整體式主螺栓拉伸機在VVER 核電機組的應(yīng)用

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～4 號機組采用俄羅斯VVER-1000 型核電機組，核反應(yīng)堆裝置為B-428 型壓水反應(yīng)堆。相比于國內(nèi)其他壓水堆核電機組，VVER（Water-Water Energetic Reactor，水—水高能反應(yīng)堆）機組反應(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實現(xiàn)拉伸預緊，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工作原理及特點

整體式主螺栓拉伸機由環(huán)形支撐、拉伸裝置、機械手、液壓系統(tǒng)、主螺栓伸長量測量裝置、主螺栓及主螺母適配器、主螺母扳手、動力系統(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 根主螺栓至目標值，保持液壓系統(tǒng)壓力；使用扳手擰緊主螺母，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)壓力進行控制。解密封與密封過程類似，將主螺栓拉伸至目標值，擰松主螺母。機械手可以在環(huán)形支撐上行走，可對每根主螺栓進行提升與下降、擰出與擰進等操作。

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

2 田灣核電站在VVER 核電機組的改進

2.1 田灣核電站主螺栓拉伸機的特點

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

VVER 機組一回路布置有4 個環(huán)路，主泵、蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆本體檢修、核燃料運輸?shù)萚3]活動均在反應(yīng)堆大廳內(nèi)進行，大廳內(nèi)檢修場地十分緊張，沒有存放主螺栓架的專用存放場地。拉伸機解除密封后主螺栓不能與拉伸機一起拆除，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 主螺栓拉伸機的優(yōu)化改進

2.2.1 一期工程拉伸機機改造

田灣核電站一期工程主螺栓拉伸機是德國Wenutec GmbH公司于20 世紀初制造的，型號為MST 54/8000-DR1000。作為世界上較早設(shè)計的整體式主螺栓拉伸機，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其進行了一系列的優(yōu)化改進。

（1）機械手改造。原始拉伸機配備兩臺機械手，每臺機械手配置一根工作桿，實現(xiàn)對主螺栓的提升、下落、擰進、擰出、主螺栓重量補償?shù)裙δ?。為提升工作效率，對機械手機械進行了改造，每臺機械手配置兩根工作桿，拉伸機操作畫面采用雙顯示器，允許兩人獨立操作機械手，機械手作業(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，剛性桿與拉伸機連接，拉伸機水平度的調(diào)整通過調(diào)整調(diào)節(jié)剛性桿上的花籃螺母實現(xiàn)。主螺栓拉伸機直徑達4 m，吊裝時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臺架上起吊和下落拉伸機，直到滿足水平度要求，操作繁瑣，作業(yè)效率極低，同時多次提升和下落螺栓拉伸機增加刮傷設(shè)備的風險。用吊帶和液壓可調(diào)吊具取代原有的剛性桿后，實現(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）主螺栓伸長量測量優(yōu)化。一期工程拉伸機原始設(shè)計的主螺栓剩余伸長量方法為手動測量拉伸前后主螺栓的長度，剩余伸長量為兩次測量值之差，該方法測量時間長、測量誤差較大。優(yōu)化后螺栓伸長量測量為自動實時測量，在螺栓拉伸前安裝測量表，螺栓拉伸過程中實時監(jiān)測螺栓伸長量，液壓系統(tǒng)泄壓后直接顯示剩余伸長量[4]。

2.2.2 二期工程拉伸機結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在一期工程拉伸機的基礎(chǔ)上，二期拉伸機進行了進一步優(yōu)化：①改變拉伸機支撐腿的結(jié)構(gòu)和位置，運輸組裝過程中無需拆裝支撐腿；②根據(jù)一期拉伸機使用經(jīng)驗，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)對拉伸機的影響，優(yōu)化液壓系統(tǒng)的所有氣動元件，螺母扳手的動力源由氣動優(yōu)化為電動，整個拉伸機不再使用氣源。

3 在VVER 機組的應(yīng)用反饋及建議

3.1 二期工程拉伸機設(shè)計優(yōu)化不適用

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

3.2 主螺栓拉伸機不能互換使用

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，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環(huán)形支撐無法安裝到頂蓋上。經(jīng)核實不能就位的原因是：T302 大修使用的是二期拉伸機，環(huán)形支撐底部有4 個孔直徑相對較小，同時部分凹凸球墊片有不同程度的錯位。一期拉伸機環(huán)形支撐底部的孔直徑相對較大，更換為一期拉伸機后順利完成了壓力容器解密封作業(yè)，整個過程耽誤大修關(guān)鍵路徑時間約30 h。

建議：對于多機組同一堆型的廠址，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 機組通過在頂蓋Ⅰ軸和Ⅲ軸位置加裝兩個對中導向?qū)崿F(xiàn)頂蓋環(huán)向和徑向的精確定位，對中導向的調(diào)整塊在設(shè)備首次安裝時進行調(diào)整并焊接固定。田灣核電站3 號機組熱試結(jié)束壓力容器解密封前，維修部門發(fā)現(xiàn)Ⅲ軸位置的頂蓋對中導向無法安裝到位。經(jīng)核實原因為：在冷試裝堆階段，頂蓋精確就位在反應(yīng)堆豎井后拆除了對中導向，使用主螺栓拉伸機執(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 機組壓力容器在密封過程中，應(yīng)保證頂蓋對中導向安裝在頂蓋上。

3.4 主螺栓支撐架不具備定位功能

拉伸機執(zhí)行VVER 機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，主螺栓拉伸機就位到頂蓋過程中較困難，需對偏離中心位置的主螺栓進行調(diào)整。

建議：后續(xù)對螺栓支撐架進行優(yōu)化改進，增加定位功能。

3.5 整體式拉伸機不能整體運輸

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

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

4 結(jié)束語

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