折疊式碘吸附器制造的質(zhì)量控制

1、Radiation Protection2005 年 7 月J uly 2005折疊式碘吸附器制造的質(zhì)量控制郭創(chuàng)成 劉群王瑞云高小梅吳濤侯建榮丘丹圭柳兆峰(中國輻射防護研究院 ,太原 ,030006)摘 要 碘吸附器是核設(shè)施通風系統(tǒng)中用來去除氣載放射性碘的重要設(shè)備 ,為保證其制造質(zhì)量 ,必須建立有效的質(zhì)量管理體系和嚴格的質(zhì)量控制措施 。本文重點介紹了折疊式碘吸附器制造中對關(guān)鍵工藝采 取的質(zhì)量控制措施 。通過對關(guān)鍵制造工藝的質(zhì)量控制 , 保證了碘吸附器的質(zhì)量 , 產(chǎn)品優(yōu)良率達到9715 % 。關(guān)鍵詞 碘吸附器 制造 質(zhì)量控制本要求 ,編制了碘吸附器制造質(zhì)量保證大綱 (以下簡稱質(zhì)保大綱) 。質(zhì)保大

2、綱共分十三章 ,分別 從人員職責 、文件控制 、設(shè)計 、采購 、物項控制 、 工藝過程 、檢查和試驗 、不符合項 、糾正措施 、記 錄 、監(jiān)察等涉及碘吸附器制造的各個環(huán)節(jié)做了 明確規(guī)定 。在實際生產(chǎn)中要求嚴格有效地執(zhí)行 質(zhì)保大綱的規(guī)定 ,從各個方面來保證產(chǎn)品的制 造質(zhì)量 。為了使質(zhì)保大綱的規(guī)定在碘吸附器的生產(chǎn) 實踐中得到有效的貫徹實施 ,針對碘吸附器生 產(chǎn)的各個環(huán)節(jié) ,制定了 14 個相應(yīng)的程序文件 , 供生產(chǎn)過程中工作人員執(zhí)行 ,文件清單列于表1 。這些程序文件規(guī)定了詳細的遵循標準和操 作依據(jù) ,從而可以盡量減少人為因素對碘吸附器制造質(zhì)量的影響 。1 前言在核電站等核設(shè)施排出的廢氣中 ,尤其

3、是 在事故情況下 ,放射性碘是需要重點去除的放 射性物質(zhì)之一 。因此 ,在核設(shè)施排風系統(tǒng)中均 需安裝用于去除放射性碘的吸附器 。為了滿足 這種需要 ,中國輻射防護研究院 (以下簡稱中輻院) 開發(fā)生產(chǎn)了 XZ21200 型折疊式碘吸附器1 。 從 1998 年起 ,已先后為秦山二期核電站 、廣東 嶺澳核電站 、清華大學核能設(shè)計研究院等核設(shè) 施供貨 243 臺 , 使用狀況良好 , 替代了進口產(chǎn) 品 。碘吸附器的性能通常用去污因子 ( Decon2 tamination Factor ,簡稱 D F) 來衡量 ,它表示凈化 前后空氣中放射性碘的濃度之比 。由于碘吸附 器的特殊用途 ,其性能質(zhì)量倍受

4、人們的關(guān)注 ,因 此要求生產(chǎn)單位必須按照有關(guān)的技術(shù)要求 ,建立完善的制造工藝以及與之相配套的有效的質(zhì) 量管理體系 ,通過事先的 、系統(tǒng)的 、程序化的管 理和全過程的質(zhì)量控制來確保碘吸附器的質(zhì) 量 。本文著重介紹折疊式碘吸附器制造過程中 的質(zhì)量控制措施 。3碘吸附器制造工藝通過多年的反復(fù)實踐及經(jīng)驗總結(jié) ,碘吸附 器的制造工藝經(jīng)三次大的改進現(xiàn)已確定下來 , 工藝流程圖及五道分工藝流程圖分別示于圖 1圖 6 。在碘吸附器制造的各道工序中 ,容易對最 終性能指標產(chǎn)生影響的工序有殼體加工 、活性 炭浸漬和活性炭裝填 。涉及這三道工序的具體2碘吸附器制造質(zhì)量保證大綱為了對碘吸附器制造的全過程進行有效的 管

