核电站控制棒驱动机构驱动杆组件锁紧销安装质量管理案例分析与回顾

周卫国

(国核工程有限公司，上海 200233)

某核电站控制棒驱动机构(Control Rod Drive Mechanism，简称CRDM)基本上和传统的压水堆相同，采用磁力提升、步进式的工作原理，也是由承压壳部件、钩爪部件、磁轭线圈部件和驱动杆部件等组成(如图1、图2、图3所示)[1]。控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统中重要的伺服机构，它所驱动的控制棒组件是快速调节反应性变化的重要部件[2]。正常及事故工况下的动作可靠性和承压部件结构完整性，直接关系到整个核电站的安全运行；反应堆堆本体设备中唯一的能动设备，一个集多学科于一体的复杂设备。它是核反应堆的重要动作部件，也是直接影响反应堆正常运行和安全可靠的关键设备之一[3]。

图1 控制棒驱动机构简图Fig.1 One type of control rod drive mechanism

图2 控制棒驱动机构部件-AFig.2 Sub-assembly of control rod drive mechanism-A

图3 控制棒驱动机构部件-BFig.3 Sub-assembly of control rod drive mechanism-B

通过磁力驱动钩爪组件运动来带动驱动杆组件上下运动，从而实现控制棒组件的提升、下插以及紧急停堆功能,如图4所示。驱动杆组件在反应堆运行过程中起着非常重要的作用，是带动控制棒组件上下运动的载体，运行中失效将无法对控制棒组件进行操作。驱动杆部件位于驱动机构中心位置，驱动杆部件由驱动杆、拆卸钮、锁紧弹簧、锁紧螺母等零件组件(如图5所示)[4]。而拆卸钮则是在驱动杆装拆工具作用下，实现驱动杆组件与控制棒组件解锁和连锁的关键；同时若驱动杆组件部分解体或零部件脱落，将一定程度影响电站的安全运行。详细情况如图6所示。

图4 驱动杆组件和控制棒组件Fig.4 Drive rod assembly and rod control assembly

图5 驱动杆组件Fig.5 Drive rod assembly

1 案例概述

发运到现场的驱动杆组件未进行铆操作(Stake)来锁紧拆卸钮上的锁紧销。事情经过如下：

某控制棒驱动机构由国内供应商制造，制造难度大，完全按照ASME规范[5]、ASME NQA-1[6]质保体系、ASME Y14.5M-1994[7]尺寸公差制造。2014年9月初，制造厂对驱动杆组件图纸上 “Staked at assembly”怎么理解，第一次向设计方发澄清单，设计方答复”在芯杆上钻孔”，总包方通过信函传递给制造厂；2015年5月某机组控制棒驱动机构驱动杆组件准备开始装配，对于图纸上“staked at assembly”怎么操作，驻厂监造人员再次和制造厂沟通，厂家告知只需将锁紧销装入即可，不须进行任何后续操作。

基于制造厂答复及对后续运行安全性的顾虑，驻厂质量管理人员调研了其他堆型以及国外同类型设备制造厂，得出如此安装后续运行中失效风险大；同时查阅相关研究得知相关设计要求为控制棒驱动机构带动控制棒组件的运动速度应满足反应堆控制和保护系统的要求，应具有连续运转的能力[8]；驱动杆组件因锁紧销失效导致零部件散开风险较高[9]；二代改进型反应堆堆型大多都是通过对锁紧销进行焊接来防止后续运行失效，收集素材后，驻厂监造人员将相关信息反馈给技术支持部门，随后给设计方发第二次澄清单， 5月底设计方答复“供应商理解是正确的，锁紧销只需要过盈安装，不需要后续任何锁紧动作例如焊接或者铆”； 5月底开始组装国内驱动杆组件，并严格安装设计方的第二份澄清单回复执行。6月底前驱动杆组件发运，发运到现场的驱动杆组件未进行铆操作(Stake)。

2015年7月，在国内执行项目驻厂质量管理人员被派驻美国某工厂执行控制棒驱动机构的监造工作，美国工厂是美国本土项目的控制棒驱动机构供应商，在控制棒驱动机构制造方面有着良好的供货业绩。在美制造的另一核电项目CRDM驱动杆组件还处于零部件状态。到工厂后驻厂监造人员很是担忧并且怀疑由国内供应商制造并发运的驱动杆组件是否存在问题，个人抱着质疑的工作态度，第一时间与工厂的工程师进行了沟通，初步得知工厂打算在控制棒驱动机构上执行锁紧销过盈安装后并执行破坏性锁紧(铆)，并得知美国工厂为国内某项目供货的驱动杆组件进行了铆操作。利用工厂与设计人员沟通的便利性开始了与设计团队进行沟通，得到设计方CRDM设计主任工程师答复锁紧销过盈安装后仍须需要铆(stake)。有了设计方设计团队意见后，驻美质量管理人员第一时间将该工厂及设计方设计部门的意见向国内反馈；控制棒驱动机构设计方回复的两份可能有问题，已发运的驱动杆组件未进行铆操作(Stake)。质量部门将该事情来龙去脉查清后，及时将该事件反馈给技术支持部门，技术部门向设计方发送了第三份澄清单，并附上了美国工厂转发给驻厂人员有关设计方设计部门意见，8月设计方正式回复了第三份澄清单，明确第二份澄清单回复错误，并给出了推荐的安装锁紧销及破坏性锁紧操作步骤(铆)。用锤子和工具轻轻的敲击销子中心使销子变形，然后再轻轻的敲击2处孔的外侧，避免敲击到孔的边缘以免引起裂纹。具体如图7所示。

