李高超

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000）

0 引言

田灣核電站1 號(hào)～4 號(hào)機(jī)組采用俄羅斯VVER-1000 型核電機(jī)組，核反應(yīng)堆裝置為B-428 型壓水反應(yīng)堆。相比于國內(nèi)其他壓水堆核電機(jī)組，VVER（Water-Water Energetic Reactor，水—水高能反應(yīng)堆）機(jī)組反應(yīng)堆壓力容器法蘭密封結(jié)構(gòu)有較大不同：主密封面布置有兩道橫截面為V 形的密封槽，密封槽內(nèi)安裝材質(zhì)為鎳，直徑為5 mm 的金屬密封圈；主密封件由54 根主螺栓、54 個(gè)主螺母、54 套凹凸球墊片、2 道鎳密封圈組成。為保證壓力容器法蘭的密封性，主密封件使用整體式主螺栓拉伸機(jī)實(shí)現(xiàn)拉伸預(yù)緊，主螺栓的剩余伸長量要求為2.2±0.1 mm。

1 整體式主螺栓拉伸機(jī)工作原理及特點(diǎn)

整體式主螺栓拉伸機(jī)由環(huán)形支撐、拉伸裝置、機(jī)械手、液壓系統(tǒng)、主螺栓伸長量測(cè)量裝置、主螺栓及主螺母適配器、主螺母扳手、動(dòng)力系統(tǒng)、控制及顯示系統(tǒng)等部分組成。壓力容器密封過程如下：主螺栓拉伸機(jī)安裝在壓力容器頂蓋上，拉伸單元與主螺栓上部的梯形拉伸螺紋咬合連接；液壓泵通過高壓油管將液壓油同步送至54 套拉伸單元并建立一定的壓力，在這一過程中拉伸單元同步拉伸54 根主螺栓至目標(biāo)值，保持液壓系統(tǒng)壓力；使用扳手?jǐn)Q緊主螺母，最后液壓系統(tǒng)泄壓。主螺栓的拉伸過程主要通過液壓系統(tǒng)壓力進(jìn)行控制。解密封與密封過程類似，將主螺栓拉伸至目標(biāo)值，擰松主螺母。機(jī)械手可以在環(huán)形支撐上行走，可對(duì)每根主螺栓進(jìn)行提升與下降、擰出與擰進(jìn)等操作。

整體式主螺栓拉伸機(jī)擁有較多優(yōu)點(diǎn)[1]：使用一個(gè)液壓系統(tǒng)，因此螺栓受力均勻；通過精確控制螺栓剩余伸長量實(shí)現(xiàn)螺栓預(yù)緊力的精確控制；所有螺栓同步拉伸，主螺栓全自動(dòng)擰進(jìn)、擰出，作業(yè)效率高。整體式主螺栓拉伸機(jī)在核電廠壓力容器開關(guān)蓋中得到廣泛運(yùn)用[2]。目前，田灣核電站每兩臺(tái)機(jī)組配備一臺(tái)整體式主螺栓拉伸機(jī)。

2 田灣核電站在VVER 核電機(jī)組的改進(jìn)

2.1 田灣核電站主螺栓拉伸機(jī)的特點(diǎn)

田灣核電站采用雙層安全殼，設(shè)備閘門的尺寸相對(duì)較小，組裝后的拉伸機(jī)不能通過設(shè)備閘門。所以，拉伸機(jī)（含試驗(yàn)臺(tái)架）需要先拆卸為兩個(gè)半圓（環(huán)）形然后才能運(yùn)輸進(jìn)入反應(yīng)堆廠房，再在反應(yīng)堆廠房進(jìn)行組裝，包括環(huán)形支撐組對(duì)、油管連接、機(jī)械手的安裝、電纜的安裝等。為保證拉伸機(jī)的工作性能，組裝后的拉伸機(jī)需要進(jìn)行臺(tái)架模擬試驗(yàn)。

VVER 機(jī)組一回路布置有4 個(gè)環(huán)路，主泵、蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆本體檢修、核燃料運(yùn)輸?shù)萚3]活動(dòng)均在反應(yīng)堆大廳內(nèi)進(jìn)行，大廳內(nèi)檢修場(chǎng)地十分緊張，沒有存放主螺栓架的專用存放場(chǎng)地。拉伸機(jī)解除密封后主螺栓不能與拉伸機(jī)一起拆除，而是繼續(xù)留在頂蓋上。密封過程是提前將主螺栓就位在頂蓋上。