5、理 ,按照核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定2 的基第一作者簡介 :郭創(chuàng)成 ,男 ,1967 年 4 月出生 ,1989 年畢業(yè)于蘭州大學現(xiàn)代物理系放射化學專業(yè) ,副研究員。·245 ·郭創(chuàng)成等 :折疊式碘吸附器制造的質(zhì)量控制因素示于圖 7 。在圖 7 所示的諸因素中 , 用星號標記的因素相對較難控制 ,且對碘吸附器產(chǎn) 品性能的影響也較大 ,因此在實際生產(chǎn)中 ,必須重點對這些工藝點加強控制 。下面就關(guān)鍵工藝點的質(zhì)量控制分別進行介紹 。表 1 折疊式碘吸附器生產(chǎn)程序文件匯總表1) Tab. 1 List of procedural documents for pleated iodine

6、 trap manufacturing 序號文件名文件編號用途Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 1·2HG·21·01碘吸附器制造工藝流程規(guī)定了碘吸附器的制造工藝流程1適用于碘吸附器殼體制作、活性炭浸漬、活性炭裝填、整機檢驗等各個環(huán)節(jié)中原材料、零部件、半成品、成品的狀 態(tài)標識和唯一性標識Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 3·2HG·21·02碘吸附器標識控制程序2Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 1·2HG·21&

7、#183;063碘吸附器活性炭浸漬操作規(guī)程適用于碘吸附器活性炭的浸漬生產(chǎn)過程Q/ DS·ZY·C·8 . 2 . 4·2HG·21·154核級活性炭物理性能指標規(guī)定了核級活性炭的各項物理性能指標核級活性炭試驗方法 水分的測定Q/ DS·ZY·B·8 . 2 . 4·2HG·21·175規(guī)定了核級活性炭水分含量的測定方法核級活性炭試驗方法 131 I/ 125 I標記甲基碘氣體的制備程序Q/ DS·ZY·C·7 . 5 . 1·2HG&#

8、183;21·10規(guī)定了核級活性炭性能試驗時甲基碘氣體的制備程序6131 I/ 125 I 標記甲基碘氣體質(zhì)量濃 度標定程序Q/ DS·ZY·C·7 . 5 . 1·2HG·21·07131 1257規(guī)定了 I/ I 標記甲基碘氣體質(zhì)量濃度的標定程序核級活性炭試驗方法 去除甲基碘性能的測定Q/ DS·ZY·C·8 . 2 . 4·2HG·21·08規(guī)定了核級活性炭去除甲基碘性能的測定方法8Q/ DS·ZY·B·8. 2 . 4·

9、;2HG·21·09適用于測定核級活性炭去除甲基碘性能時活性炭放射性活度的測量活性炭放射性測量程序9Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 1·2HG·21·05碘吸附器裝炭操作規(guī)程規(guī)定了碘吸附器活性炭的裝填程序10Q/ DS·ZY·C·8 . 2 . 4·2HG·21·04對碘吸附器生產(chǎn)時原材料和生產(chǎn)過程的檢驗和試驗及最終檢驗和試驗作了規(guī)定11碘吸附器檢驗和試驗控制程序Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 1·2HG

10、·21·13131 I 放射源的配制13112規(guī)定了碘吸附器檢驗時 I 放射源的配制程序Q/ DS·ZY·B·8 . 2 . 4·2HG·21·11碘吸附器整機性能試驗規(guī)程對碘吸附器整機性能試驗的程序作了規(guī)定13Q/ DS·ZY·B·7 . 5 . 5·2HG·21·03碘吸附器搬運、存放、包裝程序?qū)Φ馕狡鞯陌徇\、存放、包裝過程作了規(guī)定141) 表中所列程序文件均為 C 層次質(zhì)量體系文件。圖 1 碘吸附器生產(chǎn)工藝流程圖Fig. 1 Process cha

11、rt of iodine traps·246·輻射防護第 25 卷第 4 期圖 2 活性炭浸漬工藝流程圖Fig. 2 Process chart of impregnating of active carbon圖 3 裝炭工藝流程圖Fig. 3 Process chart of loading active carbon圖 4 整機檢驗工藝流程圖Fig. 4 Process chart of iodine traps test·247·郭創(chuàng)成等 :折疊式碘吸附器制造的質(zhì)量控制圖 5 碘吸附器成品包裝工藝流程圖Fig. 5 Process chart of

