核電設備的案例
國內核電設備制造企業質量管理分析與對策
摘要：介紹了國內核電設備制造企業質量管理的現狀，描述了存在的問題，詳細分析了導致問題發生的根本原因，并從購買方（工程公司）的角度提出了解決的對策。
關鍵詞：核電 設備 質量 管理 分析 對策
自2005年12月15日，嶺澳二期核電工程全面開工以來，我國核電建設進入了一個新的時期。國家核電建設的方針從“適度發展核電”調整為“積極發展核電”，紅沿河、寧德、陽江、方家山、福清等核電項目相繼開工。
核電站的建設需要大量設備，如核島主設備（反應堆壓力容器、蒸汽發生器、穩壓器等）、常規島主設備（汽輪發電機組）、控制系統（DCS）、變壓器、水泵、閥門、管道、電纜等。這些設備制造的技術和管理要求都非常高，難度相當大。以前，在大亞灣、嶺澳一期等核電站的建設中，相當多的設備是從國外進口。現在，隨著國內裝備制造業的發展，同時在國家的要求下，各核電項目設備國產化比例持續、大幅提高，核電裝備制造業進入黃金時代。
面對如此之好的形勢，國內企業大舉進軍核電設備制造市場，其中包括了以東方電氣、上海電氣、中國一重、哈電集團等為代表的一大批國有及民營企業、中外合資及外商獨資企業，基本囊括了具有國內最高制造及管理水平的設備制造企業。
1 存在的主要問題
通過幾年來核電設備制造的實踐，各相關企業的管理水平都有了長足的進步。主要表現在，“四個凡事”的理念逐步深入人心，企業核安全文化水平明顯提高，在人員、設備的專業化和工藝的標準化方面向前跨進了一大步，管理的精細化得到了進一步的發展。
但是，各設備制造企業在管理上與國際先進企業相比還存在較大的差距，仍存在相當多的問題，不能完全滿足核電設備制造的需要，主要表現在以下幾個方面：
1.1 低級的人因質量事件頻發
各設備制造企業在核電設備的制造過程中，由于各種原因，不可避免地發生了較多的不符合項。
展開 核電設備抗震計算與應力評定系統
核電廠設備在設計、建造、運營中對其抗震功能性和結構完整性提出了嚴格的要求，國內外相關規范對核電廠設備抗震的設計原則和方法都提出了明確的規定，如IEEE-344，GB 50267，以及設備抗震設計相關的原則性文件。因此，對核電設備抗震能力進行計算與評定非常必要。
核電設備抗震計算與應力評定
抗震計算和評定涉及到模態計算、地震載荷分析（包括靜力法、反應譜法）以及載荷組合與應力評定，且針對不同的結構類型、不同的規范限制具有不同的計算和評定要求。鑒于核電設備的復雜性和多樣性，完全通過手工理論計算已經不可能，必須借助于有限元分析技術來完成對復雜結構的計算和評定。
核電廠設計、建造和運營中需要對成百上千的設備需要進行抗震計算，且有限元計算具有其專業性，即使借助于先進的有限元技術，其工作量也極其巨大，有必要開發專業的設備抗震分析與評定系統，將專業有限元的有限元模型設置進行封裝，為核電設備設計人員提供方便易用、高質高效的抗震計算與評定平臺。
展開 核電設備RCC-M校核標準概述
核電設備RCC-M校核標準概述
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核電設備建造規范標準：
國際主要核電站規范標準體系：
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ASME規范標準體系（美國）
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RCC-M規范標準體系（法國）
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KTA 規范標準體系（德國）
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ГОСТ規范標準體系（俄國）
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JIS 規范標準體系（日本）
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CSA規范標準體系（加拿大）
