三門核電ADS-4自動(dòng)泄壓系統(tǒng)爆破閥檢修工藝研究

孫正旭

（中核集團(tuán)三門核電有限公司，浙江 臺(tái)州 317112）

0 引言

爆破閥是一種火工品驅(qū)動(dòng)的閥門，其在壓水堆核電站的首次應(yīng)用是在三門核電。核電站大修期間，需完成14英寸爆破閥的在役檢查，最為便利的方法是對(duì)其進(jìn)行離線解體檢修，但在設(shè)計(jì)階段未考慮14英寸爆破閥檢修需求，導(dǎo)致存在引入自動(dòng)卸壓系統(tǒng)管道振動(dòng)、檢修空間狹小且與周圍干涉、14英寸爆破閥關(guān)鍵部件拆裝困難等難點(diǎn)。因此，核電站迫切需要開發(fā)一整套針對(duì)14英寸爆破閥的檢修工藝，指導(dǎo)完成14英寸爆破閥不離線解體檢修。

1 14英寸爆破閥概述

三門核電的自動(dòng)泄壓系統(tǒng)ADS第4級(jí)共2×2組，每列設(shè)置1臺(tái)爆破閥，通過常開直流電動(dòng)閘閥連接到反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)RCS的熱管段[1]，出口排空，具有低壓降、零泄漏、可靠性高的特點(diǎn)。14英寸爆破閥能夠?qū)崿F(xiàn)核電站正常運(yùn)行及瞬態(tài)時(shí)保持關(guān)閉狀態(tài)，以保證系統(tǒng)管線兩側(cè)的介質(zhì)零泄漏。

根據(jù)ASME OM卷ISTC-3000和ISTC-5000規(guī)范要求，每個(gè)換料周期（18個(gè)月）需對(duì)每個(gè)類別的爆破閥分別抽取1臺(tái)進(jìn)行解體檢查，10年內(nèi)完成所有爆破閥的監(jiān)督試驗(yàn)項(xiàng)目。具體到14英寸爆破閥，其解體檢查項(xiàng)目包括：

（1）對(duì)爆破閥各法蘭密封面、承壓螺栓、螺柱及螺母、剪切蓋、拉緊螺栓、閥體內(nèi)部等各部件進(jìn)行目視檢查，確認(rèn)無(wú)異物、介質(zhì)、腐蝕等；

（2）對(duì)剪切蓋、拉緊螺栓、活塞等關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)無(wú)變形；

（3）對(duì)剪切蓋、拉緊螺栓、活塞等進(jìn)行PT或渦流超聲檢查，確認(rèn)無(wú)缺陷；

（4）檢查密封件接觸區(qū)域有無(wú)介質(zhì)泄漏、缺陷等情況。

2 檢修難點(diǎn)分析

核電站大修期間，需完成14英寸爆破閥的檢修項(xiàng)目，最為便利的方法是對(duì)其進(jìn)行離線解體檢修，但在設(shè)計(jì)階段未考慮14英寸爆破閥檢修需求，導(dǎo)致存在如下難點(diǎn)：

（1）14英寸爆破閥檢修會(huì)引入ADS-4管道振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。14英寸爆破閥位于ADS-4管線上，該管線設(shè)計(jì)上抗振約束裕量不足，且對(duì)管線的支吊架載荷和位移設(shè)定異常敏感。14英寸爆破閥維修過程中需要拆裝爆破閥及其恒力吊，不可避免地會(huì)對(duì)管線的支吊架載荷和位移造成影響，故爆破閥檢修后很有可能造成反應(yīng)堆啟動(dòng)階段ADS-4管線再次振動(dòng)大。

（2）檢修空間狹小且與周圍干涉。如圖1所示，三門核電1、2號(hào)機(jī)組11401/11402房間空間狹小，蒸汽發(fā)生器、14英寸爆破閥、14英寸電動(dòng)閘閥都堆積在房間內(nèi)部，使得14英寸爆破閥周邊空間狹小，人員通過性差。爆破閥附近還存在多處支架，就地檢修空間狹窄、干涉物項(xiàng)多、閥門無(wú)法正常起吊運(yùn)輸、倒運(yùn)路徑受限，導(dǎo)致爆破閥解體檢查無(wú)法開展，無(wú)法滿足在役試驗(yàn)中對(duì)爆破閥的試驗(yàn)要求。

