冬奥会制氢装置罩壳生产加工质量控制策略分析

冬奥会制氢装置罩壳生产加工质量控制策略分析

高洪波

城林科技（上海）有限公司 上海市 201308

摘要：近几年，氢能因其清洁、高效、来源广泛以及可再生等特点越来越受到各国政府、科技界和企业界的关注，逐步成为全球能源开发的一个焦点。本篇文章从氢能源的配套设备制造质量标准和质量控制意义出发，进行叙述，并结合“中国电力延庆园加氢站二期项目冬奥配套加氢站项目底架和罩壳的加工”项目进行分析，首先描述了产品的质量标准和加工重点，然后结合产品的特点和加工工艺进行标准化，最后产品在东奥会之前装配完成，为冬奥会制氢装置项目的启动提供了基础和大力支持。是国内首批、首台。希望能为涉猎到氢能源的加工从业人员提供帮助。

关键词：氢能源；氢能；配套设备；质量标准；质量控制

引言

当前中国、美国、欧盟和日本等主要经济体都把氢能作为未来能源安全的突破口，由于氢能源具有燃烧热值高的特点，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氢燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。

其配套箱装体和底盘的制造质量直接影响到产品的安全性能和使用寿命，如何对其实施有效的质量控制，包括产品设计、原材料、下料、焊接工艺、喷涂、以及现场安装等质量控制过程，对这些方面进行控制，并经过产品试制，氢能源罩壳的生产流程已经非常稳定，但依然存在着一些质量问题，因此需要开展了全面的质量改进工作，和焊接工艺控制，来总体保证产品质量控制的有效实现。

1.项目概况

中国电力氢能产业园二期（先进制氢）项目利用原北京玻钢院复合材料有限公司厂区地块150亩进行建设，二期先进制氢项目总占地约20000平方米，制氢项目采用先进纯水质子交换膜（PEM）制氢技术，分200Nm3/h、3750Nm3/h两个阶段进行投资决策和建设，除保障2022年冬奥会期间氢燃料客车示范运营任务，还将为北京市氢燃料电池产业研发、测试提供高品质氢气，计划2021年年底建成一阶段兆瓦级质子交换膜（PEM）电解水制氢项目。

中国电力氢能产业园二期（先进制氢）项目一阶段制氢系统包括：电解模块罩壳、电气模块罩壳、水处理模块罩壳及空压装置模块罩壳，其中除空压装置模块罩壳外主要由骨架、底盘、顶壁板、侧壁板、隔板、隔声门、百叶、风机等组成。电解模块和纯化模块集装在一个罩壳内，水处理系统、压气机、系统控制柜和纯化控制柜集装在一个罩壳内，低压供电及电气模块、整流变模块和变压器系统模块集装在一个罩壳内。

2.质量标准

产品加工主要有6大工序，随着每个罩壳的加工，形成了工序标准化体系管理模式：

2.1原材料检验标准：

必须注意如下原材料内容:填充消音降噪材料除参考国家标准外，必须核对消音材料的第三方检测报告中的耐火性和降噪系数等。涉及到电器件是该项目比较重点的地方，除了常规检查规格、型号外、还需确认厂家出厂的防爆证书、并进行通电测试，确认完好。

2.2下料质量标准确认：

尺寸公车和形位公差形成质量标准公差值，例如：定位尺寸公差以±1mm为准，孔径公差±0.5mm，壁板侧边折弯直线度2mm以内。尺寸2m以内公差±1mm，2m以上公差±2mm；同时在加工过程中做好标识转移工作，确保可追溯性。

2.3焊接质量标准：

焊接行业都很清楚的3控工作，焊前控制、焊中控制、焊后确认等： 焊前确认焊接工艺评定内容、焊中确认是否按其执行（电流、电压、气源、运枪速度等等）焊后进行目视无损检测，符合EN5817-C.并制定焊缝检查表。

2.4 装配质量标准：

箱体在厂内漆前装配必须保证排气法兰和联轴器中心定位尺寸和进气口和通风口的定位尺寸。隔声材料填充预留压缩量保证达到吸音效果，吸音板装配要有条理性，不能出现任何尖锐铆钉头脱出，防止造成人员伤害。

