蔣嚴(yán)軍（中國中原對外工程有限公司，上海 200233）

核電廠反應(yīng)堆壓力容器頂蓋開關(guān)的過程控制

蔣嚴(yán)軍
（中國中原對外工程有限公司，上海 200233）

對于核電廠的建設(shè)和維護，反應(yīng)堆壓力容器頂蓋開關(guān)工作是一個關(guān)鍵、繁瑣且容易被人忽視的工序。很多的核電廠建設(shè)往往由于對此不夠重視而吃盡苦頭。恰?，敽穗娬径陧椖浚ê喎QC2項目），由于準(zhǔn)備得相對充分，所以在這方面取得了一定的成果，這其中有很多做法和經(jīng)驗值得總結(jié)和借鑒。

反應(yīng)堆壓力容器；頂蓋開關(guān)；主螺栓；螺栓拉伸

C2項目反應(yīng)堆壓力容器頂蓋開關(guān)的背景，是在非核沖轉(zhuǎn)后首次臨界期間完成的。從2010年10月30日開始，至2011年1月10日結(jié)束，共計70天時間。項目涉及的單位和專業(yè)眾多，且很多工作處于關(guān)鍵路徑上，實施過程中交叉作業(yè)項目非常多，項目的準(zhǔn)備和實施存在較大難度，能順利完成，難度相當(dāng)大。

全體參建單位都對項目高度重視，給予了大力支持、幫助和協(xié)作。各參建單位人員也傾注了大量的精力和熱情，提供了眾多寶貴建議，切實解決了緊急事件。

1 概述

壓力容器是反應(yīng)堆的核心部件，是核電廠正常情況下的堆芯核燃料的反應(yīng)場所和貯存場所，由筒體部分和半球形一體化的頂蓋構(gòu)成。內(nèi)部設(shè)計壓力：17.16 MPa，設(shè)計溫度：350 ℃。頂蓋是可拆卸的，以便更換燃料和進行在役檢查、更換內(nèi)部構(gòu)件。因此，對于涉及壓力容器的任何工作，必須嚴(yán)謹(jǐn)和慎重，從而確保反應(yīng)堆內(nèi)核燃料的安全。

反應(yīng)堆壓力容器頂蓋開關(guān)是核電廠安全運行的重要一環(huán)，是核電廠換料、大修的重要內(nèi)容和前提。其主要內(nèi)容包括：頂蓋O形密封圈更換、壓力容器頂蓋吊裝、壓緊部件吊裝、堆內(nèi)構(gòu)件吊運、役前檢查、驅(qū)動機構(gòu)安裝、密封構(gòu)件安裝、中子測量管安裝、輻照監(jiān)督管安裝、控制棒聯(lián)扣、螺栓拉伸等。

頂蓋開關(guān)流程：

1）拆除頂蓋放氣系統(tǒng)的法蘭（齒形密封墊收藏、法蘭口防異物封口）、拆開水位測量接頭、拆除頂蓋吊具抗震拉桿、移除頂蓋保溫層、吊開防飛射蓋板、拆除風(fēng)道。

2）拆卸測溫管座（保護好錐形墊和蝶形密封墊備件準(zhǔn)備；測溫管防護）。

3）螺栓拉伸機調(diào)試（供氣系統(tǒng)、空氣平衡系統(tǒng)、主螺栓清刷裝置、法蘭螺孔清刷裝置、主螺栓自動旋轉(zhuǎn)裝置、主螺栓拉伸機、主螺栓拉伸機液壓系統(tǒng)）。

4）拆除主螺栓，安裝導(dǎo)向柱（螺孔防護塊）。

5）吊運頂蓋至存放架（拆除密封圈、清洗頂蓋、安裝磁軛線圈、安裝棒位顯示裝置、調(diào)整驅(qū)動機構(gòu)拉緊裝置）。

6）壓力容器役前檢查（MIS安裝調(diào)試）。

7）壓力容器清洗及異物檢查（中子測量管吹掃、堆內(nèi)構(gòu)件清洗、壓緊部件清洗）。

8）堆內(nèi)構(gòu)件吊裝至壓力容器內(nèi)（裝卸料機定位調(diào)試、燃料運輸系統(tǒng)調(diào)試）。

9）首次裝料。

10）吊裝壓緊部件。

11）驅(qū)動桿與控制棒聯(lián)扣（芯桿拆裝工具調(diào)試）。

12）頂蓋就位螺栓拉伸（更換密封圈、連接放氣管系、連接水位測量系統(tǒng)、連接冷卻風(fēng)罩、連接熱電偶）。

明確流程可以清楚工作的先后次序，進行統(tǒng)籌安排。按照流程才可以提前做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作，避免遺漏和缺項、避免交叉重疊。

