CNP650機組壓力容器螺栓拉伸過程問題與處理

顧新榮，孫 超

（海南核電有限公司，海南昌江 572733）

0 引言

CNP650 機組反應堆壓力容器采用單體式螺栓拉伸機，通過對法蘭螺栓加載預緊力形成密封效果。該部位是一回路系統的壓力邊界，螺栓拉伸操作必須做到精準無誤；同時該過程也是核電機組大修的關鍵路徑，必須保證螺栓拉伸的迅速高效。而單體式螺栓拉伸機系統結構復雜、操作邏輯性強，并且受彈性交互影響，拉伸技術難度大，在現場實際操作中，容易出現拉伸機不可用或者拉伸數據不合格的情況，因此對于這些問題的深入分析是有很有必要的。

1 拉伸操作介紹

CNP650 核電機組采用單體式拉伸機，整個系統由4 臺單體式拉伸機及1 臺液壓站通過若干液壓管線及電纜連接。4 臺拉伸機在壓力容器頂蓋法蘭上呈90°布置，操作人員在20 m 平臺液壓站上完成整體控制。螺栓拉伸系統構成如圖1 所示。

整個螺栓拉伸過程采用三遍式加載，分別為目標值的60%、80%、100%。壓力容器頂蓋共56 顆螺栓，在拉伸時將它們分成14 組，十字對稱的四顆螺栓為1 組，為了達到均勻加載的目的，對每組進行拉伸排序，螺栓拉伸分組見表1。

2 拉伸過程問題

2.1 拉伸機液壓系統無法建立壓力

螺栓拉伸過程中，在升壓時低壓向高壓切換的過程中，高壓無法升壓。導致拉伸機液壓系統無法建立壓力。出現該問題主要有兩種原因：第一，油管沒有接好，導致油路不通；第二，壓力傳感器松動，導致高壓向低壓切換的信號無法給出。

圖1 螺栓拉伸系統構成

現場在出現拉伸機液壓系統低壓向高壓切換的過程中無法升壓時，首先需將液壓系統停運，并將管道中的壓力降為0，重新拆除管道檢查，確認管道接頭連接到位；其次檢查液壓站上的壓力傳感器有無松動或者損壞情況，如有則需緊固或者更換。

2.2 拉伸機液壓系統無法泄壓

在拉伸過程中，如果出現升壓時螺栓拉伸機液壓站工作正常，但是泄壓時出現無法泄壓或壓力泄到某值卻無法再繼續泄壓的情況，會產生泄壓超時報警。出現該問題的主要原因是油管沒有接好導致。高壓油管內有單向閥，當兩油管正常連接才能打開，如油管接頭出現虛接，就會導致油管油路不暢。在單向閥的作用下，雖然可以正常升壓，但是泄壓時卻會無法正常動作。

表1 螺栓拉伸分組

針對該情況，現場首先停止升壓操作，通過就地拉伸機上的壓力顯示確認哪臺拉伸機問題。找到故障點后，用扳手逐步松開拉伸機上的油管接頭，將油緩慢放出，觀察液壓站壓力降為0。然后，拆除拉伸機的所有油管重新連接，連接時再次檢查確認各個接頭自然鎖緊到位。

2.3 拉伸機液壓缸超行程故障

該問題常見原因是拉伸螺母的鎖緊銷松動，長期以往螺母逐步上移，導致拉伸機升壓過程中液壓缸行程超差，觸發超行程限位報警。解決方法是松開鎖緊銷，重新調整拉伸螺母位置并鎖緊。

2.4 螺栓安裝高度超差導致拉伸機無法落座

出現該問題的原因是：在旋入螺栓過程中未嚴格執行旋入深度在217 mm 并退出1/4 圈的操作，并且最后未對螺栓高度做統一檢查，致使拉伸機在落座時筒體會直接卡在相鄰螺栓的頂部。

解決方式如下：以假設拉伸機P2 階段，STEP7 拉伸過程中發現24#螺栓拉伸機無法落座，檢查發現拉伸機卡在23#螺栓頂部情況為例。①中斷STEP7 拉伸操作，打開拉伸機卡盤后，將拉伸機重新起吊并坐落于9#、23#、37#、51#螺栓（STEP10 組）；②在拉伸機完成對中后，在原設定值基礎上增加10 MPa 進行升壓，使用拉伸機手動撥齒工具，旋出23#螺母至與球面墊圈有2 mm左右間隙；③拉伸機直接卸壓，復位活塞打開卡盤后將拉伸機吊離；④使用螺栓手動工具將23#螺栓重新旋入到底后回退1/4圈；⑤再次就位該組拉伸機，使用P1 階段STEP10 液壓值對該組螺栓重新進行拉伸；⑥繼續P2 階段STEP7 拉伸操作。

