VVER 機組主螺栓拆除困難故障處理及優化措施

蘭曉偉

（江蘇核電有限公司駐歐設備采購監造隊，江蘇連云港 222000）

1 VVER 機組主螺栓

田灣核電站采用俄羅斯VVER-1000 型壓水堆機組，反應堆的類型為V-428，通過54 個主螺栓和鎳墊圈實現反應堆壓力容器與頂蓋之間的密封。反應堆壓力容器主螺栓孔、主螺母和墊片共同配合，為反應堆壓力容器與反應堆上部組件之間的密封提供預緊力，預緊力通過力學傳遞作用于主密封圈，進而實現反應堆主密封面密封功能。

1.1 主螺栓的功能

用于連接反應堆壓力容器與反應堆上部組件，并為反應堆壓力容器主結合面密封提供必要的預緊力。

1.2 主螺栓結構

田灣核電站1 號、2 號機組主螺栓是可拉伸型螺栓，由主螺栓本體、頂部絲堵及墊片、套筒、中心測量桿、底部絲堵及墊片組成，螺栓全長1950 mm，單體質量306 kg，結構如圖1 所示。

圖1 主螺栓結構

1.3 主螺栓工作原理

利用螺栓拉伸機在主螺栓的彈性變形范圍內對54 根主螺栓進行整體拉伸，拉伸過程中緊固主螺母，螺母緊固后卸載螺栓拉伸機的拉伸力。此時，主螺栓底部被固定不動，頂部拉伸后被主螺母固定，主螺栓在主螺母和反應堆壓力容器的共同作用下，始終保持彈性變形狀態，為反應堆壓力容器密封面密封提供必要的預緊力。

2 主螺栓拆除困難故障處理

田灣核電站歷次反應堆大修期間，需對主密封面進行解密封工作，解密封過程中需拆除主螺栓。以往大修過程中，經常會出現1～2 根主螺栓無法正常拆除情況，處理1 根故障螺栓至少額外花費1 h，直接影響后續工作無法進行，影響該項工作進度，增加大修工期。

故障處理技術措施：①主螺栓拆除前使用松動劑軟化二硫化鉬潤滑脂；②用銅棒沿四周適當敲擊主螺栓；③在主螺栓上安裝拆卸工具和運輸工具，在運輸工具與吊車吊鉤之間安裝電子稱；④工作人員使用加長套管逆時針轉動螺栓，直到螺栓開始松動；⑤使用拆卸工具和運輸工具將主螺栓從主螺栓孔中人工旋出，旋出過程中同步提升主螺栓，確保電子秤讀數在340～350 kgf（約3333～3430 N）范圍內，如果超過350 kg（約3430 N）立即停止起吊，防止損壞螺紋。此為主螺栓卡塞故障處理措施，曾在田灣核電站反應堆檢修過程中得到了驗證，可切實有效地解決了主螺栓卡塞故障。

3 主螺栓拆除困難原因分析及優化措施

盡管已具備主螺栓拆除困難故障處理措施，但最佳手段仍是從根本上避免此類故障發生，需對故障產生的原因進行分析，并逐一優化，最大程度上避免此類事件再次發生。根據以往檢修經驗，主螺栓拆除困難的主要原因是由異物卡塞問題、潤滑脂硬化問題、銹蝕問題等造成。

3.1 異物卡塞

若主螺栓與螺母、螺孔的螺紋間存在異物，在擰出過程中二者之間摩擦力增大，甚至造成螺紋損傷，致使主螺栓擰出過程中卡塞而拆除困難。根據田灣核電站1 號、2 號機組主螺栓安裝工藝和檢修現場分析，得出異物來源主要分為以下3 個方面，同時針對不同來源需采取不同的優化措施。

3.1.1 外來的異物

（1）主螺栓孔異物進入。反應堆檢修期間，工作人員需要頻繁清洗反應堆豎井，雖然設備較為清潔，但仍然存在小顆粒異物進入主螺栓孔的可能性。日常期間，反應堆豎井處于封閉狀態，螺栓處于擰緊狀態，不存在異物進入的可能性。優化措施：防止異物進入主螺栓孔的最佳方式是屏蔽，檢修過程中，除了主螺栓孔清洗時允許主螺栓孔處于無屏蔽狀態外，其他時間段均需采用主螺栓孔工藝蓋板對主螺栓孔進行臨時封堵，避免異物進入主螺栓孔。

（2）潤滑脂攜帶異物。主螺栓在擰入前，需對主螺栓和主螺栓孔螺紋涂抹潤滑脂，而潤滑脂中可能存在自身攜帶的異物。優化措施：采取措施避免異物進入主螺栓潤滑脂，日常對潤滑脂密封儲藏，使用前檢查潤滑脂清潔度，涂抹過程中，需單獨建立干凈的區域存放潤滑脂并采取措施臨時封堵，防止異物進入潤滑脂。

（3）主螺栓攜帶異物。主螺栓運輸、存放和安裝過程中可能粘連異物，導致主螺栓卡塞。優化措施：主螺栓存放和運輸過程中為防止主螺栓粘連異物，需采取措施包裹主螺栓，避免運輸過程中異物粘連到主螺栓上。