2.5 喷砂、喷漆质量标准：

喷砂等表面处理工作，严格按照国际标准ISO8501喷漆前表面清洁度检查执行，外漏部位注胶美观（外板与框架所有搭接位置、外漏断续焊）重点检查是否漏注、局部未结合、气孔、避免进水。（此条重点注意）喷涂除满足油漆厚度等常规要求，还需要保证外观GB/T4505二级以上，无显著修复痕迹及留痕、气孔、雾漆等外观缺陷。

2.6 现场安装质量标准：

产品的现场安装顺序按先底架后框架、先框架、后壁板的顺序执行。首先确保底架整体调平在3mm以内方可进行安装支架。支架安装垂直度要在4mm以内方可进行下一步安装。安装壁板时，胶条必须要有2mm以上的压缩量。现场安装后，整体检查整个罩壳的密封性，如发现不密封的地方，增补胶条和注胶进行处理。

3.产品特点及生产加工工艺流程

3.1产品特点

制氢成套设备配套罩壳及底架主要包括电解模块罩壳、水处理模块罩壳、电气模块罩壳、电解模块底架、电气模块底架及与空气压缩机底架。电解模块罩壳需配套相应的底架，其罩壳需采用保温夹层设计，罩壳需设置暖通通风、照明、传感器、电控箱等，应为完善的性能可靠的集成罩壳。电气模块罩壳需配套相应的底架，其罩壳需采用保温夹层设计，罩壳内需设置暖通及通风。水处理模块罩壳不配备相应的底架，其罩壳内的空气压缩机需配备底架。

壁板由孔板以及外板组件组成，部分壁板含有门，壁板大致有个类型：常规侧壁板，侧壁板（含门），拐角壁板，隔板，常规顶壁板，顶壁板（安装风机）；内外板之间填有吸声棉，是消除噪声的主要材料，壁板之间相互搭接，搭接方式按照Z字形搭接进行;顶孔板壁板由骨架、外板及孔板组成，骨架和外板之间焊接连接，门与壁板用铰链连接且门的内外板中间装有消声棉。罩壳整体结构具有消声量大、结构强度高、寿命长等优点。

3.2生产加工工艺流程

3.2.1电解模块 底架

下料（型材下料/激光下料/厚板下料/钣金）→开坡口→暂焊底架骨架→暂焊骨架内部槽钢及加强筋板→暂焊花纹板→整体焊接→打磨→骨架及底板吹砂→底漆→焊道位置油漆打磨→棉包制作及填棉→暂焊其余小件及另一侧底板→焊接→打磨→中间漆→中间漆处理→面漆→包装入库。

电解模块 底架图

3.2.2罩壳—典型壁板01

型材下料/激光下料/厚板下料/钣金→暂焊外板组件→断续焊焊接→打磨→漆前装配（整体预组，孔板照配钻孔）→磷化→底漆→底漆处理→中间漆→面漆→棉包制作及填棉→铆接孔板→清洁，包装入库。

典型壁板01图

3.2.3-以电解模块罩壳

型材下料→激光下料→型材＆厚板打角/钻孔→钣金→暂焊→焊接→打磨→漆前装配（与系统部分连接的法兰孔配钻、配钻底部周圈安装孔、试装门/百叶配孔/其他部件配钻孔攻丝、拆解打号）→除锈除油及丝孔防护→吹砂→底漆→底漆处理及注胶→中间漆→中间漆处理→面漆→漆后装配（丝孔净丝、胶垫制作及粘贴、安装门和门附件/百叶安装/顶部法兰口封板）→清洁标识→包装入库。

电解模块罩壳图

电解模块去掉外版图

4.产品成型过程质量控制策略

4.1密封过程质量控制

首先考虑到客户产品的特殊性，务必要要有严格的密封要求，虽然不用达到IP65的专业级防水，但至少要确保最基础的密封要求，做到防雨、防风、无系统形成的气体涡流位。因此从如下几个方面对此问题进行了确认和优化。

