壓力容器冷態(tài)試驗(yàn)主螺栓拉伸及調(diào)整

秦曉光

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.141

摘 要：壓力容器作為核電廠關(guān)鍵設(shè)備之一，在安裝調(diào)試期間的很多工作都是為后續(xù)機(jī)組運(yùn)行后工作的一個(gè)實(shí)踐，冷態(tài)試驗(yàn)（即水壓試驗(yàn)）所試驗(yàn)的壓力為22.8 MPa，是機(jī)組正常運(yùn)行壓力15.4 MPa的1.5倍。壓力容器密封性能完好主要是由兩道密封圈及主螺栓拉伸的預(yù)緊力所體現(xiàn)的，因此拉伸的預(yù)緊力及少量的調(diào)整在開、關(guān)蓋工作中顯得尤其重要，該文主要闡述的就是22.8 MPa壓力下，主螺栓的拉伸及調(diào)整。

關(guān)鍵詞：調(diào)試 水壓試驗(yàn) 拉伸 調(diào)整

中圖分類號(hào)：TH136 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0141-03

冷態(tài)水壓試驗(yàn)是機(jī)組調(diào)試的一個(gè)重大節(jié)點(diǎn)，標(biāo)志著一回路及其相關(guān)主系統(tǒng)調(diào)試工作的結(jié)束。冷態(tài)水壓試驗(yàn)的壓力是22.8 MPa，是正常運(yùn)行時(shí)主回路水壓的1.5倍，這么高的壓力是對(duì)一回路系統(tǒng)承壓邊界的考驗(yàn)，其中，壓力容器的頂蓋密封作為主回路重要的壓力邊界，密封圈的尺寸之大，主螺栓的數(shù)量之多，決定了壓力容器的扣蓋工作必須倍加細(xì)心，既要保證單個(gè)主螺栓的伸長(zhǎng)量，也要保證整圈螺栓拉伸調(diào)整的對(duì)稱性和均勻性。3/4#機(jī)組壓力容器的主螺栓拉伸機(jī)依然采用與1/2#類似的單體拉伸機(jī)，分為4顆螺栓作為一組進(jìn)行拉伸工作。提到主螺栓的拉伸，關(guān)鍵的專用工具就是用于緊固的拉伸機(jī)。

文章主要內(nèi)容分為兩部分，一是拉伸機(jī)的簡(jiǎn)單介紹；二是對(duì)冷態(tài)水壓試驗(yàn)的拉伸工作介紹。

1 拉伸機(jī)的組成、原理及部件功能

該拉伸系統(tǒng)主要由4臺(tái)單體螺栓拉伸機(jī)、1個(gè)液壓泵站及控制臺(tái)裝置和1套連接管線組成。

1.1 單體拉伸機(jī)的結(jié)構(gòu)

該設(shè)備主要通過4部分實(shí)現(xiàn)其功能，它們分別是主螺栓抱緊裝置、主螺栓拉伸裝置以及螺母旋轉(zhuǎn)裝置和拉伸量位置數(shù)據(jù)測(cè)量裝置（單位：mm）。

主螺栓抱緊裝置：該部分通過閉鎖油缸驅(qū)動(dòng)6塊卡盤的上下運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)主螺栓上部與螺栓拉伸機(jī)拉桿部分的抱合及打開功能。該裝置就是通過6塊上下聯(lián)接的卡盤來傳遞拉伸裝置的拉伸力。

主螺栓拉伸裝置：該部分由兩部分組成，拉桿和拉伸油缸。拉桿通過上面提到的主螺栓抱緊裝置與主螺栓相聯(lián)結(jié)，可以同步運(yùn)動(dòng)；而拉伸油缸則通過活塞的向上運(yùn)動(dòng)來托著拉桿向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主螺栓的拉伸作用。

主螺母旋轉(zhuǎn)裝置：該部分是通過一個(gè)電機(jī)及一套相互嚙合的齒輪來帶動(dòng)主螺栓上的主螺母進(jìn)行旋松或旋緊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)功能。

拉伸量測(cè)量裝置：該部分通過位于拉桿中心位置的拉伸測(cè)量桿、拉桿頂部的電子測(cè)量表來實(shí)現(xiàn)對(duì)拉伸量的跟蹤測(cè)量。

