某三代核電機組設備艙門技術特點及維修管理分析

杜魯寧,韓小雷

(臺山核電合營有限公司，廣東 臺山 529228)

設備艙門包括設備運輸通道及艙門本體等，都是安全殼的組成部分，大型設備或專用工具經過此通道運入安全殼內。反應堆功率運行時，用設備艙門將此通道封閉，并保證安全殼的密閉性能。當需要換料大修運輸專用工具或更換反應堆廠房內的大型設備時，可打開此艙門，將收起的重型地板打開，形成運輸通道。由于設備艙門是大型設備或專用工具進出反應堆廠房的唯一通道，因此設備艙門保持良好的運行狀態對核電站大修換料有著極其重要的意義。

1 EPR機組設備艙門結構及工作原理簡介

設備艙門[1]主要由筒體、艙門(封頭)、重型地板、艙門豎直提升系統、艙門軌道、艙門水平位移系統、液壓系統、電儀控制系統等幾部分構成。如圖1所示，設備艙門處于打開位置，兩塊重型地板連接形成水平通道，大型設備或者專用工具通過通道進入反應堆廠房。大修結束關閉設備艙門，其工作過程如下[2]：

圖1 設備艙門結構圖Fig.1 Equipment hatch general arrangement

1)鉸接地板一端固定，利用艙門筒體上部固定的兩個電動葫蘆提升鉸接地板另一端，與水平面成8.4°角；松開滑動地板與地面之間的連接銷，滑動地板向鉸接地板側收縮，邊緣與筒體平齊，并用銷子將滑動地板與通體連接。如圖2所示：

圖2 設備艙門關閉時重型地板位置Fig.2 Heavy duty floor postion when hatoh closeel

2)松開艙門封頭懸掛位置抗震銷，卷揚機帶動艙門封頭先上帶動凸輪機構旋轉而后下降脫開掛鉤，沿著豎直軌道下降至下限位。

3)艙門水平移動系統千斤頂將艙門推至關閉位，與筒體密封0環接觸。

4)使用專用工具旋轉艙門筒體上的40個液壓卡鉗至關閉位置，使卡鉗的一側頂在筒體外緣，另一側頂在艙門封頭外緣，如圖3所示：

圖3 液壓卡鉗結構及工作原理Fig.3 Structure and working principle of hydraulic clamps

5)啟動液壓單元升壓至720 bar，并保持壓力不變。松開液壓單元頂部螺母擋片，使用力矩扳手緊固40個液壓卡鉗端部的限位螺栓，緊固力矩350Nm。

6)液壓卡鉗泄壓，手動回裝設備艙門保護蓋板，艙門導軌上的導向盒與艙門分離下降至下限位，設備艙門關閉。

艙門開啟過程與關閉過程相似，在此不作贅述。

2 EPR設備艙門技術特點以及與CPR的差異

主電氣柜與控制面板安裝在設備艙門右側，在操作過程中可以看到整個艙門的運動狀況。電器柜與主控室之間建立連接，在得到主控允許開門的信號后，電氣柜上的主控信號燈會亮起，此時操作人員才能對設備艙門進行操作，降低了誤碰風險以及人因違規操作風險。

通過控制模塊的人機交互界面可以通過交互界面監測程序運行是否正常：盤車的運動、停止狀態、盤車的負載值以及高度編碼器的值等。此外，控制模塊對系統的報錯有記憶功能，方便對歷史故障點進行查詢分析。在卷揚機平臺上安裝了兩個輔助控制面板，用來控制每個起重絞車的調整、維護和修理，包括更換提升纜繩、調整運動鏈上的傳感器、調節超程等，手動模式下輔助控制面板不可用，僅在低速提升或者下降的時候起控制作用。

與CPR機組相比，EPR機組設備艙門在防震效果、自動化操作、精確對中、安全高效方面有較大的提高：整個操作過程采用PLC控制，除少數步驟需要人為干預以外，基本上實現了自動化操作，也大大節省了開關門的時間。以下表1梳理了EPR機組設備艙門與CPR機組設備艙門的主要不同點[3]：

表1 EPR機組與CPR機組設備艙門的主要不同點Table 1 the differences between EPR and CPR Equipment Hatch