在设计评审时，优化了胶条的结构，门的胶条、箱体壁板安装的胶条，在产品中能更换海绵橡胶的地方，一律更换海绵橡胶，降低胶条硬度，同时增加胶条的厚度，来实现充分密封。门壁板拼接结构，采用Z字型进行拼接，连接缝隙放入软胶条。如下图：

壁板胶条安装示意图

现场在安装时，在连接面上注上连续的金属密封胶来实现密封；胶条在拼接时，采取楔形角切割涂胶进行拼接，在法兰安装前复查法兰的变形量，整体法兰变形量务必小于3mm以内，、在装配时，对连接面进行密封试验，采取两种办法：

方法一：使用A4纸一张，裁剪成50mm宽的若干条，每间隔200，放置一张在连接法兰上，紧固法兰后，用力抽A4纸，如无法抽出，视为合格。

方法二：使用红色钢笔水，涂抹在连接胶条上，紧固法兰后拆卸下来，如发现法兰上留下连续的红色印记，说明密封合格。

4.2防爆过程质量控制

产品有防爆的要求，产品加工制作过程中，由于使用制作的产品多数是阻燃或者不燃烧也不支持燃烧的金属材料、消音棉等，因此防爆主要体现在电气的元件的安装上，因此制定了原材料电气元件和现场防爆标准检验指导书：

首先在选择产品电气部分的供应商时，必须选择有防爆厂家直接指定的供应商进行购买，并严格检查防爆证书和企业资质，使用公司一级合格供应商进行采购。验货时要确认防爆证书的等级。防爆电气原材料到厂后，逐一进行测试，验证电器件合格有效。全部电线，务必按国家防爆要求，全部安装金属蛇皮管，不允许任何外漏，连接接头使用专用金属接头和格兰头，全部外漏部分，不允许使用胶布缠绕蛇皮管固定，要使用专用夹子对电线管路进行固定。

现场接线和接地工作需要进行总体复查，使用点对点进行现场测试，并确认现场接地等线路全部导通。和燃机不同的地方，即使是高空中的电线也必须用蛇皮管进行全部包裹，不能漏出任何一段，现在安装完毕后，使用手电逐一复查电路部分。使用电气防爆专项检查表进行记录，每天对现场安装过程中防爆工作进行检查确认。未使用的接线接头必须用挡圈和挡板一次装入、压紧，做好防爆预防工作。紧固件不齐全、不完整、不可靠、不同未知的螺栓螺母规格不一致的位置一定重新安装确认好。电缆设备不完好、接线不整齐、没有紧固好，导线不良、毛刺、卡爪、平垫片和弹垫不齐全，接线后，卡爪压绝缘胶皮，芯线外漏大于1mm，是坚决不允许的现象。常规电气要求罩壳内电气、仪控设备和电气及测控接线箱防爆区域均需采用防爆产品，接线箱进出电缆口采用防爆格兰头，隔爆 ExdIIBT4，防护等级IP54（若安装在罩壳外，防护等级为IP65）；

最后的产品既要满足消音降噪的要求，又要实现产品防爆的质量要求，因此电解模块罩壳和其他罩壳安装有所不同，要在电解模块罩壳的内表面铺设防爆板（防爆锡纸），以阻止空气在某个盒状位置存储量到达爆点。铺贴后对箱体内部进行整体通风，正对着内腔和贴纸吹气，通风的同时也增加了锡纸粘贴的结合力，最后现场进行淋雨、风压试验、确保产品达到防爆标准。

4.3、产品焊接变形的控制

由于产品是国内首台套，因此也是对外观的重视程度不亚于产品的性能，因此为了保证产品外观平整度，做了如下改善：

1. 材料控制：

首先对于外观有影响的板材和型材，建立企业内部标准：例：国标要求GB709，Q235热轧板3mm厚度板材国标允许值在±0.45，企业标准直接要求影响外观的板材公差必须在-0.25以内（虽然原则上越是足厚，变形量越小，但为了适应市场的要求，不得不让出0.25mm的负差），为了减少焊后变形，材料越厚，变形量会越小。