2 C2項目經(jīng)驗匯總

2.1 科學(xué)合理的進度計劃編制

任何工作的順利實施很大程度上取決于進度計劃的合理安排，得益于工序的合理布置。頂蓋開關(guān)的過程實施更是如此，科學(xué)合理的進度計劃是成功的第一步和保障。

非核沖轉(zhuǎn)后，RX15米大廳聚積了大量的工作需要開展，像反應(yīng)堆開蓋、役前檢查、核清潔、缺陷處理、裝料等。涉及多家施工單位，周期短、施工區(qū)域集中，如果不能合理安排好施工作業(yè)窗口，勢必給施工現(xiàn)場帶來不可估量的風(fēng)險和隱患。為此，C2項目現(xiàn)場工程部組織安裝公司、核動力運行研究所、秦山調(diào)試隊、華興公司及廠家，按照《反應(yīng)堆壓力容器使用說明書》的要求，根據(jù)實際情況，共同討論和編制了熱試后的頂蓋開關(guān)施工工作計劃，確定了各方施工次序和節(jié)點周期。

為保證計劃的嚴(yán)肅性、準(zhǔn)確性，計劃編制后經(jīng)過討論、協(xié)商及工序邏輯性調(diào)整，各方簽字后發(fā)布。

從項目實施過程看，縝密的計劃，減少了繁瑣的工程協(xié)調(diào)工作。從而避免了以往工程現(xiàn)場存在的各施工方爭場地、爭窗口、交叉施工的問題；以往資源分配緊張、人力效率低下的現(xiàn)象也有效緩解；參建單位各自為政、互不協(xié)調(diào)的問題也沒有出現(xiàn)。因此，整個項目在良性循環(huán)中互動。

2.2 計劃的有效執(zhí)行是成功的關(guān)鍵

從進度計劃中可以看出，整個開關(guān)過程的內(nèi)容是相當(dāng)多的，以主螺栓的拉伸為例，簡要敘述C2項目現(xiàn)場的工作是如何組織和進行的（須環(huán)境清潔，工作區(qū)域隔離）。

（1）安裝前的準(zhǔn)備工作

對于壓力容器筒體和頂蓋密封面、主螺栓螺紋孔、主螺栓進行清洗和檢查；頂蓋螺栓孔和安裝端面的檢查；頂蓋O形密封環(huán)的固定螺釘試裝；頂蓋O形環(huán)的檢查。

（2）安裝主螺栓的前提

試裝拆導(dǎo)向套，安裝兩根定位螺栓；壓力容器頂蓋按要求調(diào)整水平；安裝頂蓋O形密封環(huán)并固定；頂蓋落裝到位時必須要平穩(wěn)避免產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。

（3）主螺栓、墊圈、螺母的安裝要求

筒體螺紋孔和主螺栓螺紋部位涂防咬死劑；按匹配號將主螺栓安裝在頂蓋螺孔并支撐在筒體螺紋孔上部，也可以將主螺栓和螺母組裝在一起；利用調(diào)整合格后的平衡器和旋轉(zhuǎn)裝置分別將每個主螺栓選入螺紋孔內(nèi)；主螺栓旋到底后退回1/4圈，完成一個螺栓的安裝工作；裝匹配的墊圈和螺母，采用專用工具將螺母緊固到位。

（4）安裝主螺栓測量桿

采用一根標(biāo)準(zhǔn)桿測量48個螺栓的變形量初始值。這個數(shù)值測量必須準(zhǔn)確，它是后期主螺栓預(yù)緊測量剩余變形量計算的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在測量過程中盡量保證每次在主螺栓上端面的測量位置保持不變。

（5）主螺栓拉伸預(yù)緊要求

對48個螺栓進行編號便于拉伸操作者識別；將每個拉伸機操作的螺栓組號標(biāo)示在拉伸機上；每級全部48根螺栓拉伸完成后進行一次變形量的測量；拉伸過程中，螺母旋緊是靠人工完成的，要盡量保證4臺旋緊力矩相同。

