折叠式碘吸附器制造的质量控制

1、Radiation Protection2005 年 7 月J uly 2005折叠式碘吸附器制造的质量控制郭创成 刘群王瑞云高小梅吴涛侯建荣丘丹圭柳兆峰(中国辐射防护研究院 ,太原 ,030006)摘 要 碘吸附器是核设施通风系统中用来去除气载放射性碘的重要设备 ,为保证其制造质量 ,必须建立有效的质量管理体系和严格的质量控制措施 。本文重点介绍了折叠式碘吸附器制造中对关键工艺采 取的质量控制措施 。通过对关键制造工艺的质量控制 , 保证了碘吸附器的质量 , 产品优良率达到9715 % 。关键词 碘吸附器 制造 质量控制本要求 ,编制了碘吸附器制造质量保证大纲 (以下简称质保大纲) 。质保大

2、纲共分十三章 ,分别 从人员职责 、文件控制 、设计 、采购 、物项控制 、 工艺过程 、检查和试验 、不符合项 、纠正措施 、记 录 、监察等涉及碘吸附器制造的各个环节做了 明确规定 。在实际生产中要求严格有效地执行 质保大纲的规定 ,从各个方面来保证产品的制 造质量 。为了使质保大纲的规定在碘吸附器的生产 实践中得到有效的贯彻实施 ,针对碘吸附器生 产的各个环节 ,制定了 14 个相应的程序文件 , 供生产过程中工作人员执行 ,文件清单列于表1 。这些程序文件规定了详细的遵循标准和操 作依据 ,从而可以尽量减少人为因素对碘吸附器制造质量的影响 。1 前言在核电站等核设施排出的废气中 ,尤其

3、是 在事故情况下 ,放射性碘是需要重点去除的放 射性物质之一 。因此 ,在核设施排风系统中均 需安装用于去除放射性碘的吸附器 。为了满足 这种需要 ,中国辐射防护研究院 (以下简称中辐院) 开发生产了 XZ21200 型折叠式碘吸附器1 。 从 1998 年起 ,已先后为秦山二期核电站 、广东 岭澳核电站 、清华大学核能设计研究院等核设 施供货 243 台 , 使用状况良好 , 替代了进口产 品 。碘吸附器的性能通常用去污因子 ( Decon2 tamination Factor ,简称 D F) 来衡量 ,它表示净化 前后空气中放射性碘的浓度之比 。由于碘吸附 器的特殊用途 ,其性能质量倍受

4、人们的关注 ,因 此要求生产单位必须按照有关的技术要求 ,建立完善的制造工艺以及与之相配套的有效的质 量管理体系 ,通过事先的 、系统的 、程序化的管 理和全过程的质量控制来确保碘吸附器的质 量 。本文着重介绍折叠式碘吸附器制造过程中 的质量控制措施 。3碘吸附器制造工艺通过多年的反复实践及经验总结 ,碘吸附 器的制造工艺经三次大的改进现已确定下来 , 工艺流程图及五道分工艺流程图分别示于图 1图 6 。在碘吸附器制造的各道工序中 ,容易对最 终性能指标产生影响的工序有壳体加工 、活性 炭浸渍和活性炭装填 。涉及这三道工序的具体2碘吸附器制造质量保证大纲为了对碘吸附器制造的全过程进行有效的 管

5、理 ,按照核电厂质量保证安全规定2 的基第一作者简介 :郭创成 ,男 ,1967 年 4 月出生 ,1989 年毕业于兰州大学现代物理系放射化学专业 ,副研究员。·245 ·郭创成等 :折叠式碘吸附器制造的质量控制因素示于图 7 。在图 7 所示的诸因素中 , 用星号标记的因素相对较难控制 ,且对碘吸附器产 品性能的影响也较大 ,因此在实际生产中 ,必须重点对这些工艺点加强控制 。下面就关键工艺点的质量控制分别进行介绍 。表 1 折叠式碘吸附器生产程序文件汇总表1) Tab. 1 List of procedural documents for pleated iodine

6、 trap manufacturing 序号文件名文件编号用途Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 1·2HG·21·01碘吸附器制造工艺流程规定了碘吸附器的制造工艺流程1适用于碘吸附器壳体制作、活性炭浸渍、活性炭装填、整机检验等各个环节中原材料、零部件、半成品、成品的状 态标识和唯一性标识Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 3·2HG·21·02碘吸附器标识控制程序2Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 1·2HG·21&