12、 packaging iodine traps圖 6 碘吸附器殼體加工工藝流程圖Fig. 6 Process chart of manufacturing iodine trap shell加整平工藝 ,大大提高了篩板的平整度 ,提高了炭床厚度的均勻性 。4 . 2 殼體噴漆工藝的控制折疊式碘吸附器殼體通常采用炭鋼材質(zhì) , 在運行環(huán)境中可能受到輻照 、高溫及腐蝕性氣 體腐蝕 ,因此要求噴涂的漆層應(yīng)耐輻照 、耐高溫 及耐腐蝕 ,且漆層表面光滑 ,易于去污 。實際噴 涂時 ,除要求嚴格按試驗確定的工藝條件噴涂 外 ,在油漆品種上選用了質(zhì)量優(yōu)良的核電站專 用油漆 ,使漆層的上述性能得以保證 。4 .

13、 3 活性炭粒徑分布控制選擇活性炭粒度應(yīng)綜合考慮篩板孔徑大 小 、吸附效率和阻力等因素 。通常 ,隨著活性炭粒徑變小 , 吸附效率增大 , 但同時過濾阻力增加 。當篩板孔徑確定后 ,活性炭的最小粒徑便 確定 。由于采用了較厚的篩板 ,篩板的孔徑可以較大 ,而不影響篩板的強度 ,因此提高了活性 炭粒徑的下限 。實際確定粒徑的原則是在效率 能滿足要求的前提下 ,盡量選擇粒徑較大的活性炭 , 碘 吸 附 器 的 運 行 阻 力 可 平 均 下 降 5 mmH2O 。4 . 4 裝炭工藝中振動時間及裝炭高度控制4 關(guān)鍵工藝點的質(zhì)量控制4. 1 殼體加工中關(guān)鍵尺寸的控制殼體的關(guān)鍵尺寸包括 :外形尺寸 、

14、密封端面 平面度 、炭床厚度及篩板與殼體之間的間隙等 。由于碘吸附器要安裝在固定的排架上 ,與排架 間的密封要良好 ,因此外形尺寸 、密封端面平面度必須控制在設(shè)計要求的公差范圍內(nèi) ,否則將 給安裝造成困難 , 且難以保證良好的密封性 。炭床厚度也必須保持均勻 ,否則會造成氣流在 整個炭床層面上速度不均勻 ,影響碘吸附器的 性能 。篩板與殼體之間的間隙應(yīng)小于 1 mm ,否 則容易造成氣流短路 ,引起碘吸附器去污效率1E ( 指除碘效率 , 與 D F 關(guān)系為 : E = 1 -) 下D F降 。在不使用模具的情況下 ,上述關(guān)鍵尺寸不易控制 ,容易超差 。因此 ,在不大量增加制造成 本的情況下

15、,盡量采用模具加工各部件 。目前 , V 形篩板 、蓋板 、支撐板 、壓塊 外殼等部件采用模具加工 ,共用模具 11 套 ,殼體框架和壓塊焊 接時使用工裝 。這樣 ,部件加工尺寸的穩(wěn)定性 大大提高 。為提高炭床厚度的均勻性 ,在不降 低開孔率的前提下 ,采用盡可能厚的篩板 ,并增·248·輻射防護第 25 卷第 4 期圖 7 影響碘吸附器性能的因素及需重點控制的工藝點Factors affecting performances of iodine traps and key controlled point in the technological processFig.