2.2 主螺栓拉伸機(jī)的優(yōu)化改進(jìn)

2.2.1 一期工程拉伸機(jī)機(jī)改造

田灣核電站一期工程主螺栓拉伸機(jī)是德國Wenutec GmbH公司于20 世紀(jì)初制造的，型號(hào)為MST 54/8000-DR1000。作為世界上較早設(shè)計(jì)的整體式主螺栓拉伸機(jī)，其存在一些不足，為提升工作效率，田灣核電站在使用過程中對(duì)其進(jìn)行了一系列的優(yōu)化改進(jìn)。

（1）機(jī)械手改造。原始拉伸機(jī)配備兩臺(tái)機(jī)械手，每臺(tái)機(jī)械手配置一根工作桿，實(shí)現(xiàn)對(duì)主螺栓的提升、下落、擰進(jìn)、擰出、主螺栓重量補(bǔ)償?shù)裙δ堋樘嵘ぷ餍?，?duì)機(jī)械手機(jī)械進(jìn)行了改造，每臺(tái)機(jī)械手配置兩根工作桿，拉伸機(jī)操作畫面采用雙顯示器，允許兩人獨(dú)立操作機(jī)械手，機(jī)械手作業(yè)效率提高了一倍。

（2）吊裝與調(diào)平方案優(yōu)化。拉伸機(jī)初始吊裝方案為：環(huán)吊與萬用吊具連接，萬用吊具下方連接3 根剛性桿，剛性桿與拉伸機(jī)連接，拉伸機(jī)水平度的調(diào)整通過調(diào)整調(diào)節(jié)剛性桿上的花籃螺母實(shí)現(xiàn)。主螺栓拉伸機(jī)直徑達(dá)4 m，吊裝時(shí)水平度要求小于等于5 mm，為調(diào)整花籃螺母需要多次在試驗(yàn)臺(tái)架上起吊和下落拉伸機(jī)，直到滿足水平度要求，操作繁瑣，作業(yè)效率極低，同時(shí)多次提升和下落螺栓拉伸機(jī)增加刮傷設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。用吊帶和液壓可調(diào)吊具取代原有的剛性桿后，實(shí)現(xiàn)了吊裝狀態(tài)下的水平度在線調(diào)整，提升了吊裝效率。

（3）主螺栓伸長量測(cè)量優(yōu)化。一期工程拉伸機(jī)原始設(shè)計(jì)的主螺栓剩余伸長量方法為手動(dòng)測(cè)量拉伸前后主螺栓的長度，剩余伸長量為兩次測(cè)量值之差，該方法測(cè)量時(shí)間長、測(cè)量誤差較大。優(yōu)化后螺栓伸長量測(cè)量為自動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量，在螺栓拉伸前安裝測(cè)量表，螺栓拉伸過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)螺栓伸長量，液壓系統(tǒng)泄壓后直接顯示剩余伸長量[4]。

2.2.2 二期工程拉伸機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在一期工程拉伸機(jī)的基礎(chǔ)上，二期拉伸機(jī)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化：①改變拉伸機(jī)支撐腿的結(jié)構(gòu)和位置，運(yùn)輸組裝過程中無需拆裝支撐腿；②根據(jù)一期拉伸機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)，用于調(diào)整拉伸單元位置的調(diào)整缸基本不使用，因此取消了調(diào)整缸；③為消除氣源品質(zhì)對(duì)拉伸機(jī)的影響，優(yōu)化液壓系統(tǒng)的所有氣動(dòng)元件，螺母扳手的動(dòng)力源由氣動(dòng)優(yōu)化為電動(dòng)，整個(gè)拉伸機(jī)不再使用氣源。

3 在VVER 機(jī)組的應(yīng)用反饋及建議

3.1 二期工程拉伸機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化不適用

二期工程拉伸機(jī)支撐腿與頂蓋導(dǎo)向干涉，提供了不適宜VVER 機(jī)組的主螺栓存放架，修改了部分作業(yè)流程。重要專用工具的設(shè)計(jì)改進(jìn)需經(jīng)過工具使用部門必要的設(shè)計(jì)審查，特別是非設(shè)備制造廠供貨的專用工具，以滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求。

