整體式主螺栓拉伸機在VVER 核電機組的應用

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，核反應堆裝置為B-428 型壓水反應堆。相比于國內其他壓水堆核電機組，VVER（Water-Water Energetic Reactor，水—水高能反應堆）機組反應堆壓力容器法蘭密封結構有較大不同：主密封面布置有兩道橫截面為V 形的密封槽，密封槽內安裝材質為鎳，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形支撐、拉伸裝置、機械手、液壓系統、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、控制及顯示系統等部分組成。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，保持液壓系統壓力；使用扳手擰緊主螺母，最后液壓系統泄壓。主螺栓的拉伸過程主要通過液壓系統壓力進行控制。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點[1]：使用一個液壓系統，因此螺栓受力均勻；通過精確控制螺栓剩余伸長量實現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，作業效率高。整體式主螺栓拉伸機在核電廠壓力容器開關蓋中得到廣泛運用[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，設備閘門的尺寸相對較小，組裝后的拉伸機不能通過設備閘門。所以，拉伸機（含試驗臺架）需要先拆卸為兩個半圓（環）形然后才能運輸進入反應堆廠房，再在反應堆廠房進行組裝，包括環形支撐組對、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 個環路，主泵、蒸汽發生器、反應堆本體檢修、核燃料運輸等[3]活動均在反應堆大廳內進行，大廳內檢修場地十分緊張，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，實現對主螺栓的提升、下落、擰進、擰出、主螺栓重量補償等功能。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，機械手作業效率提高了一倍。

（2）吊裝與調平方案優化。拉伸機初始吊裝方案為：環吊與萬用吊具連接，萬用吊具下方連接3 根剛性桿，剛性桿與拉伸機連接，拉伸機水平度的調整通過調整調節剛性桿上的花籃螺母實現。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，作業效率極低，同時多次提升和下落螺栓拉伸機增加刮傷設備的風險。用吊帶和液壓可調吊具取代原有的剛性桿后，實現了吊裝狀態下的水平度在線調整，提升了吊裝效率。

（3）主螺栓伸長量測量優化。一期工程拉伸機原始設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測螺栓伸長量，液壓系統泄壓后直接顯示剩余伸長量[4]。

2.2.2 二期工程拉伸機結構優化

在一期工程拉伸機的基礎上，二期拉伸機進行了進一步優化：①改變拉伸機支撐腿的結構和位置，運輸組裝過程中無需拆裝支撐腿；②根據一期拉伸機使用經驗，用于調整拉伸單元位置的調整缸基本不使用，因此取消了調整缸；③為消除氣源品質對拉伸機的影響，優化液壓系統的所有氣動元件，螺母扳手的動力源由氣動優化為電動，整個拉伸機不再使用氣源。

3 在VVER 機組的應用反饋及建議

3.1 二期工程拉伸機設計優化不適用

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，修改了部分作業流程。重要專用工具的設計改進需經過工具使用部門必要的設計審查，特別是非設備制造廠供貨的專用工具，以滿足現場實際需求。

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使用的是一期工程的拉伸機，密封作業未出現異常。T302 大修執行解密封前主螺栓拉伸機環形支撐無法安裝到頂蓋上。經核實不能就位的原因是：T302 大修使用的是二期拉伸機，環形支撐底部有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，整個過程耽誤大修關鍵路徑時間約30 h。

建議：對于多機組同一堆型的廠址，專用工具間應具備兼容性，相互備用。

3.3 壓力容器頂蓋發生輕微偏移

VVER 機組通過在頂蓋Ⅰ軸和Ⅲ軸位置加裝兩個對中導向實現頂蓋環向和徑向的精確定位，對中導向的調整塊在設備首次安裝時進行調整并焊接固定。田灣核電站3 號機組熱試結束壓力容器解密封前，維修部門發現Ⅲ軸位置的頂蓋對中導向無法安裝到位。經核實原因為：在冷試裝堆階段，頂蓋精確就位在反應堆豎井后拆除了對中導向，使用主螺栓拉伸機執行了壓力容器密封作業，在這過程中頂蓋向Ⅲ軸方向發生了輕微偏移。

建議：VVER 機組壓力容器在密封過程中，應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

拉伸機執行VVER 機組壓力容器密封作業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整。

建議：后續對螺栓支撐架進行優化改進，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。

建議：后續VVER 機組在土建設計階段，應考慮增大設備閘門尺寸的可行性，以便整體拉伸機能整體進出反應堆廠房。

4 結束語

主螺栓拉伸機是核電站反應堆開關蓋的關鍵專用工具，而整體式主螺栓拉伸機憑借其突出優點在VVER 機組得到了良好運用，有效縮短了機組換料大修工期，創造了良好經濟效益。不過，還需要在后續工程實踐中不斷積累經驗，開展持續優化，以提高VVER 機組反應堆開關蓋的工作效率。