16、7實驗室的小型試驗和生產(chǎn)實踐均已證實 ,裝填不密實 、裝炭量不足引起的機械泄漏是造成碘吸附器去污效率不高的重要原因 。因此 ,在裝炭工藝中 ,除了嚴格控制振動頻率 、振幅和·249 ·郭創(chuàng)成等 :折疊式碘吸附器制造的質(zhì)量控制振動時間外 ,合適的裝炭高度是保證碘吸附器成品氣流不短路 ,從而保證碘吸附器去污效率 的重要因素 。通過反復(fù)實踐發(fā)現(xiàn) ,當裝填振動 完成后 ,用適當?shù)墓に嚳刂坪锰繉禹斆娴胶Y板 頂部的距離 ,亦即為密封墊預(yù)留合適的安裝高度 ,可有效避免成品碘吸附器的機械泄漏 。4. 5 密封墊的材料性能及尺寸控制密封墊選用耐輻照、耐高溫且具有規(guī)定強 度的特種橡膠制成 。實

17、踐中發(fā)現(xiàn) ,密封墊尺寸 的大小是造成碘吸附器氣流短路的重要原因 ,當密封墊過大或過小時 ,密封墊壓蓋安裝后均 會出現(xiàn)短路通道 ,剪裁時應(yīng)控制密封墊的尺寸 為 01 mm 的正偏差 。新制的密封墊放置一段 時間后會出現(xiàn)一定程度的收縮 ,因此新購置的 密封墊要放置一段時間 ,經(jīng)自然收縮后再使用 。4. 6 密封膠封涂狀況控制除了殼體關(guān)鍵處需用密封膠封涂以外 ,在 裝炭加墊后為了防止密封墊與殼體接觸處存在 微小泄漏 ,需要涂抹密封膠 ,嚴格認真做好這道 工序 ,也是避免成品出現(xiàn)機械泄漏的重要步驟之一 。5 . 2 防銹漆噴涂狀況殼體原先噴涂普通防銹漆 ,表面光潔度不 好 ,更換為核電站專用油漆后 ,

18、改善了漆層的耐 輻照 、耐腐蝕性能 ,表面光潔度明顯提高 。5 . 3 活性炭粒徑經(jīng)多次試驗 ,在滿足核級活性炭物理性能 指標的情況下 ,適當增加粒徑后 ,吸附器的去污 效率仍保持在 0 . 999 以上 ,但阻力變小了 ,而增 大篩板孔徑也可使阻力下降 。總的效果是阻力 下降了約 5 mmH2O ,而去污效率未見明顯下降 。5 . 4 裝炭高度通過控制裝炭高度 ,使由于裝炭高度不合 適而造成的碘吸附器去污因子 D F 下降得以控 制 。如在對原制造工藝條件下生產(chǎn)出的兩臺去 污因子 D F 小于 1 000 ( 不合格) 的碘吸附器進行原因查找時發(fā)現(xiàn) ,只是將這兩臺不合格產(chǎn)品 的炭層填充到某一

19、特定高度 ,重新做性能試驗 , 去污因子 D F 均大于 2 000 。在以后的生產(chǎn)中 , 按此裝炭高度控制 ,未再出現(xiàn)由于此原因而造 成的不合格品 。5 . 5 密封墊尺寸及封膠狀況曾出現(xiàn)過 3 臺碘吸附器由于密封墊尺寸不 合適或封膠不好而使去污因子 D F 低于或接近 規(guī)定值 。更換密封墊或重新封膠后 ,再試驗時 全部合格 。以后要求裝墊前先檢查墊子的尺寸 ,尺寸不合適的墊子不使用 ;封膠時要求全部 邊緣均涂膠 ,此后未再出現(xiàn)由于此原因而造成 的不合格品 。5 加強關(guān)鍵工藝質(zhì)量控制的效果分析5. 1 關(guān)鍵尺寸經(jīng)改進制造工藝并加強工藝的質(zhì)量控制 后 ,各關(guān)鍵尺寸的穩(wěn)定性及尺寸偏差均有明顯 的

20、改善 。如按設(shè)計要求 ,炭床篩板成型后的偏差應(yīng)為“0 - 3 . 2 mm”, 但第一批殼體加工后 有部分出現(xiàn)了正偏差 , 最大正偏差為“ + 110 mm”。增加模具后此偏差得以控制 。炭床厚度 也曾出現(xiàn)過達不到設(shè)計值 ( 50 mm) 的情況 , 最小炭床厚度為 48 . 5 mm ,改進篩板并增加整平工藝后 ,炭床厚度得到較好控制 。6質(zhì)量控制的總體效果在碘吸附器的生產(chǎn)中 , 按去污因子 D F 的 大小 ,將碘吸附器分為不合格 、及格 、良好和優(yōu)良四個檔次 ,其對應(yīng)關(guān)系列于表 2 。表 2 碘吸附器去污因子 D F 與質(zhì)量分級的對應(yīng)關(guān)系Corresponding relationshi