7、#183;063碘吸附器活性炭浸渍操作规程适用于碘吸附器活性炭的浸渍生产过程Q/ DS·ZY·C·8 . 2 . 4·2HG·21·154核级活性炭物理性能指标规定了核级活性炭的各项物理性能指标核级活性炭试验方法 水分的测定Q/ DS·ZY·B·8 . 2 . 4·2HG·21·175规定了核级活性炭水分含量的测定方法核级活性炭试验方法 131 I/ 125 I标记甲基碘气体的制备程序Q/ DS·ZY·C·7 . 5 . 1·2HG&#

8、183;21·10规定了核级活性炭性能试验时甲基碘气体的制备程序6131 I/ 125 I 标记甲基碘气体质量浓 度标定程序Q/ DS·ZY·C·7 . 5 . 1·2HG·21·07131 1257规定了 I/ I 标记甲基碘气体质量浓度的标定程序核级活性炭试验方法 去除甲基碘性能的测定Q/ DS·ZY·C·8 . 2 . 4·2HG·21·08规定了核级活性炭去除甲基碘性能的测定方法8Q/ DS·ZY·B·8. 2 . 4·

9、;2HG·21·09适用于测定核级活性炭去除甲基碘性能时活性炭放射性活度的测量活性炭放射性测量程序9Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 1·2HG·21·05碘吸附器装炭操作规程规定了碘吸附器活性炭的装填程序10Q/ DS·ZY·C·8 . 2 . 4·2HG·21·04对碘吸附器生产时原材料和生产过程的检验和试验及最终检验和试验作了规定11碘吸附器检验和试验控制程序Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 1·2HG

10、·21·13131 I 放射源的配制13112规定了碘吸附器检验时 I 放射源的配制程序Q/ DS·ZY·B·8 . 2 . 4·2HG·21·11碘吸附器整机性能试验规程对碘吸附器整机性能试验的程序作了规定13Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 5·2HG·21·03碘吸附器搬运、存放、包装程序对碘吸附器的搬运、存放、包装过程作了规定141) 表中所列程序文件均为 C 层次质量体系文件。图 1 碘吸附器生产工艺流程图Fig. 1 Process cha

11、rt of iodine traps·246·辐射防护第 25 卷第 4 期图 2 活性炭浸渍工艺流程图Fig. 2 Process chart of impregnating of active carbon图 3 装炭工艺流程图Fig. 3 Process chart of loading active carbon图 4 整机检验工艺流程图Fig. 4 Process chart of iodine traps test·247·郭创成等 :折叠式碘吸附器制造的质量控制图 5 碘吸附器成品包装工艺流程图Fig. 5 Process chart of

12、 packaging iodine traps图 6 碘吸附器壳体加工工艺流程图Fig. 6 Process chart of manufacturing iodine trap shell加整平工艺 ,大大提高了筛板的平整度 ,提高了炭床厚度的均匀性 。4 . 2 壳体喷漆工艺的控制折叠式碘吸附器壳体通常采用炭钢材质 , 在运行环境中可能受到辐照 、高温及腐蚀性气 体腐蚀 ,因此要求喷涂的漆层应耐辐照 、耐高温 及耐腐蚀 ,且漆层表面光滑 ,易于去污 。实际喷 涂时 ,除要求严格按试验确定的工艺条件喷涂 外 ,在油漆品种上选用了质量优良的核电站专 用油漆 ,使漆层的上述性能得以保证 。4 .

13、 3 活性炭粒径分布控制选择活性炭粒度应综合考虑筛板孔径大 小 、吸附效率和阻力等因素 。通常 ,随着活性炭粒径变小 , 吸附效率增大 , 但同时过滤阻力增加 。当筛板孔径确定后 ,活性炭的最小粒径便 确定 。由于采用了较厚的筛板 ,筛板的孔径可以较大 ,而不影响筛板的强度 ,因此提高了活性 炭粒径的下限 。实际确定粒径的原则是在效率 能满足要求的前提下 ,尽量选择粒径较大的活性炭 , 碘 吸 附 器 的 运 行 阻 力 可 平 均 下 降 5 mmH2O 。4 . 4 装炭工艺中振动时间及装炭高度控制4 关键工艺点的质量控制4. 1 壳体加工中关键尺寸的控制壳体的关键尺寸包括 :外形尺寸 、