圖1 14英寸爆破閥現(xiàn)場(chǎng)布置圖

（3）關(guān)鍵部件拆裝困難。14英寸爆破閥由于設(shè)計(jì)特殊，部分關(guān)鍵零件如拉緊螺栓、剪切蓋等設(shè)計(jì)存在薄弱點(diǎn)，以保證其在爆破單元爆炸后順利切斷拉緊螺栓削弱槽和剪切蓋并接通一回路泄壓通道，且爆破閥動(dòng)作后不可逆。因此，爆破閥拆裝過程中可能會(huì)引入隱形損傷，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行過程中14英寸爆破閥失效泄漏，儀控系統(tǒng)誤觸發(fā)造成重大核事故或事故工況下14英寸爆破閥無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求及時(shí)降低一回路壓力。

結(jié)合14英寸爆破閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其檢修需要滿足以下要求：

（1）能適應(yīng)14英寸爆破閥現(xiàn)場(chǎng)狹窄幽深的空間尺寸；

（2）能進(jìn)行不離線檢修，無(wú)須將閥門整體從系統(tǒng)中吊出；

（3）既能拆除、回裝關(guān)鍵零部件，又能保證拆除、回裝過程中不損傷零部件；

（4）能保證檢修效率，盡量縮短主線工作時(shí)間，降低人員所受輻射劑量；

（5）保證異物控制。

3 不離線檢修工藝和專用工器具設(shè)計(jì)

3.1 不離線檢修可達(dá)性變更

具備閥蓋、活塞作為整體的轉(zhuǎn)運(yùn)路徑和空間是14英寸爆破閥不離線檢修的必要條件，爆破閥的鋼結(jié)構(gòu)電纜支架、B/D列爆破閥上部的恒力吊皆阻擋了爆破閥閥蓋、活塞的起吊路徑。因此，需在爆破閥檢修工作開始前，一方面，不改變?cè)须娎|支架的安裝位置，只在其長(zhǎng)度方向上切割，將干涉的支架切除；另一方面，將干涉的恒力吊的部署由現(xiàn)與管道平行方向旋轉(zhuǎn)至不干涉起吊路徑位置。使用吊帶、吊環(huán)、電子吊秤、葫蘆等將恒力吊所受的爆破閥及管道重力轉(zhuǎn)移，旋轉(zhuǎn)完成后再將重力轉(zhuǎn)移至恒力吊。

3.2 增設(shè)吊點(diǎn)

14英寸爆破閥的上方現(xiàn)有恒力吊的鋼結(jié)構(gòu)支撐，但其高度不足，無(wú)法起吊爆破閥閥蓋和活塞。因此，維修人員在4列爆破閥上方增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)支撐和吊耳，并將吊耳焊接至爆破閥正上方2.2 m處，使用鉛垂線保證吊耳焊接的中心點(diǎn)與爆破閥的中心相重合。設(shè)計(jì)吊耳的材質(zhì)為Q235B，厚度為30 mm，抗震分類為Ⅰ類，安全分級(jí)為A級(jí)。

3.3 監(jiān)測(cè)維修過程中爆破閥位移

14英寸爆破閥不離線檢修，一方面，將閥蓋、活塞組件吊離閥體內(nèi)，閥門質(zhì)量會(huì)變小，即改變了恒力吊的載荷，閥門有發(fā)生位移的可能；另一方面，維修活動(dòng)本身也可能導(dǎo)致閥門發(fā)生位移。ADS-4管線對(duì)管線支吊架載荷和位移非常敏感，為防止14英寸爆破閥檢修期間引入ADS-4管線振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，在檢修開始前，于爆破閥底部水平、豎直和與管道平行方向設(shè)置激光測(cè)距儀，檢修過程中全程監(jiān)測(cè)閥門是否發(fā)生位移，排除可能產(chǎn)生的ADS-4管線振動(dòng)大的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 爆破閥檢修桌面設(shè)計(jì)