从型材上，选择更为优质的矩形管、和型材、但在国内的市场不易挑选到变形量较小的产品，由于国标对型材变形的要求都比较宽松。因此做了如下对策，型材到厂后，在产品加工时，去除两端变形大的300mm左右，然后进行下料，下料后，对每根型材进行校形，来保证3米单根型材的变形量在2mm以内。6米单根型材变形量在3mm以内，以此来确保型材的直线度要求以此建立企业型材典型的加工和检验标准。

2、焊接质量控制

焊接前对需要焊接的产品进行临时固定点焊确认位置，然后放置在平台上使用T型螺栓进行紧固限位，然后开始正式焊接。焊接前控制好焊接电流、焊接电压、在试板上进行测试一下，满足焊接工艺评定要求的前提下，进行薄板试验几下焊接枪头，一起没问题后，正式开始焊接，首先在把零部件先装配拼焊到一起，每个保证每个零件之间互相能够限位固定，牢固可靠的在每个部件之间进行点式焊接（暂焊），整体暂焊好以后，则需要从焊接顺序来控制焊接变形，从焊接控制变形，保证外观方面，把握如下原则：“先内后外，先横（立焊缝）后纵（平焊缝）”解释如下：先进行焊接产品内部焊缝，后焊接产品的外露焊缝；先焊接垂直焊缝，后焊接水平焊缝；平行周圈焊缝，按同方向进行焊接，对称分布焊接；焊缝分布不对称时先焊接焊缝量较少的那一侧。大于600mm的直焊缝，选择从最远的两端往中间对称并隔400-600分段式焊接；多层焊缝焊接时，各层之间的焊缝方向应相反，其接头应互相平行。对接焊缝先焊接对接接缝，后焊接横对接缝，最后焊接立对接缝，有坡口的焊缝先焊接，无坡口的焊缝后焊接。角焊缝先焊接立角焊缝，后焊接平角焊缝，仰焊焊缝最好能够翻转工件变成平角焊缝在进行焊接。

焊接顺序控制变形详图如下：

焊接顺序示意图

待产品全部焊接后等待3-4小时，待工件彻底凉透后，方可拆除工装和T型螺栓。以上是为保证产品外观，从原材料到焊接过程的外观控制，焊接结束后，只需要注意装配和喷漆过程中不要有过大的磕碰变形，保证产品的外观是没有问题的。

5.成品质量检验

5.1成品性能检验

最终电解水制氢设备成套系统罩壳在现场进行整体安装结束后，对现场进行成品验收：首先进行外观验收，没有刮碰、棱角、安装偏差、尺寸超差等逐一检查。然后对产品进行密封检查工作，关闭全部门窗口位置，在箱体内部往外观察是否有露光处进行确认，再次进行产品淋雨试验，以防止产品在使用过程中内部进水。

电气测试工作：全部电气安装完毕后，验收时需要再次进行确认一遍，使用万用表对全部线路进行点对点测试试验，包含PE、外壳、中性线等，逐一测试，全部测试无问题后，通电进行点亮测试。全部检查完毕后，进行噪声测试。

噪声测试：在客户机组稳定运行后，关闭全部隔声门，按噪声测试规定，在背景噪声低于45分贝的环境下进行测试，测试位置在每个箱体的两侧斜角45度，距离地面1.7米，距离箱体1.5米进行噪声测试。在产品试运行过程中，进行噪声测试，满足工业厂界噪声标准85dba的规定。

最终客户在使用我们加工的产品，稳定运行制氢设备的可靠性试验后，顺利制氢，经判定通过以上各种性能测试，产品各项指标均符合技术协议中的各项质量要求。

6.结论

综上所述，由于制氢成套设备配套罩壳及底架产品的加工过程中、使用的板材比较薄，要有可移动性，同时，使用的条件特殊、氢制品配件中行业标准高，不仅要确保产品性能质量、也要确保产品外观质量，在加工过程中，遇到的焊接难题，覆盖了几乎所有非标件制品的工艺难题，同时本文提出的氢制品的防爆、密封等质量控制要点，最终经过现场性能验收和外观验收，噪声测试等确认，基于此结果，证明此工艺方案的可行性和有效性，就国内刚刚起步的制氢设备配套的加工过程标准，形成固化的工艺方法和质量标准。可广泛应用于国内氢制品非标件配套的工艺过程中。

参考文献

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