AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)和拆裝工藝

王培源

(三門核電有限公司，浙江 三門 317112)

1 問題的提出

AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封作為核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋堆內(nèi)儀表貫穿件與外界的接口模塊，是一回路的壓力邊界。在每次換料大修期間，反應(yīng)堆壓力容器頂蓋開蓋前要拆除Quickloc機(jī)械密封，反應(yīng)堆壓力容器頂蓋扣蓋后要安裝Quickloc機(jī)械密封。AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封依靠其合理的結(jié)構(gòu)及拆裝工藝保證了密封性。若操作不當(dāng)，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，可能引起一回路壓力、介質(zhì)泄漏，因此需要引起核電站操作、調(diào)試和維修人員的高度重視。

2 Quickloc機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)

AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封依靠其本身的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠與外部?jī)x表管嘴迅速進(jìn)行連接/脫開，有效降低了大修期間維修人員在執(zhí)行此項(xiàng)工作時(shí)的輻射吸收劑量。AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封在壓力容器頂蓋上的位置如圖1所示。

圖1 AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封位置

AP1000核電機(jī)組 Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)如下。

(1)AP1000核電機(jī)組反應(yīng)堆壓力容器堆內(nèi)儀表數(shù)量為42個(gè)，在其經(jīng)過堆內(nèi)儀表柵格板后分為8組，其中有6組的單組堆內(nèi)儀表數(shù)量為5個(gè)，其余2組的單組堆內(nèi)儀表數(shù)量為6個(gè)。根據(jù)堆內(nèi)儀表的組配情況，AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封共計(jì)8個(gè)，2個(gè)1對(duì)，4對(duì)Quickloc機(jī)械密封均勻分布在反應(yīng)堆壓力容器頂蓋周邊。

(2)AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封采用快速連接/脫開的方式與堆外儀表管線接頭進(jìn)行配合，快速連接/脫開主要依賴于其自身的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)主要包括：堆內(nèi)儀表管嘴貫穿件、壓蓋螺母、密封壓蓋、密封環(huán)、密封骨架、堆內(nèi)儀表導(dǎo)管支撐等。AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

(3)AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封的拆裝工藝快捷、方便。Quickloc機(jī)械密封的安裝可以幾個(gè)同時(shí)進(jìn)行，也可單個(gè)依次進(jìn)行。

3 Quickloc機(jī)械密封的拆裝工藝

從AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封在反應(yīng)堆主冷卻劑系統(tǒng)中所處的位置及其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，其機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的有效性決定著一回路壓力邊界的完整性，因此AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封的拆裝操作顯得格外重要。

3.1 Quickloc機(jī)械密封的拆卸

3.1.1 拆除堆內(nèi)儀表導(dǎo)管支撐

堆內(nèi)儀表導(dǎo)管支撐結(jié)構(gòu)如圖3所示，其拆除按以下步驟進(jìn)行。

圖3 堆內(nèi)儀表導(dǎo)管支撐結(jié)構(gòu)

(1)拆除堆內(nèi)儀表導(dǎo)管支撐柱上的內(nèi)六角螺釘和墊圈，移除固定板，拆除支撐柱。

(2)將內(nèi)六角螺釘、墊圈、固定板、卡環(huán)和支撐柱存放到工具箱內(nèi)并妥善保管。

(3)用尼龍?jiān)鷰⒍褍?nèi)儀表導(dǎo)管與外部接頭處捆扎起來，方便后期套入子彈頭保護(hù)套管或拆卸工具。

3.1.2 拆除機(jī)械密封

AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封拆卸安裝工具如圖4所示，其拆除步驟如下。

圖4 AP1000核電機(jī)組 Quickloc機(jī)械密封拆卸/安裝工具

(1)將Quickloc機(jī)械密封拆卸工具的液壓缸套到密封壓蓋上。

(2)將拆卸工具的支撐環(huán)安裝到液壓缸上，使支撐環(huán)底部的6個(gè)插銷插入到液壓缸頂部的銷孔中。

(3)將拆卸工具的3個(gè)負(fù)載臂安裝到支撐環(huán)上，確保負(fù)載臂的下端在Quickloc機(jī)械密封儀表管嘴下法蘭的凸臺(tái)以下，負(fù)載臂的上端位于支撐環(huán)的上端面。