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RCC-M概述
RCC-M是由法國核島設備設計建造規則協會（AFCEN）以規范形式頒布的法國壓水堆核島機械設備設計和建造規則，是壓水堆核島設計和建造規則（RCC）整體中的一部分，主要用于安全級設備。
在我國采用RCC-M規范設計、建造、運行的壓水堆核電廠核島機械設備，除大亞灣、嶺澳一期核電廠外，還有我國自主設計、自主制造、自主安裝、自主運行的秦山第二期核電廠；擴建的秦山第二核電廠二期工程、嶺澳二期工程亦采用了RCC-M規范設計建造；遼寧紅沿河、廣東陽江、浙江方家山等核電廠核島機械設備設計建造也采用RCC-M規范；
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RCC-M的結構
RCC-M分為5卷，其中第一卷為核島設備，第Ⅱ到第Ⅴ卷匯集了不同技術領域的相應規則：第Ⅱ卷為材料篇，匯集了零件和制品的采購技術規范；第Ⅲ卷為檢驗方法，規定了破壞性檢驗和無損檢驗的實施規則；第Ⅳ卷為焊接篇，規定了焊接操作及其評定規則；第Ⅴ卷為制造篇規定了焊接以外的制造操作規則。
不同設備（安全級）在設計或對設計進行校核時主要采用相應的RCC-M-Ⅰ的篇章：
（1）A篇匯集了應用本設計建造規則的通用要求；
（2）B、C、D篇分別適用于1、2、3級設備中的各種容器（各種容器、各種換熱器）、泵、閥門和管道；
（3）E篇適用于小型設備或部件；
（4）G篇適用于堆內構件；
（5）H篇適用于設備的各種等級的支承件；
（6）J篇適用于低壓或常壓的各類儲罐；
（7）Z篇中匯集了一些技術性附錄。
展開 MBSE建模案例：法馬通集團復雜核電設備MBSE應用案例
本文簡介：本文首先分析了當前復雜核島設備研發中面臨的挑戰，介紹了法馬通集團選擇Arcadia方法實施MBSE，并結合核島系統案例詳細闡述了Arcadia流程剪裁后的6項任務。
1 復雜核電設備研發中面臨的挑戰
據2015年數據統計，核電產生的電力為2441 TWh，約占世界總發電量的10%。由于核電不產生碳的排放，對于抑制全球氣候變暖有很大的貢獻，預計未來核電的規模還會持續增長。
在這一背景下，加上現有核電站的老化，意味著未來幾年內，新的核電站建設規模將會逐步增加。當前背景下，核電站從最初設計到電站運營周期超過20年，涉及的工程學科眾多，僅核島部分就有20多個工程學科；零部件眾多，僅核島部分，就有數十萬件。核電站的工程設計、建造和許可運營依然面臨巨大的挑戰。
▲圖-1 復雜的核電設備
1.1核安全問題
首先核安全依然是核反應堆設計的關鍵問題。每個核電研發人員都在持續努力改善設計和工藝流程以確保核安全。福島核泄漏事件的經驗教訓，以及國家、國際法規的變化，告訴我們最好從概念設計階段就考慮安全問題。
展開 
石化核電行業仿真咨詢與專業定制開發
8、專業系統-核電設備抗震計算與應力評定系統
核電廠設備在設計、建造、運營中對其抗震功能性和結構完整性提出了嚴格的要求，國內外相關規范對核電廠設備抗震的設計原則和方法都提出了明確的規定，如IEEE-344，GB 50267，以及設備抗震設計相關的原則性文件，APP-GW-G1-003，CAP-GX-G1-003。因此，對核電設備抗震能力進行計算與評定非常必要。
安世中德在ANSYS軟件的基礎上開發了核電設備抗震分析與應力評定的專用計算系統，將抗震分析經驗進行總結歸納，固化現有的核電廠設備抗震分析基本方法，實現了流程化的抗震分析步驟，結合規范和法規要求自動對計算結果進行初步評定，將有限元分析的結果匯總反饋到軟件界面上，以方便用戶查閱。
l 抗震等級：核電廠抗震I類、抗震II類以及一些非抗震類但有抗震要求的設備；
l 安全等級：核2級設備、核3級設備；
l 評定對象：聚焦殼型、線型、螺栓模型、焊縫；
l 計算范圍：即以外部導入的模型或用戶在ANSYS環境自行建立的模型為基礎進行系統的應用；
l 規范體系：ASME相關章節，AG相關章節，AISC相關章節。
核電設備抗震計算與應力評定系統環境
9、專業系統-蒸汽發生器分析法設計系統
核電廠蒸汽發生器屬核安全一級設備，根據設計要求，必須滿足ASME BPVC-III分析法設計要求。
展開 CAE仿真技術在能源電力行業的應用