在不離線檢修中，需將閥蓋與活塞作為整體吊出閥體并放置于定位檢修桌面，如圖2所示。定位檢修桌面的主要功能是拆除閥蓋、拉緊螺栓、活塞，使得尺寸測(cè)量和無(wú)損檢測(cè)可以有效進(jìn)行。

圖2 布置于現(xiàn)場(chǎng)的定位檢修桌面

定位檢修桌面三維示意圖如圖3所示，閥蓋與活塞組件放置于定位檢修桌面上，活塞下部穿過定位桌中間預(yù)制的定位孔，可以防止活塞轉(zhuǎn)動(dòng)。定位桌面上還有4個(gè)同圓均勻分布的閥蓋防轉(zhuǎn)定位孔，可以固定閥蓋防止其轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖3 定位檢修桌面三維示意圖

3.5 解體檢修實(shí)施設(shè)計(jì)優(yōu)化

使用定位檢修桌面可以實(shí)現(xiàn)爆破閥的不離線檢修，但針對(duì)拉緊螺栓、螺紋套等拆裝難點(diǎn)，還需展開進(jìn)一步優(yōu)化。

3.5.1 避免損傷拉緊螺栓

將閥蓋、拉緊螺栓、活塞組件吊入定位檢修桌面并安放平穩(wěn)，保持吊裝部件吃力，插入4根閥蓋防轉(zhuǎn)銷。使用專用內(nèi)六角（3/4″，長(zhǎng)約300 mm）和棘輪扳手從活塞下方卡入拉緊螺栓底部六角孔，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)閥蓋被閥蓋防轉(zhuǎn)銷固定，活塞被定位檢修桌面的定位孔固定，使得閥蓋與拉緊螺栓的螺紋連接可以松開。多種專用工具同步使用，嚴(yán)格執(zhí)行檢修程序，即可避免檢修過程中損傷拉緊螺栓。

3.5.2 避免損傷螺紋套

在拉緊螺栓拆除過程中，需保持閥蓋上方的吊裝部件吃力，避免閥蓋的重力傳遞給螺紋套。閥蓋拆除過程中，也需保持閥蓋上方的吊裝部件吃力，利用專用內(nèi)六角固定拉緊螺栓保持不動(dòng)，使閥蓋上升及閥蓋逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)保持同步，螺紋套處不承擔(dān)任何壓力。

從活塞中拆除拉緊螺栓時(shí)，需注意拉緊螺栓伸出活塞部分，防止產(chǎn)生偏移的狀況。使用專用內(nèi)六角從活塞底部卡入拉緊螺栓底部六角孔，緩慢逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，注意旋轉(zhuǎn)力度，避免野蠻操作，將拉緊螺栓從活塞中擰出。如發(fā)生卡澀情況，立即停止旋轉(zhuǎn)，確認(rèn)螺栓處于豎直狀態(tài)，螺紋未發(fā)生卡死情況，利用銅棒輕輕敲擊，緩慢將拉緊螺栓拆除。

3.5.3 回裝后閥蓋與活塞同心度控制

閥蓋與活塞完全緊固前，應(yīng)對(duì)閥蓋凸臺(tái)位置及活塞外表面在圓周方向進(jìn)行測(cè)量，以保證閥蓋與活塞的同心度。選取四個(gè)測(cè)量點(diǎn)，當(dāng)四個(gè)點(diǎn)的尺寸一致時(shí)，可判定閥蓋與活塞的中心線基本重合，閥門動(dòng)作后活塞與閥體內(nèi)表面不會(huì)發(fā)生卡澀的情況，爆破閥可以及時(shí)、有效地開啟。

3.6 剪切蓋上、下夾塊安裝工具設(shè)計(jì)

使用剪切蓋上、下夾塊專用工具，解決14英寸爆破閥剪切蓋上、下夾塊的拆卸和安裝困難，大幅度降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，有效降低人員工作時(shí)的受輻照劑量。