(4)用快速接頭軟管將手壓泵與液壓缸相連。

(5)確認(rèn)手壓泵的泄壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)，將手壓泵升壓至(46 195±689) kPa。

(6)手動(dòng)逆時(shí)針旋擰壓蓋螺母至少1圈，如果壓蓋螺母不能用手?jǐn)Q松，可以使用配套工具加力桿。

(7)打開手壓泵的泄壓閥，對(duì)液壓缸進(jìn)行泄壓。

(8)向下按壓負(fù)載臂上端，直至能順利移除負(fù)載臂。

(9)拆除連接到液壓缸上的液壓軟管。

(10)拆除負(fù)載臂、支撐環(huán)及液壓缸。

(11)擰出壓蓋螺母，放到工具箱內(nèi)并妥善保管。

(12)拆除密封壓蓋，放到工具箱內(nèi)并妥善保管。

(13)將密封環(huán)骨架拆卸工具向下完全插入到Quickloc機(jī)械密封管嘴內(nèi)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)直到工具抓住密封環(huán)骨架為止。密封環(huán)骨架拆卸/安裝工具如圖5所示。

圖5 密封環(huán)骨架拆卸/安裝工具結(jié)構(gòu)示意圖

(14)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)工具向上提拔，拆除密封環(huán)骨架。如果密封環(huán)骨架無法拆除，可以用上面提到的手壓泵對(duì)工具升壓，其壓力值最大為4 413 kPa。

(15)將拆下的舊密封環(huán)骨架放入工具箱并妥善保管(如果上一步驟使用了手壓泵，則本步驟需要對(duì)手壓泵泄壓)。

(16)在Quickloc機(jī)械密封管嘴的螺紋處涂抹抗咬合劑，后續(xù)將子彈頭螺紋保護(hù)套管安裝到Quickloc機(jī)械密封管嘴上。

3.1.3 安裝子彈頭保護(hù)套管

(1)保護(hù)套管安裝前，將2個(gè)涂有Neolube No.1潤(rùn)滑脂的密封環(huán)安裝到保護(hù)套管內(nèi)。將保護(hù)套管對(duì)準(zhǔn)Quickloc機(jī)械密封儀表柱，緩慢下降保護(hù)套管，將堆內(nèi)儀表導(dǎo)管接頭套入到保護(hù)套管內(nèi)。當(dāng)保護(hù)套管無法繼續(xù)下移(此時(shí)保護(hù)套管底部距離完全就位還有約35 mm左右)時(shí)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)保護(hù)套管，使保護(hù)套管上的鎖緊銷進(jìn)入儀表柱的L形槽。繼續(xù)緩慢下移保護(hù)套管，直至保護(hù)套管完全就位，最后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底(約為15°)。

(2)用力向上拔起保護(hù)套管，若保護(hù)套管拔不動(dòng)，則說明保護(hù)套管已經(jīng)鎖緊固定。

(3)關(guān)閉一體化堆頂組件下屏蔽罩上的進(jìn)氣門。

3.2 Quickloc機(jī)械密封的安裝

3.2.1 拆除子彈頭保護(hù)套管

(1)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)保護(hù)套管(約為15°)直到感覺停頓為止，然后豎直向上緩慢拔出。此過程要小心謹(jǐn)慎，避免損壞堆內(nèi)儀表導(dǎo)管接頭。