CAE技術在核電行業的應用
在核電設備的設計、性能劣化設備的評估、緩解技術的研究等諸多方面，核電設備結構力學始終扮演著重要的角色。從核安全的角度出發，對于下述物項和部件都要進行分析鑒定：土木結構、機械設備、管道、閥門、電氣設備以及堆芯結構部件。
1.1. CAE技術在核電設備結構分析上的應用
l 壓力容器強度、剛度、疲勞；
l 設備零部件強度、剛度、疲勞；
l 熱應力、流體壓力下的強度設計；
l 轉子動力學，振動問題；
l 建筑物設計與分析；
l 設備的抗沖擊分析。
1.2. CAE技術在核電設備熱分析上的應用
l 設備零部件熱傳遞問題；
l 流體對流換熱、質量擴散；
l 蒸汽發生器、穩壓器等多相流問題、對流傳熱；
l 主泵機組、汽輪機葉片、流道等設計與效率改進。
核聚變反應堆屏包模塊CFD熱分析
總單元數1980萬，其中結構域1210萬，流體域780萬結構域計算條件：絕熱外壁面 + 對稱面 + 流固耦合交界面 + 非均勻中子熱沉積體積發熱功率；
流體域計算條件：壓力入口 + 質量流量出口 + 流體對稱面 + 非均勻中子熱沉積體積發熱功率；加載難點在于“非均勻中子熱沉積體積發熱功率”，采用了多項式擬合坐標插值法。
2.CAE技術在風電行業的應用
風力發電機是將風能轉化為機械能并由機械能轉化為電能的裝置。風是空氣流動，這種流動經過葉片時在葉片兩側產生壓差，進而推動葉片轉動；葉片轉動通過輪轂傳遞給傳動系統中的低速傳動軸，并經齒輪箱加速傳遞給高速傳動軸；高速傳動軸與發電機連接，帶動發電機發電。
展開 核電領域設備、標準大揭秘（一）
RCC規范體系
法國是世界上核電發展歷史很悠久、核電比重高。20世紀70年代初，就啟動了壓水堆核電站的建造計劃。AECEN在正式遍布RCC-M之前就與法國核安全管理機構展開了討論，取得了認可，這便是最早的RCC-M。RCC-M在1986年進行了修訂，又在1988、1993、2000年分別進行了增補。在開發EPR項目時，又整合了德國的KTA有關規定，編寫了ETC-M，目的旨在為EPR專項制定RCC-M法規。這些意見后期被吸納到了2007版RCC-M中。
【技術交流】中廣核工程設計有限公司一行蒞臨遠算開展技術交流
接著，雙方就核電設備的抗震、斷裂和疲勞分析等力學性能分析技術展開項目技術交流，以及探討了圍繞著關鍵核電設備全生命周期運維管理的數字孿生系統。中廣核工程設計有限公司主要業務領域集中在核電工程咨詢、工程設計及在建核電工程和投運電廠的技術支持和服務等方面。而遠算科技是法國電力集團EDF（歐洲最大的核電運營單位，核能領域經驗豐厚）在中國工業仿真軟件領域的獨家戰略合作伙伴，深耕核電業務與應用場景。雙方對彼此在行業內的專業程度都表示認可和看好。
能源行業的數字化應用場景豐富，遠算科技期待與業內行業專家共同發力，助力解決工業軟件“卡脖子”現狀，推動建設數字中國。
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展開 我國核能發展現狀
AP1000安全目標比現有核電廠領先約兩個數量級。在經濟性方面，AP1000核島系統設計簡化，廠房建筑和設備配置都大幅減少；其次，AP1000采用模塊化設計和模塊化建造技術，可有效控制、縮短建造工期；AP1000的核燃料采用簡化設計和長周期換料(18至24個月)，有利于減少運行維護工作量，降低運行成本。
我國第三代核電AP1000自主化依托項目共建設四臺核電機組，分別是浙江三門核電站兩臺機組和山東海陽核電站兩臺機組。第一臺機組的設計和建造以美方為主，中方全力參與；從第二臺開始，以中方為主設計建設，美方做技術支持，更重要的是，目前引進技術所建的核電站全部在沿海，而內陸核電站的設計也已啟動，沿海核電站和內陸核電站在設計上有許多不同，四臺自主化依托項目的順利建成，將證明我們完全掌握了這一技術。