图7 推荐的铆操作Fig.7 Recommend staking operation

得到设计方的正式回复后，总包方立即对国内项目控制棒驱动机构进行了排查，并对不满足设计要求的物项按质保流程进行了处理。

2 事情反思与后续处理

已发运的控制棒驱动杆组件拆卸钮锁紧销过盈安装后未安装图纸及规范要求进行铆操作(Stake)。违反了控制棒驱动机构制造规范要求和图纸要求。

总包方已按质量保证程序开启了不符合项对已发运物项进行了处理，在现场进行驱动杆组件安装之前进行了返工处理。

该事件通过三个澄清单并且前两个澄清单回复错误，来来回回与国内供应商、国外供应商以及设计方多次涉及到三个项目之间多次沟通，成功及时发现该质量问题，由于在现场驱动杆组件安装之前及时发现，成功避免了一场重大质量事故风险。

3 原因分析

3.1 直接原因

制造厂对上游技术理解错误且质疑态度不够，未进一步向设计方咨询澄清，导致已发运的驱动组件未执行锁紧销安装后未进行铆(Stake)操作。

3.2 根本原因

供应商对设计方技术文件图纸消化吸收不彻底。设计方的图纸说明不清晰，关键工艺环节不明确，缺少必要的详细描述。设计方前两份澄清单回复错误。

4 经验反馈

督促设计方对澄清单回复错误进行根本原因分析并排查是否有类似文件回复问题；督促供应商加强上游设计文件图纸消化吸收工作。

监造作为设备质量控制的关键环节，主要目标是预防和减少设备制造过程中的质量问题，使设备制造处于可控状态[10]。质量管理人员应对设计方发布的设计文件抱有质疑态度，培育优良的核安全文化，该事件通过三个设计澄清单，终于得到正确答案，足以证明拥有质疑态度的重要性；如未建立质疑的工作态度，该问题不可能及时发现，后续反应堆运行中存在巨大安全隐患；倡导对安全问题严谨质疑的态度是核安全文化的重要方面。遵循核安全文化政策声明中的八大方面进行核安全文化培育，从而达到维护公众健康和环境安全的最终目标。

该事件成功的将国外制造厂质量管理经验反馈到国内项目设备制造上，高效沟通，加强不同项目间同类设备经验反馈与交流，分级有重点的监造[11]，提高核岛主设备监管能力与水平。

5 结论与启示

在后续项目机组控制棒驱动机构及其他核电设备制造质量管理过程中，严格按照中华人民共和国核安全法[12]、500号令[13]、HAF003[14]和HAF604[15]的要求开展民用核电设备质量监督工作。质量管理人员应对于连接件部位应特别关注图纸特殊要求，不放过一个字眼，防止同类事件再次发生；在设备质量监造过程应抱有质疑态度和执着精神，坚持原则，不放过一丝小细节，培育优良的核安全文化；高效沟通，加强不同项目间同类设备经验反馈与交流，相互借鉴，提高核岛主设备质量管理水平，确保核电站安全运行。

[1] 孙汉虹．第三代核电技术AP1000[M]．北京: 中国电力出版社, 2009.

[2]兰银辉，孙广，尤磊，等. CPR1000、AP1000和EPR控制棒驱动机构及材料差异分析[J].热处理技术与装备，2013，34 (4):35-40.

[3]周洁.核反应堆控制棒驱动机构的结构及制造[J].装备机械，2010(4):32-35.

[4]杨平汉.压水堆控制棒驱动机构的结构设计与制造[J].装备机械，2014(2):20-26.

[5]The American Society of Mechanical Engineers. ASME B&PV Code, 1998 Edition with 1999 and 2000 Addenda[S]. New York：ASME，2000

[6]The American Society of Mechanical Engineers. ASME NQA-1-1994 Quality Assurance Program Requirements for Nuclear Facilities[S]. New York：ASME，1994.

[7]The American Society of Mechanical Engineers. ASME Y14.5M-1994-Dimensioning and Tolerancing[S]. New York：ASME，1994.

[8]李红鹰.秦山核电二期工程反应堆控制棒驱动机构设计[J].核动力工程，2003，24(S1):161-164.

[9]杨平汉.压水堆控制棒驱动机构失效模式和影响分析[J].上海电气技术，2014，7(2): 52-57+62.

[10]鲁艳萍.加强分供商监造管理—AP1000控制棒驱动机构设备制造案例[J].上海质量，2014(3):62-64.

[11]陈教超，邓盛铁.AP1000核电厂设备监造分级分析[J].发电设备，2014，28(6):424-427.

[12]中华人民共和国核安全法编委会.中华人民共和国核安全法[S]. 北京：中国民主法制出版社，2017.

[13]中华人民共和国国务院.国务院500号令 民用核安全设备监督管理条例[S]. 北京：中国法制出版社，2007.

[14]国家核安全局.HAF003 核电厂质量保证安全规定[S].北京：国家核安全局，1991.

[15]国家核安全局.HAF604-进口民用核安全设备监督管理规定[S]. 北京：国家核安全局，2007.