(2)將子彈頭保護(hù)套管拆除后，放入工具箱并妥善保管。

(3)清洗Quickloc機(jī)械密封管嘴的螺紋部分，去除螺紋上的殘余抗咬合劑及其他異物。

3.2.2 安裝機(jī)械密封

(1)使用密封環(huán)骨架拆卸工具將密封環(huán)骨架安裝到Quickloc機(jī)械密封管嘴內(nèi)。在安裝過程中，可用手輕微晃動(dòng)Quickloc機(jī)械密封儀表柱堵塞頭，以便密封環(huán)骨架組件能順利就位。

(2)依次將密封壓蓋和壓蓋螺母安裝到密封環(huán)骨架上。在安裝過程中需小心謹(jǐn)慎，以免損壞堆內(nèi)儀表導(dǎo)管接頭。

(3)如果壓蓋螺母能擰到Quickloc機(jī)械密封堆內(nèi)儀表管嘴外螺紋上，則用手?jǐn)Q緊壓蓋螺母。如果壓蓋螺母不能擰到Quickloc機(jī)械密封管嘴外螺紋上，則將壓蓋螺母就位在密封壓蓋上。

(4)將拆卸工具的液壓缸套到密封壓蓋上。

(5)將支撐環(huán)安裝到液壓缸上，使支撐環(huán)底部的插銷插入到液壓缸頂部的銷孔中。

(6)用快速接頭軟管將手壓泵連接到液壓缸上。

(7)確認(rèn)泵的泄壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)。緩慢升壓至(44 816±689) kPa，用手向下旋緊壓蓋螺母，確保液壓缸的底部不接觸到壓蓋螺母。目視確認(rèn)密封壓蓋頂部環(huán)槽的底部高于壓蓋螺母的上端面。

(8)打開泵的泄壓閥進(jìn)行泄壓。

(9)確認(rèn)密封壓蓋頂部環(huán)槽的底部高于壓蓋螺母的上端面。

(10)拆除連接到液壓缸上的液壓軟管。

(11)拆除負(fù)載臂、支撐環(huán)及液壓缸。

3.2.3 安裝堆內(nèi)儀表導(dǎo)管支撐

(1)拆除堆內(nèi)儀表導(dǎo)管接頭上的尼龍?jiān)鷰А?/p>

(2)檢查Quickloc機(jī)械密封堵頭的螺孔及周圍是否有異物，若有則用綢布擦拭干凈。

(3)將支撐柱安裝到Quickloc機(jī)械密封堵頭的螺孔中。

(4)將固定板安裝到支撐柱上。

(5)用內(nèi)六角螺釘和墊圈將固定板緊固到支撐柱上。

(6)儀控專業(yè)人員將MI電纜連接到相應(yīng)的堆內(nèi)儀表導(dǎo)管接頭。

3.2.4 檢驗(yàn)機(jī)械密封

當(dāng)機(jī)組處于啟動(dòng)模式(反應(yīng)性狀況Keff≥0.99，平均溫度≈291.7 ℃)時(shí)，檢查確認(rèn)8個(gè)Quickloc機(jī)械密封管嘴處有無泄漏，若存在泄漏，則需要做進(jìn)一步檢查。

4 Quickloc機(jī)械密封拆裝操作異常分析

盡管AP1000核電機(jī)組 Quickloc機(jī)械密封有合理規(guī)范的拆裝工藝，但由于人因失誤和機(jī)械結(jié)構(gòu)本身特性，在拆裝過程中仍可能會(huì)出現(xiàn)一些異常情況，分析如下。

4.1 拆卸過程中壓蓋螺母未處于卸載狀態(tài)

在機(jī)械密封拆卸過程中，由于種種原因，壓蓋螺母未能達(dá)到卸載狀態(tài)，應(yīng)重新確認(rèn)液壓工具手壓泵的泄壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)并進(jìn)行升壓操作。