1.2 液壓泵站及控制臺(tái)裝置

該套設(shè)備是液壓泵站及控制柜的集合體。液壓泵站提供4臺(tái)單體螺栓拉伸機(jī)動(dòng)作所需的高壓及低壓液壓油，以及各部分所需提供的電源。控制柜實(shí)現(xiàn)對(duì)4臺(tái)單體螺栓拉伸機(jī)的遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)；同時(shí)可以對(duì)壓力容器開關(guān)蓋工作中每根螺栓一次拉伸的拉伸量進(jìn)行記錄和分析計(jì)算，工作結(jié)束后可儲(chǔ)存、打印。

1.3 連接管線

共有4根連接管線來連接液壓泵站及4臺(tái)單體螺栓拉伸機(jī)，每根連接管線內(nèi)部包括1根電纜和1根高壓油管、1根低壓油管。電纜與設(shè)備依靠活接頭插拔式連接；兩根油管的連接方式是螺紋連接。控制臺(tái)與各拉伸機(jī)的電氣連接是采用快速插頭的連接方式，快速插頭內(nèi)包含了電源線、現(xiàn)場(chǎng)總線、緊急停止線、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量線。每個(gè)拉伸機(jī)的拉伸量測(cè)量通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量線送到控制臺(tái)上的顯示屏上。緊急停止線把控制臺(tái)與4個(gè)拉升機(jī)的緊急停止開關(guān)連接。緊急停止開關(guān)主要有兩種，一是在泵站上的控制柜；二是每臺(tái)拉伸機(jī)操作箱上有一緊急停止開關(guān)。一旦其中一個(gè)被啟動(dòng)，則拉伸功能立即停止。

2 拉伸前的準(zhǔn)備工作

主要包括螺栓的目視檢查、法蘭面間隙測(cè)量、拉伸前的簡(jiǎn)單介紹、初始數(shù)據(jù)的測(cè)量等幾項(xiàng)關(guān)鍵性的步驟。

2.1 主螺栓參數(shù)介紹

主螺栓數(shù)量：56顆；

主螺栓中心圓直徑：Φ4170mm；

主螺栓螺紋：M155×4；

主螺栓總高度：（1 675±1.5）mm。

對(duì)于使用前的主螺栓，需要確認(rèn)上、下位置螺紋表面是否有明顯的毛刺、撞擊痕跡、鋼絲刷絲削等異常，以及螺母上的螺紋外觀質(zhì)量是否完好，同時(shí)墊片應(yīng)標(biāo)識(shí)出箭頭，防止安裝期間墊片方向錯(cuò)誤引起的返工。

2.2 測(cè)量壓力容器法蘭間隙

法蘭面間隙的測(cè)量主要是為了保證頂蓋就位于堆芯后，法蘭面一周的間隙應(yīng)該是相對(duì)均勻的，一旦出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)的數(shù)值與其他位置的差異多大（≥1mm），則需要查明差異原因，并立即進(jìn)行處理。一般的，在壓力容器0°、90°、180°、270°這4個(gè)點(diǎn)，用專用的量塊測(cè)量頂蓋和筒體的法蘭面間隙。測(cè)量間隙有兩個(gè)作用，具體如下。

（1）作為拉伸前的間隙記錄，與拉伸完成后的間隙值做差值，可以得出頂蓋的下壓量。

（2）檢查堆內(nèi)構(gòu)件是否安裝到位，如果內(nèi)部的堆內(nèi)構(gòu)件安裝錯(cuò)誤的話，就會(huì)造成法蘭間隙不均勻。

2.3 4臺(tái)螺栓拉伸機(jī)的聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)和人員培訓(xùn)

由于運(yùn)輸過程的顛簸會(huì)造成一些連接部件松動(dòng)和傳感器的接觸不良，另外，RX廠房里灰塵很多，會(huì)影響傳感器的靈敏度。所以，將5臺(tái)螺栓拉伸機(jī)（一臺(tái)備用）運(yùn)至R廠房20m平臺(tái)后，需要做拉伸機(jī)的聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，先做其中4臺(tái)的聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，然后再換上備用的。每次拉伸機(jī)使用前，為了確保設(shè)備的正常運(yùn)行，需要在試驗(yàn)臺(tái)架上模擬拉伸機(jī)的工作，待模擬試驗(yàn)設(shè)備正常運(yùn)行后，再將拉伸機(jī)對(duì)應(yīng)的吊至第一組壓力容器的頂蓋1#、15#、29#、43#主螺栓上。