14、密封端面 平面度 、炭床厚度及筛板与壳体之间的间隙等 。由于碘吸附器要安装在固定的排架上 ,与排架 间的密封要良好 ,因此外形尺寸 、密封端面平面度必须控制在设计要求的公差范围内 ,否则将 给安装造成困难 , 且难以保证良好的密封性 。炭床厚度也必须保持均匀 ,否则会造成气流在 整个炭床层面上速度不均匀 ,影响碘吸附器的 性能 。筛板与壳体之间的间隙应小于 1 mm ,否 则容易造成气流短路 ,引起碘吸附器去污效率1E ( 指除碘效率 , 与 D F 关系为 : E = 1 -) 下D F降 。在不使用模具的情况下 ,上述关键尺寸不易控制 ,容易超差 。因此 ,在不大量增加制造成 本的情况下

15、,尽量采用模具加工各部件 。目前 , V 形筛板 、盖板 、支撑板 、压块 外壳等部件采用模具加工 ,共用模具 11 套 ,壳体框架和压块焊 接时使用工装 。这样 ,部件加工尺寸的稳定性 大大提高 。为提高炭床厚度的均匀性 ,在不降 低开孔率的前提下 ,采用尽可能厚的筛板 ,并增·248·辐射防护第 25 卷第 4 期图 7 影响碘吸附器性能的因素及需重点控制的工艺点Factors affecting performances of iodine traps and key controlled point in the technological processFig.

16、7实验室的小型试验和生产实践均已证实 ,装填不密实 、装炭量不足引起的机械泄漏是造成碘吸附器去污效率不高的重要原因 。因此 ,在装炭工艺中 ,除了严格控制振动频率 、振幅和·249 ·郭创成等 :折叠式碘吸附器制造的质量控制振动时间外 ,合适的装炭高度是保证碘吸附器成品气流不短路 ,从而保证碘吸附器去污效率 的重要因素 。通过反复实践发现 ,当装填振动 完成后 ,用适当的工艺控制好炭层顶面到筛板 顶部的距离 ,亦即为密封垫预留合适的安装高度 ,可有效避免成品碘吸附器的机械泄漏 。4. 5 密封垫的材料性能及尺寸控制密封垫选用耐辐照、耐高温且具有规定强 度的特种橡胶制成 。实

17、践中发现 ,密封垫尺寸 的大小是造成碘吸附器气流短路的重要原因 ,当密封垫过大或过小时 ,密封垫压盖安装后均 会出现短路通道 ,剪裁时应控制密封垫的尺寸 为 01 mm 的正偏差 。新制的密封垫放置一段 时间后会出现一定程度的收缩 ,因此新购置的 密封垫要放置一段时间 ,经自然收缩后再使用 。4. 6 密封胶封涂状况控制除了壳体关键处需用密封胶封涂以外 ,在 装炭加垫后为了防止密封垫与壳体接触处存在 微小泄漏 ,需要涂抹密封胶 ,严格认真做好这道 工序 ,也是避免成品出现机械泄漏的重要步骤之一 。5 . 2 防锈漆喷涂状况壳体原先喷涂普通防锈漆 ,表面光洁度不 好 ,更换为核电站专用油漆后 ,

18、改善了漆层的耐 辐照 、耐腐蚀性能 ,表面光洁度明显提高 。5 . 3 活性炭粒径经多次试验 ,在满足核级活性炭物理性能 指标的情况下 ,适当增加粒径后 ,吸附器的去污 效率仍保持在 0 . 999 以上 ,但阻力变小了 ,而增 大筛板孔径也可使阻力下降 。总的效果是阻力 下降了约 5 mmH2O ,而去污效率未见明显下降 。5 . 4 装炭高度通过控制装炭高度 ,使由于装炭高度不合 适而造成的碘吸附器去污因子 D F 下降得以控 制 。如在对原制造工艺条件下生产出的两台去 污因子 D F 小于 1 000 ( 不合格) 的碘吸附器进行原因查找时发现 ,只是将这两台不合格产品 的炭层填充到某一

19、特定高度 ,重新做性能试验 , 去污因子 D F 均大于 2 000 。在以后的生产中 , 按此装炭高度控制 ,未再出现由于此原因而造 成的不合格品 。5 . 5 密封垫尺寸及封胶状况曾出现过 3 台碘吸附器由于密封垫尺寸不 合适或封胶不好而使去污因子 D F 低于或接近 规定值 。更换密封垫或重新封胶后 ,再试验时 全部合格 。以后要求装垫前先检查垫子的尺寸 ,尺寸不合适的垫子不使用 ;封胶时要求全部 边缘均涂胶 ,此后未再出现由于此原因而造成 的不合格品 。5 加强关键工艺质量控制的效果分析5. 1 关键尺寸经改进制造工艺并加强工艺的质量控制 后 ,各关键尺寸的稳定性及尺寸偏差均有明显 的