我國的核能技術正沿著積極穩妥的路線推進，在核電建設方面出現了綜合集成、大法地產等一批大型的電力集團控股參股等不同方式投身到核電事業，形成了核電投資多元化的良好局面，有利推動我國核電產業快速發展。核電大發展推動了核能產業迅速發展，核能產應是一項具有高新技術密集、產業關聯度高的綜合性戰略產業，同時核能產業具有規模大，附加值高的特點，就投資規模而言，如果按2020年我國核電同類裝機容量目標7千萬千瓦，這節規模3千萬千瓦，每千瓦按1.2萬億人民幣的投資規模將超過1萬億規模，每年的核電投資將在700億以上，09年已經超過了。核電投資勢必拉動相關產業鏈投入，核電的發展使核能進入了批量化、產業化的發展階段，核電設備制造使批量化產業化關鍵，也是占整個投資50%以上，核電設備要求高、技術密集，是真正體現一個國家綜合制造能力和水平，核電制造設備自主化是核電大發展的前提，也是核電保持經濟競爭力的關鍵。
展開 全國核電運行情況（2022年1-6月）
截至2022年6月30日，我國運行核電機組共54臺（不含臺灣地區），裝機容量為55805.74MWe（額定裝機容量）。2022年1-6月全國共有1臺核電機組首次裝料，詳見表1。
表1：2022年1-6月首次裝料的核電機組信息
一、核電生產情況
2022年1-6月，全國累計發電量為39631.1億千瓦時，運行核電機組累計發電量為1989.99億千瓦時，占全國累計發電量的5.02%，詳見圖1。
圖1：2022年1-6月全國發電量統計分布
2022年1-6月，全國運行核電機組累計發電量為1989.99億千瓦時，比2021年同期上升了2.00%；累計上網電量為1865.30億千瓦時，比2021年同期上升了1.90%，詳見表2。與燃煤發電相比，核能發電相當于減少燃燒標準煤5592.16萬噸，減少排放二氧化碳14651.45萬噸、二氧化硫47.53萬噸、氮氧化物41.38萬噸。
2022年1-6月，核電設備利用小時數為3621.77小時，平均機組能力因子為90.17%，詳見表3。2021年和2022年全國運行核電機組各月發電量和上網電量趨勢分別見圖2和圖3。
表2：2022年1-6月核電電力生產指標統計表
表3：2022年1-6月54臺運行核電機組電力生產情況統計表
說明：
1） 臺山核電廠1號機組于2021年7月31日開始臨停大修，截至2022年6月30日暫未結束。
2） 石島灣核電廠1號機組于2021年8月21日首次裝料，截止2022年6月底暫未商運，機組能力因子暫不適用統計。
展開 ANSYS地震監測系統機柜抗震分析（附命令流）
1.1理論基礎
抗震分析基礎知識
SSE：安全停堆地震
OBE：運行基準地震
核電廠物項分為：抗震I級、抗震II級和非抗震類
反應譜是通過場地上物項的反應來間接表達場地地震動載荷。反映了場地對地震的放大(或消減)效應。
根據GB50260中的相關規定：
1. 基頻大于33HZ的電氣設備，可直接采用靜力分析法，即：
ACEL,3.96*9810*1.5,0,0
其中：3.96為譜曲線的峰值加速度。
2. 基頻小于33HZ時，則采用動力分析方法中的譜分析方法進行計算
3.求出的振型個數應該足夠多到 X、Y、Z三個方向上的地震載荷的參與質量都不得少于90%
實際核電設備在做抗震分析的步驟：
1. 根據圖紙建立能反應問題的簡化的有限元模型；
2. 根據實際結構施加約束，提取前200階模態結果；
3. 得到抗震分析的結果，根據相關標準進行強度校核。
1.2背景與目的
項目背景
地震監測系統機柜屬于進口設備，屬于核電抗震二級設備，缺乏相關的抗震分析報告，不能直接應用到工程實際當中。
項目目的
1. 對機柜系統進行抗震分析，并給出分析報告；
2. 對實際的機柜結構改進給出意見；
3. 為后續機柜抗震試驗的加速度傳感器安裝位置提供建議
展開 
歐特克AU中國大師匯制造業分會場，期待您的參與
13日上午的主會場主題演講之數字化整合驅動創新-PrDS及Autodesk Vault在核電設備的協同應用，屆時會有微博直播及視頻直播哦，不能到現場的筒子們也可以觀看！
在13日上午的主會場主題演講結束后，13日下午13:30-17:00將舉行制造行業大師論壇的日程安排，看看哪些是你的最愛~
以下為制造行業的嘉賓們，期待他們14號的精彩演講，準備好你的問題和你的記錄工具，走起！
在這里，你可以遇見微博上的達人，論壇上的大神，行業內的前輩，領域內的大師，摩拳擦掌，整裝待發，讓我們一起相聚在無與倫比的歐特克AU中國大師匯制造行業分會場吧，期待各種面對面的交流及探討。