在拉伸機(jī)使用前，首先向所有參與此次拉伸工作的成員講解拉伸機(jī)的操作、工作原理、使用注意事項(xiàng)等內(nèi)容進(jìn)行理論培訓(xùn)，并現(xiàn)場(chǎng)講解，這一系列的前期準(zhǔn)備為扣蓋工作的順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。從吊裝到拉伸完畢后的調(diào)整，對(duì)于每一位現(xiàn)場(chǎng)跟蹤人員都具有良好的指導(dǎo)作用，尤其是在拉伸機(jī)出現(xiàn)故障，進(jìn)行檢查及處理的時(shí)候，為今后的實(shí)際工作帶來了很大的幫助。

2.4 主螺栓旋入螺栓孔、裝芯桿和測(cè)量初始值

主螺栓和螺栓孔的清洗、毛刺的檢查是一個(gè)很需要心細(xì)的工作，由于文章中講的是主螺栓的拉伸和調(diào)整，在此就不做贅述。用螺栓旋轉(zhuǎn)裝置將56顆主螺栓擰入螺栓孔后，再每個(gè)退擰一圈，是因?yàn)槁菘椎淖詈笠坏缆菁y涉及退刀槽。

裝入芯桿測(cè)量初始值，由于拉伸值的測(cè)量，都是由人工用深度千分尺來完成的，為了避免人因失誤，使測(cè)量結(jié)果盡可能精確，以下兩點(diǎn)在拉伸工作中屢次得到應(yīng)用。

（1）采用兩人獨(dú)立測(cè)量，再進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，比較兩份數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)差值在0.02 mm以內(nèi)視為正常；若超過0.02 mm，即重新測(cè)量。

（2）同一顆螺栓，每次測(cè)量時(shí)要把深度千分尺放在同一個(gè)位置。避免主螺栓頂部表面不平整造成的影響，測(cè)量方法如圖3所示。

3 拉伸

由于壓力容器的主螺栓尺寸較大，為M155×4，使用常規(guī)的扳手緊固的方式無法旋緊，因此，采取另外一種緊固方式拉伸進(jìn)行密封。首先，將測(cè)量桿放入螺栓孔中測(cè)量原始的數(shù)據(jù)，由專用的拉伸機(jī)定位在需要拉伸的螺栓上部，通過液壓機(jī)構(gòu)對(duì)拉伸機(jī)本體的油缸實(shí)施加壓，油缸的動(dòng)作帶動(dòng)了拉伸機(jī)下部的抓爪進(jìn)而將螺栓提起，后續(xù)由拉伸機(jī)將螺母旋緊，油缸卸壓，抓爪松開螺栓，待14組螺栓全部拉伸完成后，開始第一遍數(shù)據(jù)測(cè)量記錄，第二遍拉伸工作步驟與第一遍相同，待2～3遍拉伸完成后，將初始值與最后一遍拉伸相對(duì)比，按照冷態(tài)水壓試驗(yàn)的拉伸量（1.64±0.05）mm核實(shí)，如未達(dá)到此要求，需要進(jìn)行手動(dòng)的調(diào)整。

4 手動(dòng)調(diào)整

手動(dòng)拉伸的原理是，手動(dòng)模式下將拉伸機(jī)升壓，使螺栓伸長(zhǎng)，利用手動(dòng)調(diào)整螺母和棘輪扳手手工撥動(dòng)螺母，使螺母前進(jìn)（拉伸量不足時(shí)）或者螺母后退（拉伸過量時(shí)），等手動(dòng)螺母操作完成后，再將拉伸機(jī)系統(tǒng)降壓、活塞復(fù)位，這樣螺栓的拉伸量就有了相應(yīng)的增加或者減少，對(duì)于不需要調(diào)整的螺栓不要撥動(dòng)螺母，拉伸量就不會(huì)改變。主要的調(diào)整步驟如下。