20、改善 。如按设计要求 ,炭床筛板成型后的偏差应为“0 - 3 . 2 mm”, 但第一批壳体加工后 有部分出现了正偏差 , 最大正偏差为“ + 110 mm”。增加模具后此偏差得以控制 。炭床厚度 也曾出现过达不到设计值 ( 50 mm) 的情况 , 最小炭床厚度为 48 . 5 mm ,改进筛板并增加整平工艺后 ,炭床厚度得到较好控制 。6质量控制的总体效果在碘吸附器的生产中 , 按去污因子 D F 的 大小 ,将碘吸附器分为不合格 、及格 、良好和优良四个档次 ,其对应关系列于表 2 。表 2 碘吸附器去污因子 D F 与质量分级的对应关系Corresponding relationshi

21、p of scrubbing coefficiency of iodine trap and its quality gradeTab. 2DF 区间1000 DF < 20002000 DF < 1000010000< 1000质量分级不合格及格良好优良在碘吸附器制造过程中 ,由于加强了全过程的质量管理和控制 ,特别是对关键工艺 ,通过 多次实践 ,确定了合理的工艺条件和参数 ,并制定了严格的操作规程 ,从而使碘吸附器产品的质量越来越稳定可靠 。在已生产的 243 台碘吸 附器中 ,有 116 台和 121 台分别达到了良好和·250 ·辐射防护第 25

22、 卷 第 4 期优良标准 , 两者之和占到产品总数的 97 . 5 % 。不仅如此 ,有些用户曾对碘吸附器质量提出更 加严格的要求 。如某核电站根据他们系统的特 殊情况 ,提出更加严格的条件 。即要求在气流相对湿度 ( RH) 70 %的条件下进行测试 ,碘吸 附器性能指标仍必须达到 D F 1 000 。而按照 标准 ,性能试验应在 RH 40 %的条件下进行 。 由于碘吸附器的吸附效率受相对湿度的影响很 大 ,相对湿度越大 ,吸附效率越低3 ,在高的相 对湿度下进行试验 ,是对碘吸附器的性能提出了更高的要求 。试验结果证明 ,按照常规要求 所生产的 11 台碘吸附器在此试验条件下仍能 满足

23、规定的性能指标 。在为另一核电站生产碘 吸附器时 ,由于其工程进度推迟 ,实际交货日期 比原计划推迟了近三年 。国内外资料和试验都显示 ,随着放置时间的延长 ,活性炭的吸附性能 由于自然老化而缓慢下降 。但用户提出对已储 存近三年的碘吸附器随机抽取 10 %重新做性 能试验 ,结果所有重复试验的碘吸附器去污效 率均满足要求 ,这说明所生产的碘吸附器抗老化性能良好 。通过多年的实践 ,针对折叠式碘吸附器的 制造 ,中辐院建立了一套较为完整的质量保证体系和制造工艺 ,使产品质量稳步提高 ,取得了很好的社会和经济效益 。但是 ,注意经验积累 , 持续改进制造工艺 ,不断提高产品质量才是现 代质量保证

24、体系的更高追求目标4 。在碘吸附 器生产实践中 ,我们也深刻地体会到这一点 ,从而促使我们无论从管理方面还是技术方面不懈 努力去保证产品的质量持续稳定提高。在管理 方面要严格认真按质量体系要求开展工作 ;在技 术方面 ,对制造过程中遇到的各种问题加以仔细 分析、在认真解决问题的过程中不断总结经验 ,不断提高产品质量。只有这样 ,才能把握质量趋 势 ,使碘吸附器产品质量更高、性能更好。参考文献中国辐射防护研究院标准. 核级折叠式碘吸附器.Q/ DS. J 300822000. 中国辐射防护研究院内部资料.未发表 ,2000中华人民共和国核安全法规. 核电厂质量保证安全 规定. HAF0400 (91) . 北京 :中国法制出版社 ,1992 美国试验和材料协会. ASTM Designation : D3803291 ( Reapproved 1998) Standard Test Method for Nuclear2Grade Activated Carbon. 1998 中华人民共和国国家标准. 质量管理体系