3.2 主螺栓拉伸機(jī)不能互換使用

田灣核電站T301 大修壓力容器密封作業(yè)使用的是一期工程的拉伸機(jī)，密封作業(yè)未出現(xiàn)異常。T302 大修執(zhí)行解密封前主螺栓拉伸機(jī)環(huán)形支撐無法安裝到頂蓋上。經(jīng)核實(shí)不能就位的原因是：T302 大修使用的是二期拉伸機(jī)，環(huán)形支撐底部有4 個(gè)孔直徑相對(duì)較小，同時(shí)部分凹凸球墊片有不同程度的錯(cuò)位。一期拉伸機(jī)環(huán)形支撐底部的孔直徑相對(duì)較大，更換為一期拉伸機(jī)后順利完成了壓力容器解密封作業(yè)，整個(gè)過程耽誤大修關(guān)鍵路徑時(shí)間約30 h。

建議：對(duì)于多機(jī)組同一堆型的廠址，專用工具間應(yīng)具備兼容性，相互備用。

3.3 壓力容器頂蓋發(fā)生輕微偏移

VVER 機(jī)組通過在頂蓋Ⅰ軸和Ⅲ軸位置加裝兩個(gè)對(duì)中導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)頂蓋環(huán)向和徑向的精確定位，對(duì)中導(dǎo)向的調(diào)整塊在設(shè)備首次安裝時(shí)進(jìn)行調(diào)整并焊接固定。田灣核電站3 號(hào)機(jī)組熱試結(jié)束壓力容器解密封前，維修部門發(fā)現(xiàn)Ⅲ軸位置的頂蓋對(duì)中導(dǎo)向無法安裝到位。經(jīng)核實(shí)原因?yàn)椋涸诶湓囇b堆階段，頂蓋精確就位在反應(yīng)堆豎井后拆除了對(duì)中導(dǎo)向，使用主螺栓拉伸機(jī)執(zhí)行了壓力容器密封作業(yè)，在這過程中頂蓋向Ⅲ軸方向發(fā)生了輕微偏移。

建議：VVER 機(jī)組壓力容器在密封過程中，應(yīng)保證頂蓋對(duì)中導(dǎo)向安裝在頂蓋上。

3.4 主螺栓支撐架不具備定位功能

拉伸機(jī)執(zhí)行VVER 機(jī)組壓力容器密封作業(yè)前通過支撐架將主螺栓支撐在頂蓋通孔位置，目前支撐架只有支撐主螺栓功能，不具備精確定位能力，部分主螺栓將偏離正中心位置，主螺栓拉伸機(jī)就位到頂蓋過程中較困難，需對(duì)偏離中心位置的主螺栓進(jìn)行調(diào)整。

建議：后續(xù)對(duì)螺栓支撐架進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，增加定位功能。

3.5 整體式拉伸機(jī)不能整體運(yùn)輸

VVER 核電機(jī)組受設(shè)備閘門尺寸限制，整體式拉伸機(jī)不能整體運(yùn)輸，增加了拉伸機(jī)運(yùn)輸難度和組裝時(shí)間，增加液壓油管接頭拆裝次數(shù)。

建議：后續(xù)VVER 機(jī)組在土建設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮增大設(shè)備閘門尺寸的可行性，以便整體拉伸機(jī)能整體進(jìn)出反應(yīng)堆廠房。

4 結(jié)束語

主螺栓拉伸機(jī)是核電站反應(yīng)堆開關(guān)蓋的關(guān)鍵專用工具，而整體式主螺栓拉伸機(jī)憑借其突出優(yōu)點(diǎn)在VVER 機(jī)組得到了良好運(yùn)用，有效縮短了機(jī)組換料大修工期，創(chuàng)造了良好經(jīng)濟(jì)效益。不過，還需要在后續(xù)工程實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，開展持續(xù)優(yōu)化，以提高VVER 機(jī)組反應(yīng)堆開關(guān)蓋的工作效率。