（6）關(guān)鍵設(shè)備工藝準(zhǔn)備

螺栓拉伸設(shè)備是用于核反應(yīng)堆壓力容器換料及檢修期間拆裝主螺栓的專用配套工具（見圖1）。

供氣系統(tǒng)為空氣平衡器、主螺栓清刷裝置、法蘭螺孔清刷裝置、主螺栓旋轉(zhuǎn)裝置提供壓縮空氣。供氣系統(tǒng)的氣源來自于安裝現(xiàn)場管道壓縮空氣，供氣系統(tǒng)與各設(shè)備連接應(yīng)用軟管，接口采用快換式接頭，供氣系統(tǒng)分4路供氣管線為主螺栓旋轉(zhuǎn)裝置和平衡器同時供氣、工作。主螺栓清刷裝置、法蘭螺孔清刷裝置單獨工作。4臺主螺栓拉伸機的拉伸動力由配套的專用的液壓站提供動力源，分2路供油管線，每線串聯(lián)2臺拉伸機。

供氣系統(tǒng)是所有附屬設(shè)備中氣動元件的供氣接口，通過集氣罐分配給單獨的4套供氣裝置，通過供氣裝置可以分別給2套清刷裝置、4套螺栓旋轉(zhuǎn)裝置和平衡器供氣，也可以單獨給每個氣動元件供氣，供氣控制方式采用腳踏閥人工控制。

主螺栓拉伸機的拉伸載荷為液壓驅(qū)動，液壓系統(tǒng)的控制操作在液壓站操作臺上進行，液壓系統(tǒng)的最高工作壓力為70 MPa。主螺栓的拉伸是通過液壓系統(tǒng)自動完成。

在拉伸主螺栓時，液壓站同時給4臺拉伸機提供動力，同步對4根主螺栓進行拉伸。通過截止閥，也可以實現(xiàn)單獨操作。

（7）壓力容器螺栓拉伸操作流程

在主螺栓的拉伸過程中，中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司嚴(yán)格按照廠家提供的《C2反應(yīng)堆壓力容器附屬設(shè)備、主螺栓拉伸機安裝使用和維護說明書》中的要求，認(rèn)真執(zhí)行，從而保證了主螺栓安裝、拉伸工作的一次成功。

圖1 螺栓拉伸系統(tǒng)工作示意圖Fig.1 The working sketch of the bolt stretching system

1）提升螺栓拉伸機，將其置于主螺栓正上方，然后調(diào)整拉伸機以使其與主螺栓對位找正。

2）利用頂蓋吊具上的電動葫蘆下降拉伸機，當(dāng)拉伸機支承底部接觸到容器法蘭的上表面時停止。緩慢旋轉(zhuǎn)主螺母旋緊手柄，使拉伸機驅(qū)動套落入主螺母凹槽內(nèi)。

3）旋緊手輪將拉桿組件旋入主螺栓頭部。

4）當(dāng)拉桿旋至支承螺母與球面墊圈相接觸時，逆時針旋轉(zhuǎn)手輪1～1/2轉(zhuǎn)，這樣使支承螺母與球面墊圈間形成5 mm間隙。

5）將延伸測量儀（指示表）的刻度調(diào)整至零位。

6）確認(rèn)拉桿與主螺栓連接可靠后，按下“升壓按鈕”，拉伸組件通過球面墊圈傳遞給拉桿組件支撐螺母拉伸主螺栓，達到預(yù)定的壓力后自動停止升壓。

7）用主螺母旋緊手柄緊固螺母，當(dāng)主螺母接觸到墊圈時，給手柄以足夠的緊固力。

8）手柄的指示刻度顯示螺母的垂直位移量，在手柄上安裝的指示器的指針調(diào)至零位后，轉(zhuǎn)動手柄時可以觀察到螺母的旋轉(zhuǎn)程度。

9）從千分表上讀取并記錄主螺栓的拉伸量。

10）螺母緊固后，按“卸壓按鈕”，拉伸組件活塞返回，手動旋出拉桿組件與主螺栓的連接。

11）提升拉伸機，進行下一組螺栓的預(yù)緊，操作重復(fù)以上步驟。

（8）螺栓拉伸過程控制

根據(jù)主螺栓的預(yù)緊程序要求3臺或4臺拉伸機同步工作。

48根主螺栓用4臺拉伸機分為3組不同壓力等級進行對稱預(yù)緊，如果達不到預(yù)緊要求可進行調(diào)整，壓力等級從小到大逐級提高。

每組分3級不同壓力等級進行預(yù)緊，一級分3次預(yù)緊12個螺栓，二級分3次預(yù)緊12個螺栓，三級分6次預(yù)緊24個螺栓，預(yù)緊壓力等級從大到小逐級降低。