如圖4、圖5所示，專用工具由上夾塊安裝、拆卸工具和下夾塊安裝、拆卸工具組成。上夾塊安裝、拆卸工具是一種由螺紋驅(qū)動(dòng)的多連桿升降平臺(tái)，主要由交叉連接的升降連桿和水平方向布置的螺紋桿作為升降驅(qū)動(dòng)裝置，用于頂升和下降上夾塊，并在平臺(tái)頂面布置配管滾輪，在平臺(tái)頂面兩側(cè)布置導(dǎo)向滾輪，用于水平移動(dòng)取出上夾塊。下夾塊安裝、拆卸工具是一種梯形絲桿驅(qū)動(dòng)的升降平臺(tái)，主要由一個(gè)具備夾塊安裝導(dǎo)向功能的金屬框架作為支撐底座，通過兩根導(dǎo)向柱、一根梯形絲桿和一塊升降板組成升降機(jī)構(gòu)，用于頂升和下降下夾塊。

圖4 上夾塊安裝、拆卸工具

圖5 下夾塊安裝、拆卸工具

4 爆破閥剪切蓋超聲無(wú)損檢測(cè)

剪切蓋是14英寸爆破閥的重要部件之一，在機(jī)組正常運(yùn)行期間，需依靠一體式剪切蓋保證閥門的密封，確保核電站一回路介質(zhì)不發(fā)生泄漏，故爆破閥的解體檢查需對(duì)剪切蓋進(jìn)行PT或超聲檢測(cè)、目視檢查和尺寸測(cè)量檢查。但是，用傳統(tǒng)方法對(duì)剪切蓋進(jìn)行PT或超聲檢測(cè)，需將剪切蓋從閥體內(nèi)拆除，不離線檢修無(wú)法拆除剪切蓋。所以，在不離線檢修的條件下開發(fā)一種專用剪切蓋無(wú)損檢測(cè)工藝，是完成爆破閥檢修項(xiàng)目的又一措施。

14英寸爆破閥剪切蓋的無(wú)損檢測(cè)，既要檢測(cè)外表面有無(wú)劃痕、裂紋等缺陷，又要檢測(cè)內(nèi)表面有無(wú)缺陷，剪切蓋需檢測(cè)部位厚度很小，檢測(cè)要求高、檢測(cè)時(shí)間窗口較短。為滿足上述檢測(cè)要求，采用兩種不同的超聲檢測(cè)方法相結(jié)合的超聲檢測(cè)工藝，內(nèi)表面使用多角度相控陣超聲檢測(cè)，將相控陣探頭放置于剪切蓋外表面進(jìn)行軸向掃查；外表面使用超聲表面波檢測(cè)，將表面波探頭放置于剪切蓋外表面進(jìn)行軸向和徑向掃查，使得爆破閥剪切蓋的無(wú)損檢測(cè)無(wú)死角，取得了良好的檢測(cè)效果。

5 不離線檢修工藝、工具的實(shí)施及其結(jié)果

在三門核電102、202大修中進(jìn)行相關(guān)不離線檢修工藝、工具的應(yīng)用，順利完成14英寸爆破閥所有解體檢修項(xiàng)目，且實(shí)施過程中避免了引入ADS-4管線振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。人工用時(shí)方面：8人協(xié)助操作完成，總檢修用時(shí)約12 h，相較進(jìn)行離線檢修，減少近300人·時(shí)，有效縮短了主線時(shí)間。輻射劑量方面：環(huán)境劑量率約為60 μSv/h，集體劑量為5.76 mSv；氣溶膠檢測(cè)儀顯示的空氣污染劑量始終低于3 000 Bq/m3，未發(fā)生人員內(nèi)照射事件，輻射物控制安全可靠。

6 結(jié)語(yǔ)

三門核電ADS-4自動(dòng)泄壓系統(tǒng)爆破閥是重要的核安全相關(guān)設(shè)備，三門核電有限公司結(jié)合爆破閥實(shí)地布置情況和在役檢查項(xiàng)目，自主開發(fā)了不離線檢修工藝和專用工具、設(shè)備，避免了14英寸爆破閥的檢修引入ADS-4管道振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，掌握了爆破閥檢修的核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了爆破閥自主檢修。爆破閥檢修項(xiàng)目全部完成，有效保證了爆破閥在機(jī)組正常運(yùn)行期間功能正常。