CPR機組艙門筒體與封頭之間是通過88顆螺栓連接，多次開關有螺栓卡澀風險，EPR機組的液壓卡鉗設計就完美的解決了這一問題。此外，由于液壓卡鉗系統的應用，艙門緊固力矩值由650 N·m降至350 N·m，螺栓緊固更為簡單，同時也降低了人工操作時的工業安全風險。

此外，CPR機組設備艙門在失電工況下，只能通過環吊或者手動葫蘆下放實現關閉功能。而EPR機組設備艙門可以通過與電機連接的盤車手動下放設備艙門實現關閉，操作更加便捷高效。

3 EPR機組設備艙門常見故障點及分析

作為目前核電機組中較為先進的設備艙門，其也有一定的缺點：例如系統較為復雜，多電氣儀控控制系統，故障率較高，系統的維修管理難度較大，以下梳理了該設備艙門在機械方面常見的幾個故障點以及處理措施。

3.1 滑動地板垂直抗震銷卡澀問題

當設備艙門處于開啟狀態時，如圖4所示，齒輪帶動齒條使滑動地板向前滑動，鉸接地板放至下限位拼接形成通道。當滑動地板到達開啟位置時，插入兩個垂直抗震銷，限制滑動地板前后竄動而對齒輪齒條造成損害。

圖4 滑動地板驅動Fig.4 Mobile floor horizontal motorization

大型的設備或者專用工具經過重型地板運至反應堆廠房后，關閉艙門的過程中滑動地板抗震銷存在卡澀現象。產生卡澀的原因是大型設備在過重型地板時對其有一個向前的的摩擦力，使得重型地板向前有輕微的位移。消除卡澀的方法是減小抗震銷的直徑，但此處對抗震銷的直徑精度要求較高。原因如下：若抗震銷直徑過大，則容易發生卡澀；若抗震銷直徑較小，當重物通過滑動地板時，直接受力的將是滑動地板下方的齒輪齒條，容易對其造成損害。

液壓系統密封問題

由于EPR設備艙門靠液壓卡鉗預緊力密封，所以液壓系統在設備艙門的密封問題在該設備上顯得尤為重要。設備艙門的40個液壓卡鉗采用并聯形式，通過環路與液壓泵連接。由于所有卡鉗都并聯在一個環形油路里，所以環路中任意一點的泄漏都會導致環路壓力下降，這就對液壓系統密封提出了更高的要求。常見的故障點即液壓系統油管與液壓卡鉗連接處漏油。故障原因是由于長時間運行導致油管老化，或者油管與卡鉗連接螺栓松脫。因此在一次大修開啟設備艙門前，要對液壓系統油管進行檢查更換，以防止液壓油泄漏，形成控制區內的污染。

圖5 液壓系統示意圖Fig.5 Hydraulic system

3.2 卷揚機保護齒輪箱步進電機同步帶老化問題

卷揚機盤車末端安裝有保護齒輪箱，防止在電機故障的情況下艙門封頭的急速下降。如圖6所示：齒輪箱是由蝸輪蝸桿相互配合，正常工況下盤車帶動渦輪，伺服電機帶動蝸桿轉動，蝸輪蝸桿之間形成空轉，渦輪沒有線性位移。事故工況下，當艙門封頭急速下墜時，蝸輪帶動蝸桿做線性位移，行程為70 mm。到達行程后，蝸輪蝸桿頂死，盤車不在繼續轉動，從而防止艙門封頭急速墜落，起到保護作用。

圖6 卷揚機保護裝置Fig.6 Winch protection device

伺服電機與蝸桿之間通過同步帶傳動。同步帶的使用年限較短，會發生老化掉齒問題，開關多次后有可能造成蝸輪蝸桿速度不匹配，從而蝸桿產生線性位移，而蝸桿線性位移到達限值后便會產生卡死。解決方法是每次大修開啟設備艙門前，檢查同步帶是否老化。此外，在失電的極端工況下，手動下放設備艙門的過程中，要通過搖柄來轉動蝸桿，使其與蝸輪轉動保持相對空轉，防止產生卡死現象，對蝸輪蝸桿產生損害。

4 總結

雖然EPR機組設備艙門具有系統復雜等缺點，但是其開關過程絕大部分已經實現了自動化，自動化程度以及精度控制有了很大的提升，極大地解放了人力，縮短了艙門開關的時間。此外，與CPR相比，EPR機組設備艙門在安全性方面有很大的提高，例如艙門的下降對中等。在日常工作中，只要提前識別出常見的故障風險點，維護管理得當，仍具有重要的應用價值。