（9）拉伸機運行時注意事項

1）每次操作拉伸機時，不要忘記打開氣源。

2）拉桿僅在活塞返回到其初始位置后才可旋轉(zhuǎn)。

3）在拉桿沒有可靠地套在主螺栓上時，絕對禁止啟動泵啟動按鈕。

4）油箱中的液壓油一定要達到規(guī)定的液位高度。

5）在升壓操作時，活塞行程達到20～23 mm時報警器會報警，操作者應(yīng)立即按下泵停止按鈕。

6）切忌任意改變液壓閥的設(shè)定壓力。

7）在液壓裝置首次運行時，必須檢查電機旋轉(zhuǎn)方向。

8）高壓液壓軟管和氣壓軟管的拆卸操作，只能在確認(rèn)軟管內(nèi)無壓力時進行。

2.3 高效率的協(xié)調(diào)機制是順利實施的保障

任何周密的計劃都與實際情況存在差距，都需要及時對計劃進行調(diào)整，縮小計劃與工程進度的差距，并調(diào)動相關(guān)部門，才保證了項目按部就班的執(zhí)行。

C2項目壓力容器頂蓋開關(guān)的過程中，高效率在協(xié)調(diào)機制下得到了充分體現(xiàn)。各建設(shè)單位統(tǒng)一思路，以工程部為核心，各單位領(lǐng)導(dǎo)掛帥，每周一的總經(jīng)理例會，信息共享，有效地避免各建設(shè)單位因為信息不對稱造成的各自為政的混亂局面，明確責(zé)任人和完成時間，形成協(xié)調(diào)統(tǒng)一的格局，節(jié)省了寶貴的建設(shè)時間。

當(dāng)問題出現(xiàn)或需要幫助的時候，隨時隨地都可以找到相關(guān)人員進行溝通，現(xiàn)場商議、現(xiàn)場解決、現(xiàn)場執(zhí)行。比如，核工業(yè)第五建設(shè)有限公司在進行氣動管路系統(tǒng)的安裝過程中，發(fā)現(xiàn)管路接頭位置漏氣，氣壓上不去、保不住，工程部先是組織廠家服務(wù)人員找到了漏氣的位置和原因，進一步聯(lián)系采購部查找備件，從倉庫中尋找到了替代件，進而保證工序的進展，前后只用了幾個小時。

3 出現(xiàn)的問題

頂蓋開關(guān)的過程不僅是換料、大修的一個工序，也是對壓力容器及附屬設(shè)備進行在役檢查的重要過程。在此過程中，出現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)這樣那樣的問題是難免的。匯總C2項目以供借鑒。

3.1 換料水池鋼敷面酸洗鈍化造成腐蝕事件

由于C2項目壓力容器到貨拖期，換料水池的不銹鋼敷面施工不得不拖期。由于不具備時間窗口，所以直到壓力容器安裝、堆內(nèi)構(gòu)件對中、反應(yīng)堆頂蓋口蓋完成后，才開始進行換料水池的酸洗鈍化工作。中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司在酸洗時忽略了通風(fēng)，中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司忽視了對重要設(shè)備的防護和檢查，造成了壓力容器密封面、裝卸料機、吊具拉桿和驅(qū)動機構(gòu)導(dǎo)磁環(huán)大面積的嚴(yán)重腐蝕。后期不得不更換了全部的導(dǎo)磁環(huán)、部分裝卸料機的電器元件、對密封面進行除銹處理，造成經(jīng)濟損失及工期延誤。

項目施工組織，需要全面考慮，清楚各工序之間的聯(lián)系和邏輯關(guān)系以及帶來的后果，合理調(diào)整施工工序，從而避免此類事故出現(xiàn)。

3.2 驅(qū)動機構(gòu)磁軛線圈更換

按照調(diào)試程序，驅(qū)動機構(gòu)的磁軛線圈在安裝前需要對電氣部件的絕緣性進行復(fù)驗。雖然設(shè)備出廠時所有的檢測工作均已經(jīng)檢測過，并有完整的測試報告，但中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司為了提高效率，在安裝前沒有對全部磁軛線圈進行此類檢查。在調(diào)試過程中，秦山調(diào)試隊發(fā)現(xiàn)磁軛線圈的A1-1阻值超標(biāo)。