2.5 螺栓球面墊片裝反導致拉伸數據異常

正常情況下墊片安裝時球面朝上，與螺母下表面（球面結構）配合。如果在壓力容器關蓋期間安裝螺栓時裝反，將導致兩者無法自動對中鎖緊，墊片在受力后發生徑向偏移，造成螺栓拉伸過程中測量數據異常，表現為橫向比較有差異，自身縱向比較不服從胡克定律。

解決方法如下：以P2 階段數據測量時45#螺栓拉伸值異常，檢查發現球面墊片裝反為例。①將拉伸機重新就位在3#、17#、31#、45#螺栓，修改液壓站關蓋程序，在原液壓設定值基礎上增加10 MPa 進行升壓，使用手動撥齒工具將45#螺母旋出至與球面墊圈有2 mm 左右間隙；②拉伸機直接卸壓，復位活塞打開卡盤后將拉伸機吊離；③手動完全旋出45#螺母，將墊片調整方向后重新安裝；④手動旋緊螺母至與墊片貼合；⑤將拉伸機再次就位在3#、17#、31#、45#螺栓，修改回原關蓋程序，使用P2 階段STEP5 組液壓值重新拉伸。

2.6 螺栓拉伸數值超差

2.6.1 第二遍拉伸后數值驗算

從第二編拉伸開始，需要對殘余拉伸量做重點關注，使用雷達圖法檢查有無異常螺栓，并對它們的P3 液壓值進行驗算和提前調整，以防止第三遍拉伸后超差。這一步很關鍵，如果第三遍拉伸量不在合格范圍，需要進行第四次調整拉伸，既延長了主線工作時間，也增加了不必要的人員受照劑量。甚至一旦拉伸量超出上限，會直接改變C 型密封環的有效回彈量曲線，影響壓力容器的密封性能。如何檢查調整，以第二遍拉伸后獲得如下拉伸分布曲線為例（圖2）。

圖2 第二遍拉伸分布曲線舉例

可以看出，STEP9 組螺栓2#、16#、30#、44#螺栓拉伸值偏高，其他螺栓整體曲線較為均勻，使用胡克定律對該組螺栓的P3液壓值進行驗算：

式中［P（2）9］——第二遍第9 組拉伸液壓值矩陣，MPa

［R（2）9］——第二遍第9 組殘余拉伸值矩陣，mm

［P（3）9］t——第三遍第9 組計算拉伸液壓值矩陣，MPa

［R（3）9］t——第三遍第9 組目標拉伸值矩陣，mm

通過計算，得出結果見表2。

因此對拉伸機的程序進行需改，將P3 STEP9 組的液壓值調整為65.5 MPa。同理對其他螺栓進行驗算，檢查偏差ΔP 是否為正值，否則做相應調整。

2.6.2 第三遍拉伸后最終調整

經過三遍拉伸后，希望得到的拉伸曲線介于1.31±1.05 mm區間，如果出現偏差就需要進行最終調整，然而偏差很可能不在同一組螺栓上，這時需要重新對不合格螺栓進行組對，以獲得最少的調整次數。

一般情況下P3 殘余拉伸量有歷史拉伸數據的借鑒，偏差不會太大，每個螺栓的偏差也有所區別，無法通過修改液壓值做統一調整，這時可以使用手動撥齒工具進行逐個微調，等效調整關系為1Groove≈0.02 mm。具體如何操作，以第三遍拉伸后獲得如下拉伸分布曲線為例（圖3）。

從第三遍拉伸曲線來看，2#、17#、28#、29#、41#、43#拉伸值超差，在進行分組調整時要考慮兩個因素，一個是拉伸機布置要使得壓力容器法蘭受力平衡，盡可能達到十字對稱結構，二是相鄰拉伸機不能間距過小避免它們吊裝時相互干涉。因此可以形成布置如下：

表2 第三遍拉伸液壓值調整

圖3 第三遍拉伸分布曲線舉例

分組一：2#、17#、28#、42#，液壓值可以取這4 顆螺栓在第三遍拉伸時的最大液壓值再加50 bar，以保證調整所需的間隙。調整結果如圖4 所示。第三遍拉伸液壓值調整見表3。

圖4 分組一布置

分組二：2#、18#、28#、40#，其中2#、28#在分組一調整后拉伸機位置保持不動，二次調整結果如圖5 所示。第三遍拉伸液壓值調整見表4。

表3 第三遍拉伸液壓值調整

圖5 分組二布置

表4 第三遍拉伸液壓值調整

3 結束語

總結CNP650 機組反應堆壓力容器螺栓拉伸過程中一些比較重要的問題，既分析了產生原因，也給出了解決措施，問題的處理對螺栓拉伸過程的安全性、經濟性有著十分重要的意義，同時也為類似工作的開展提供了切實可行的借鑒方法。但也存在一些不足，比如以上問題點的提出較為分散，沒有系統化的總結，部分問題的分析不夠深入，沒有從源頭上得到解決，這些將作為后續的研究方向進行完善。