我國首套軍民融合核電“神經中樞”問世
而且，該系統還將用于后續“華龍一號”等核電項目。
DCS即分布式控制系統，廣泛應用于石油、化工、燃煤發電等現代工業生產領域，相當于“神經中樞”，控制工業生產運行。
據介紹，“龍鱗”系統目前已通過各種復雜工況下的可靠性測試，信號誤碼率由行業通行標準的10-10進一步降至10-11。今年9月1日，“龍鱗”系統安全級顯示單元正式通過中國核能行業協會組織的專家鑒定，總體技術達到國內先進水平，部分關鍵技術指標實現了國際領先。
在核動力院“龍鱗”系統生產現場，一排排看似普通藍色的機柜內部卻內藏玄機：機箱中整齊搭載著“龍鱗”系統的基礎板卡，端口位置與線路走向設計簡潔、互不干擾，就連機柜外殼的安裝與結構，都融入了針對性的設計——“龍鱗”系統必須在軟件、硬件、系統集成各方面均實現穩定安全，才能確保核電設備運行可靠。
為了驗證產品的可靠性，“龍鱗”系統經歷了包括環境試驗、電磁兼容試驗、抗震試驗、長期穩定性試驗等一系列嚴格的鑒定試驗，以保證在預期的合格壽期內不存在因設計、制造缺陷，或因儲存、運輸、安裝、調試及使用不當等原因造成的缺陷或失效。
今年6月21日，來自國內核電安全相關部門的“考官”齊聚核動力院核級設備鑒定中心，見證“龍鱗”系統模擬件機柜成功通過地震試驗。
2013年，核動力院正式開始“龍鱗”系統的設計工作。五年多來，項目團隊要利用原先軍用項目積累的相關基礎與技術儲備，通過自主研發，將技術轉化為一個符合國際最高標準的核級DCS產品，并且要通過國家核安全局、國防科工局的雙重審查，建設之初面臨巨大壓力。
作為我國唯一集核反應堆工程研究、設計、試驗、運行和小批量生產為一體的大型綜合性科研基地，核動力院的優勢隨著“龍鱗”系統的研發逐漸體現出來。
展開 國內外核能發展現狀以及前景
《規劃》提出，我國的核電發展指導思想和方針是：統一技術路線，注重安全性和經濟性，堅持以我為主，中外合作，通過引進國外先進技術，進行消化、吸收和再創新，實現核電站工程設計、設備制造和工程建設與運營管理的自主化，形成批量建設中國自主品牌大型先進壓水堆核電站的綜合能力。發展目標是：到2020年，核電運行裝機容量爭取達到4000萬千瓦，并有1800萬千瓦在建項目結轉到2020年以后續建。核電占全部電力裝機容量的比重從現在的不到2%提高到4%，核電年發電量達到2600～2800億千瓦時。
《規劃》要求，到2020年，在引進、消化和吸收新一代百萬千瓦級壓水堆核電站工程設計和設備制造技術的基礎上，進行再創新，實現自主化，全面掌握先進壓水堆核電技術，培育國產化能力，形成較大規模批量化建設中國品牌核電站的能力。對于核電廠址的選擇和保護，要根據核電廠址的要求、依照核電發展規劃，嚴格復核審定，按照核電發展的要求陸續開展工作。各地區各部門應合理安排核電項目和進度，確保我國核電工業健康有序地發展。
為了確保規劃內容的順利實施，《規劃》提出了如下保障措施和政策安排：核電企業要按照社會主義市場經濟的總體要求，建立健全現代產權制度，規范企業法人治理結構，推進體制改革和機制創新；將核電設備制造和關鍵技術納入國家重大裝備國產化規劃，形成設備的成套能力；依法強化政府核電安全監督工作，加強安全執法和監管；加強核應急系統建設，制定事故預防和處理措施，建立并保持對輻射危害的有效防御體系；建立和完善核電專業化運行與技術服務體系，全面提高核電站的安全、穩定運行水平；大力加強各類人才的培養工作，提高待遇，做好人才儲備；對國家確定的核電自主化依托項目和國內承擔核電設備制造任務的企業實行稅收優惠及投資優惠政策。
目前，《規劃》的部分內容已經啟動實施，各地區各部門正在按計劃開展工作。
展開 田灣核電5號機組反應堆壓力容器發運
同時，也對設備的設計、制造提出了更高的要求，反應堆壓力容器作為核電站核心部分——反應堆冷卻劑系統中最重要的設備之一，是核電站唯一不可更換的主設備，具有“設計要求高、加工難度大、制造周期長”的顯著特點，其制造質量對核電站的安全和穩定運行至關重要。
截止目前，核動力院已成功交付反應堆壓力容器設備11臺，總重近3500噸。在后續項目中，核動力院將攜手中國核電工程有限公司和各方業主一道，與各設備制造廠繼續并肩戰斗，砥礪前行，面向未來，續寫核電設備采購新的華彩篇章。