最后，在不改變一回路壓力邊界的環(huán)境下，進行了更換。

3.3 換料水池密封構(gòu)件配套問題

水池底部密封構(gòu)件安裝完成后，進行密封性試驗時泄露。

原因：1）廠型架焊接引起水池下部法蘭及鋼敷面變形；2）O形密封圈密封問題無效；3）廠型架螺孔與預(yù)埋件螺孔不同心；4）廠型架緊固螺桿強度不夠。由于廠型架焊接后，換料水池密封構(gòu)件將不能拆卸和維修，只能尋找其他解決辦法。經(jīng)過與廠家溝通后，決定：1）擴大廠型架螺孔，調(diào)整與預(yù)埋件螺孔同心度；2）更換更大規(guī)格O形密封圈（由φ18 mm改為φ20 mm），并對O形密封圈的硬度進行減低，有效提高密封面。

經(jīng)過上述改造，水池密封試驗工作得以順利完成。

3.4 主螺栓磕碰問題

主螺栓拉伸過程中，21號、26號螺栓螺紋偏緊，需要較大力矩才可以旋緊。核動力運行研究所在對主螺栓進行超聲、渦流檢查時發(fā)現(xiàn)部分螺栓頂部螺紋有磕碰現(xiàn)象，雖不影響螺栓的使用，但與設(shè)計要求還是存在偏差。這完全是操作疏忽造成的，采取如下措施可以避免：1）加強主螺栓的成品保護；2）安裝運輸主螺栓時，輕拿輕放；3）加強檢查和監(jiān)管。

3.5 中子測量管內(nèi)異物

為了保證裝料前壓力容器及堆內(nèi)構(gòu)件無異物，核動力運行研究所利用內(nèi)窺鏡對所有的中子測量管進行了全面檢查，最后發(fā)現(xiàn)了一個直徑10 mm的金屬片并清除。

此事值得重視，任何異物若不清除，勢必給中子通量管的安裝帶來影響，亦將給反應(yīng)堆的正常運行帶來重大隱患。因此，設(shè)備安裝前對設(shè)備開口部分進行檢查和保護，是設(shè)備安全的有效保證。

3.6 反應(yīng)堆測溫管座泄露

頂蓋恢復(fù)后，進行一回路密封試驗時發(fā)現(xiàn)測溫管座泄露。經(jīng)過多次調(diào)整，問題依然無法消除，拆開測溫管法蘭后發(fā)現(xiàn)該處的蝶形密封墊已嚴(yán)重變形，失去了密封作用。

密封墊變形是由于熱試時高溫產(chǎn)生的。每次換料、大修或開關(guān)頂蓋時，均需更換該墊片。

4 結(jié)束語

任何工程項目的實施，失誤都是在所難免的。

雖然C2項目的組織施工已經(jīng)準(zhǔn)備得很充分，有很多經(jīng)驗值得借鑒，但是，仍暴露出很多的問題。這里面有的問題是設(shè)計的原因（像水池底部O形密封圈）、有的是工程管理造成的（像驅(qū)動機構(gòu)銹蝕）、有的是安裝人員的責(zé)任心（主螺栓的磕碰）、有的是制造的原因（像水池底部廠型架對中）等，產(chǎn)生問題的原因各種各樣，可以提高的地方還有很多。

[1] 上海核工程研究設(shè)計院.反應(yīng)堆壓力容器使用說明書. PC2-RV-001-SM.（Shanghai nuclear engineering research and design institute. Instruction manual of Reactor Pressure Vessel. PC2-RV-001-SM.)

Process Control of the Canopy Switch of Reactor Pressure Vessel

JIANG Yan-jun
(China Zhongyuan Engineering Corp.，Shanghai 200233，China)

The canopy switch of reactor pressure vessel (RPV) is a key and trivial work process but easy to be neglected. Since it usually has not been paid much attention in the construction of nuclear power plants, lots of problems were encountered. For CHASNUPP 2 (C2), these problems were avoided for full preparation. There are many good practices and experience to be summarized and taken reference.

RPV；canopy switch；main bolt；bolt stretching

TM623 Article character: A Article ID:1674-1617(2013)02-0148-05

TM623

A

1674-1617(2013)02-0148-05

2013-04-11

蔣嚴(yán)軍（1969—），男，黑龍江人，高級工程師，從事核電機械類產(chǎn)品的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試及管理工作。