21、p of scrubbing coefficiency of iodine trap and its quality gradeTab. 2DF 區(qū)間1000 DF < 20002000 DF < 1000010000< 1000質(zhì)量分級不合格及格良好優(yōu)良在碘吸附器制造過程中 ,由于加強了全過程的質(zhì)量管理和控制 ,特別是對關(guān)鍵工藝 ,通過 多次實踐 ,確定了合理的工藝條件和參數(shù) ,并制定了嚴格的操作規(guī)程 ,從而使碘吸附器產(chǎn)品的質(zhì)量越來越穩(wěn)定可靠 。在已生產(chǎn)的 243 臺碘吸 附器中 ,有 116 臺和 121 臺分別達到了良好和·250 ·輻射防護第 25

22、 卷 第 4 期優(yōu)良標準 , 兩者之和占到產(chǎn)品總數(shù)的 97 . 5 % 。不僅如此 ,有些用戶曾對碘吸附器質(zhì)量提出更 加嚴格的要求 。如某核電站根據(jù)他們系統(tǒng)的特 殊情況 ,提出更加嚴格的條件 。即要求在氣流相對濕度 ( RH) 70 %的條件下進行測試 ,碘吸 附器性能指標仍必須達到 D F 1 000 。而按照 標準 ,性能試驗應(yīng)在 RH 40 %的條件下進行 。 由于碘吸附器的吸附效率受相對濕度的影響很 大 ,相對濕度越大 ,吸附效率越低3 ,在高的相 對濕度下進行試驗 ,是對碘吸附器的性能提出了更高的要求 。試驗結(jié)果證明 ,按照常規(guī)要求 所生產(chǎn)的 11 臺碘吸附器在此試驗條件下仍能 滿足

23、規(guī)定的性能指標 。在為另一核電站生產(chǎn)碘 吸附器時 ,由于其工程進度推遲 ,實際交貨日期 比原計劃推遲了近三年 。國內(nèi)外資料和試驗都顯示 ,隨著放置時間的延長 ,活性炭的吸附性能 由于自然老化而緩慢下降 。但用戶提出對已儲 存近三年的碘吸附器隨機抽取 10 %重新做性 能試驗 ,結(jié)果所有重復(fù)試驗的碘吸附器去污效 率均滿足要求 ,這說明所生產(chǎn)的碘吸附器抗老化性能良好 。通過多年的實踐 ,針對折疊式碘吸附器的 制造 ,中輻院建立了一套較為完整的質(zhì)量保證體系和制造工藝 ,使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高 ,取得了很好的社會和經(jīng)濟效益 。但是 ,注意經(jīng)驗積累 , 持續(xù)改進制造工藝 ,不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量才是現(xiàn) 代質(zhì)量保證

24、體系的更高追求目標4 。在碘吸附 器生產(chǎn)實踐中 ,我們也深刻地體會到這一點 ,從而促使我們無論從管理方面還是技術(shù)方面不懈 努力去保證產(chǎn)品的質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定提高。在管理 方面要嚴格認真按質(zhì)量體系要求開展工作 ;在技 術(shù)方面 ,對制造過程中遇到的各種問題加以仔細 分析、在認真解決問題的過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗 ,不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量。只有這樣 ,才能把握質(zhì)量趨 勢 ,使碘吸附器產(chǎn)品質(zhì)量更高、性能更好。參考文獻中國輻射防護研究院標準. 核級折疊式碘吸附器.Q/ DS. J 300822000. 中國輻射防護研究院內(nèi)部資料.未發(fā)表 ,2000中華人民共和國核安全法規(guī). 核電廠質(zhì)量保證安全 規(guī)定. HAF0400 (91) . 北京 :中國法制出版社 ,1992 美國試驗和材料協(xié)會. ASTM Designation : D3803291 ( Reapproved 1998) Standard Test Method for Nuclear2Grade Activated Carbon. 1998 中華人民共和國國家標準. 質(zhì)量管理體系