制造过程中已同步安装，吊装就位时以整体形式一次完成，大大减少了核岛内部，特别是受限空间的施工量，降低了施工难度，进一步缩短了工期和整体成本，同时，在预制厂的工作，改善了施工环境，提高了工程质量。

三代核电自主化依托项目AP1000示范工程中大型的结构模块主要有CA01、CA02、CA03、CA04、CA20、CB20等。本指南主要对三代核电的三门AP1000核电建设现场大型结构模块的整个焊接过程进行总结，为后续AP1000核电堆型的标准化焊接管理提供参考和借鉴。

5.1.2 钢制安全壳标准化焊接管理指南

AP1000 钢制安全壳是是独立式的带上下椭圆封头的圆柱形钢制容器，按照ASME 规范对金属安全壳的准则制造，是安全壳系统的主要部分。在事故工况下它可以限制裂变产物的释放，它为PCS （非能动安全壳冷却系统）的运行提供换热表面，此外它还支撑PCS 的空气导流板，这构成了与安全相关的最终热阱。在发生LOCA（失水事故），蒸汽管道破裂，给水管道破裂后，安全壳内置换料水箱（IRWST）由于非能动余热排出子系统或自动卸压系统起动而引起水分蒸发时，PCS 可将热量从安全壳大气中移出。本成果中的钢制安全壳（CV） 包括安全壳本体及环形加强筋、吊环梁、设备闸门、人员闸门、贯穿件组件和附件板，本成果通过对安全壳焊接过程的详细描述和焊接技术进行总结，为后续项目的容器标准化焊接管理提供参考和借鉴。

5.1.3 主管道标准化焊接管理指南

AP1000是全球首堆，主管道的焊接质量管理无成功经验可以借鉴，主管道的焊接质量管理与控制存在极大挑战。严格执行工艺规程参数和模拟验证的技术工艺措施，是成功实现U型坡口单面焊双面成型窄间隙自动焊接的保障。目前主管道在各单位的密切配合下已圆满完成安装焊接工作，焊缝质量良好，RT一次检测合格率100%，达到设计预期的质量目标。

本指南论述了主管道焊接施工各阶段控制要点，重点阐述焊接施工过程质量控制，提出了检查要求与控制措施。实践证明通过精心的施工前准备以及严格的过程控制，是能够确保主管道的焊接质量满足设计要求，为后续AP1000项目主管道的焊接质量控制的标准化提供经验。

5.2 《AP1000核岛焊接质量管理手册》

三门AP1000核电站一号机组从开工建造伊始，就被赋予了诸多专有名词、特殊光环及使命：世界首堆、中美最大能源合作项目、非能动、模块化建造、国内首个第三代先进压水堆等等，这注定了在AP1000工程的推进过程中，将会面临着诸多已知的、未知的技术上、管理上的困难和艰辛。

焊接，作为一项专业性极强、技术性极高的作业类别，也必将经历一系列的坎坷和挑战。特别是AP1000首堆的焊接工作，面临着大量国内乃至国际新工艺及新技术的挑战。

整过建造焊接过程，若不经过系统性的研究、消化及实践，将无法实现成果固化及创新，也无法提升工程公司整体的EPC焊接管理及技术水平，加上焊接质量管理存在不足，迫切需要开展管理标准化研究。为此，编制本手册的使命即应运而生。

本手册从立项到通过公司专家最终评审，耗时两年多，其研究主要是基于三门AP1000依托项目的理论及实践，同时也参考了海阳依托项目的部分实践成果。

本手册分上下两个分篇，内容各有侧重，其中：

第一分篇主要从焊接质量规范化管理的角度，以“图文并茂”形式展现规范化管理，以达到核电现场焊接管理工作的规范化、标准化。面向核电焊接工作相关的管理、技术人员，推行在核电焊接工程中必须遵循的基本管理性要求，以管理要素为重点，以各管理要素的流程为导向。共分八章，内容包括：焊接材料标准化管理、焊接设备和器具标准化管理、持证焊工标准化管理、焊接工艺评定标准化管理、焊接过程标准化管理、焊后热处理标准化管理、焊接返修标准化管理和焊接数据库标准化管理等。

需要说明的是，由于各参建单位的内部管理形式的不同，本手册所引用的各种表格为推荐性的，但具体的管理要求是强制性的。

第二分篇以质量控制要素和经验反馈为重点，辅助现场施工方案及执行依据，从焊接质量控制的角度对现场AP1000涉及的（主）管道、主设备及支撑、CV、钢穹顶、模块、燃料通道以及乏燃料池水闸门等物项从技术依据、施工方案、施工顺序、质量控制风险工序、质量控制技术要求以及典型案例等方面进行描述。为提升其经验反馈价值，尤其对现场施工过程中出现的设计变更、质量问题以及现场解决措施进行了重点描述。

6 依托项目焊接质量管理标准化应用

研究成果内容基本包括了现阶段AP1000首堆施工过程中的所有问题及经验反馈，为后续AP1000焊接质量控制工作的开展提供了重要参照和索引。

成果编写主要基于依托项目1号核岛的施工活动，初稿编写过程中，已对2号机组进行了良好应用。

研究成果应用于现场项目管理机构（SPMO）新入职的焊接及NDE相关工程师授权培训，对新员工在较短时间内系统地熟悉和借鉴设计要求、规范要求及现场经验反馈起到至关重要的作用，显示出良好效果。

【参考文献】

[1]林诚格.非能动安全先进核电厂AP1000 原子能出版社[J].2008，8.

[责任编辑：朱丽娜]