3.1.2 生成的異物

主螺栓擰入擰出主螺栓孔過程中，主螺栓與主螺栓孔螺紋之間會相互摩擦，存在因受力不均、晃動等工藝缺陷，或螺紋本身存在毛刺、鐵瘤等設備缺陷的可能性，導致螺紋在擰入擰出過程中，產生劃傷、咬傷等損傷，隨著螺紋之間的進一步摩擦，生成較多的毛刺、鐵屑、鐵瘤等異物，進而導致主螺栓卡塞故障。

針對工藝缺陷，田灣核電站正常情況下，使用螺栓拉伸機機械手擰入擰出主螺栓。機械手本身自帶配重平衡系統，平衡主螺栓和主螺母等的總重，確保重量差（機械手提升力減主螺栓、主螺栓及螺母適配器的重力和）在10 kgf（約98 N）以內。同時，機械手手臂較為穩定，晃動幅度小，造成主螺栓孔損傷的可能性非常小。對主螺栓擰入擰出工作進行了有效的過程控制，因此工藝缺陷不是造成主螺栓孔拆除困難的主要原因。

針對螺紋本身存在缺陷的優化措施：為確保主螺栓在安裝前無毛刺、鐵瘤等缺陷，主螺栓和主螺栓孔回裝前，均需對螺紋部分進行細致的目視檢查，如發現缺陷，立即對缺陷進行修復。

3.1.3 殘留的異物

主螺栓拆除后，會有大量干涸的二硫化鉬潤滑脂附著在主螺栓孔螺紋和主螺栓螺紋上，難以用普通的擦拭手段清理干凈，也存在其他異物殘留的可能性，導致主螺栓卡塞故障[1]。

優化措施：對主螺栓孔和主螺栓進行清理。可使用清洗機代替手工清理，清理主螺栓孔和主螺栓，將附著在螺紋上的硬化二硫化鉬粉和其他異物清理干凈，再使用吸水紙和酒精擦洗。清理干凈后，工作人員需對二者的螺紋部分進行單獨的認真細致的目視檢查，防止異物殘留。

3.2 潤滑脂硬化

田灣核電站主螺栓潤滑脂采用的是дми-7 型二硫化鉬粉40%和пэс 二硫化鉬油60%混合而成的潤滑脂，而機組運行過程中，主螺栓工作位置溫度較高，二硫化鉬油揮發，二硫化鉬粉干涸硬化，導致主螺栓孔與主螺栓之間的摩擦力增加，主螺栓拆除困難。根據以往檢修經驗，硬化的二硫化鉬在萬能除銹潤滑劑WD-40 中浸泡足夠的時間后會自動軟化，軟化后主螺栓即可順利拆除[2]。影響二硫化鉬軟化效果的因素，主要有浸泡時間和浸泡方式。

優化措施：①在潤滑方法上優化，根據主螺栓所在位置結構，將罐裝WD-40 更換為桶裝，將噴涂方式更改為澆灌，縮短添加松動劑工作的時間至0.25 h；②根據添加松動劑工作方式的改進，同步制作了專用輔助工具，促使松動劑直達主螺栓根部，且相對較為均勻地分布在主螺栓與主螺栓孔周圍；③考慮到主螺栓孔與主螺栓接口位置凹槽容積有限，多余WD-40 會流走導致松動劑添加量不足，在現有松動劑添加方式耗時較短的前提下，在主螺栓適配器安裝完成后，增加了一次添加松動劑的工序。通過以上措施，有效解決了因潤滑脂硬化導致主螺栓拆除困難的問題。

3.3 銹蝕

主螺栓在役期間所在位置溫度很高，且空氣中濕度非常小，基本不存在主螺栓銹蝕的問題。截止目前，正常工況下未發現主螺栓銹蝕事件。但某次反應堆檢修過程中，主螺栓已回裝完成，后因異常情況導致一回路含硼酸的水溢出，主密封面短暫浸含硼水，導致較多主螺栓存在微量銹蝕，造成下次反應堆拆堆過程中主螺栓拆除困難。所以，防止主螺栓銹蝕的優化措施即為防止含硼水泄漏。

分析主螺栓所在位置，可能到達主螺栓所在位置的含硼水，為維修過程中反應堆未密封上部組件接管口溢出。可采取的預防措施為：①嚴格執行檢修計劃，每次升水位前，運行部門（負責升水位）和維修部門需做好溝通，雙方共同確認升水位先決條件已具備，并明確最終水位高度；②升水位過程中安排人員監督；③做好整個升水位工作的過程控制，防止過量充注的含硼水從未密封完成的管口溢出；③維修部門嚴格控制上部組件接管密封的質量，防止設備上部組件接管密封面密封不嚴導致漏水情況發生。實施以上優化措施及預防措施后，有效減少了主螺栓拆除困難的事件發生，近兩次反應堆檢修過程中，未發生主螺栓拆除困難故障事件。

4 結束語

田灣核電站已初步具備主螺栓拆除困難故障的處理能力，并在實踐過程中分析主螺栓產生故障的原因，采取多種預防措施和優化措施，并在檢修過程中得到驗證。對其他核電站的同類設備具有重要的參考意義。