（1）根據(jù)拉伸結(jié)果確定需要手動(dòng)螺栓拉伸的序號(hào)。

（2）確定不合格螺栓的拉伸量到合格范圍的中間值的差值。

拉伸量小的需要增加拉伸量，拉伸量大的需要減少拉伸量，需要增加的值記錄為正值，需要減少的值記錄為負(fù)值。計(jì)算方法為：拉伸量不夠的最大值減去現(xiàn)有拉伸量，拉伸量超出時(shí)用現(xiàn)有拉伸量減去最小值。

（3）控制臺(tái)將螺栓拉伸機(jī)打到手動(dòng)模式。

將每臺(tái)螺栓拉伸機(jī)的手動(dòng)擰進(jìn)螺母按照表格中數(shù)值的正、負(fù)擰緊或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到擰不動(dòng)為止，目的是消除手動(dòng)調(diào)整的齒輪機(jī)構(gòu)的空行程。

需要說明的是：由于擴(kuò)建機(jī)組的拉伸機(jī)手動(dòng)調(diào)節(jié)期間沒有固定的刻度盤，經(jīng)過查找設(shè)備資料，針對(duì)手動(dòng)調(diào)節(jié)，特制了一個(gè)專用的刻度尺，只要在手動(dòng)調(diào)整過程中將刻度尺的中心向上，旋轉(zhuǎn)5個(gè)單位（mm），即手動(dòng)調(diào)整了0.01 mm。

直至全部數(shù)據(jù)經(jīng)過測(cè)量后合格，否則按照上述描述重新進(jìn)行調(diào)整。

5 控制臺(tái)油壓的設(shè)定

在用螺栓拉伸機(jī)關(guān)蓋的時(shí)候，4臺(tái)拉伸機(jī)分14組拉伸螺栓，為了使在每遍拉伸完成后各個(gè)螺栓的拉伸量比較趨于一致，先后每組拉伸時(shí)所需的油壓是不一樣的。因?yàn)槊坷鞌Q緊一組螺栓之后，法蘭面都要被壓縮，法蘭面都會(huì)向下降，之前拉伸的螺栓的伸長(zhǎng)量就會(huì)變小，所以，14組螺栓拉伸的時(shí)候所需要的油壓應(yīng)該是逐漸遞減。在這次關(guān)蓋的操作中，第一遍拉時(shí)選了一個(gè)系數(shù)6%，分三級(jí)油壓拉伸，即：（1+6%）P、P、（1-6%）P。結(jié)果第一遍下來時(shí)拉伸量相差很大，第一組的拉伸量最小而最后一組的伸長(zhǎng)量最大。這個(gè)系數(shù)6%取小了，應(yīng)該取得更大，避免出現(xiàn)首尾拉伸量相差過大，為后面兩遍的拉伸工作增添難度。

6 拉伸中的注意事項(xiàng)

通過此次拉伸工作，總結(jié)幾點(diǎn)在今后的拉伸工作中需要的事項(xiàng)如下。

（1）泵站的操作人員要明確，避免因人因?qū)е碌膮?shù)變動(dòng)，影響工作進(jìn)度；（2）使用最大的拉伸力時(shí)單體拉伸機(jī)的操作人員要注意觀察是否螺母是否會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如未變化，則需要再增加拉伸力的數(shù)值，一般以5 bar為一個(gè)梯度；（3）檢查拉伸機(jī)就位時(shí)，與頂蓋接觸的探頭指示燈明亮，同時(shí)注意吊裝期間對(duì)它的保護(hù)；（4）單體設(shè)備的高低壓油管全部裸露在外，吊裝期間也要小心；（5）拉伸的過程中工作人員盡量遠(yuǎn)離設(shè)備，防止意外發(fā)生；（6）操作前必須先使活塞復(fù)位；（7）在連接油管時(shí)應(yīng)先對(duì)快速接頭進(jìn)行檢查，防止因接頭故障導(dǎo)致的油壓無法建立。

7 結(jié)語

主螺栓拉伸工作在3/4#機(jī)組中已進(jìn)行過多次，每次拉伸工作都為今后的工作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)能夠使堆芯的工作更加安全順利。

參考文獻(xiàn)

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