4.2 確認(rèn)密封面高度時(shí)發(fā)現(xiàn)儀表柱需要提升

在回裝機(jī)械密封過程中確認(rèn)密封面高度時(shí)，如果Quickloc機(jī)械密封儀表柱頂部的高度低于高度尺下刻度線，則需要對(duì)儀表柱高度進(jìn)行提升。首先將子彈頭保護(hù)套管安裝到低于高度刻度線的儀表柱上，用吊帶將保護(hù)套管連到電子秤上，然后手動(dòng)向上拔起保護(hù)套管至合適的位置。在提拔的過程中，要注意用密封面與高度尺比對(duì)，以防止提升過度。

4.3 密封骨架安裝時(shí)裝反

在回裝機(jī)械密封過程中，如果密封環(huán)骨架裝反了，可以使用2個(gè)專用的翻轉(zhuǎn)密封環(huán)骨架的拆卸工具通過螺紋擰到密封環(huán)骨架上，2個(gè)工具對(duì)稱布置，手動(dòng)將密封環(huán)骨架拉出，然后重新安裝。

4.4 壓蓋螺母不在密封壓蓋環(huán)槽底部以下

如果壓蓋螺母能擰到Quickloc機(jī)械密封管嘴外螺紋上，則用手帶緊壓蓋螺母。如果壓蓋螺母不能擰到Quickloc機(jī)械密封管嘴外螺紋上，則將壓蓋螺母就位在密封壓蓋上。確認(rèn)密封壓蓋的環(huán)槽底部高出壓蓋螺母的上端面，若不能滿足要求，則拆除壓蓋螺母重新安裝確認(rèn)。若重新安裝壓蓋螺母仍不能滿足要求，則拆除壓蓋螺母和密封壓蓋，檢查壓蓋螺母和密封壓蓋上是否有異物。這樣可避免壓蓋螺母對(duì)液壓缸的就位產(chǎn)生干涉，能夠使液壓工具的力直接作用到密封壓蓋上。

4.5 負(fù)載臂下端不在儀表管嘴下法蘭凸臺(tái)以下

回裝時(shí)若3個(gè)負(fù)載臂下端不在Quickloc機(jī)械密封儀表管嘴下法蘭凸臺(tái)以下，將Quickloc機(jī)械密封壓蓋螺母液壓拆卸工具的2個(gè)負(fù)載臂組件安裝到支撐環(huán)上，注意此時(shí)負(fù)載臂的上端位于支撐環(huán)的下端面。

用快速接頭軟管將手壓泵連接到液壓缸上。確認(rèn)泵的泄壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)，緩慢升壓至(3 447±689) kPa，在升壓的同時(shí)用手順時(shí)針旋緊壓蓋螺母，確保液壓缸的底部不接觸到壓蓋螺母。在安裝3個(gè)負(fù)載臂時(shí)，確保負(fù)載臂的下端位于Quickloc機(jī)械密封儀表管嘴下法蘭凸臺(tái)以下。

4.6 部分緊固件松動(dòng)

在電廠運(yùn)行期間，受熱脹冷縮的影響，部分機(jī)械緊固部件可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。

筆者了解到某電廠在換料大修堆頂作業(yè)過程中，發(fā)現(xiàn)堆芯熱電偶密封結(jié)構(gòu)處有硼結(jié)晶現(xiàn)象，說明此處發(fā)生了一回路的壓力泄漏。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，泄漏時(shí)間為反應(yīng)堆停堆換料前的主系統(tǒng)降溫降壓階段。此后開始查找泄漏原因：隨著主系統(tǒng)的壓力下降，熱電偶部分密封結(jié)構(gòu)回縮，使得上部密封墊片得不到足夠的壓縮力，從而導(dǎo)致上部密封失效，根本原因還是緊固部件的預(yù)緊力不夠。

5 Quickloc機(jī)械密封運(yùn)行期間的預(yù)防措施

5.1 預(yù)緊力檢查

AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)外力主要來源于壓蓋螺母，因此，最初若達(dá)不到預(yù)緊力效果也會(huì)發(fā)生上述相似事件。

預(yù)防措施：在系統(tǒng)升溫升壓過程中的冷態(tài)和熱態(tài)期間，分別對(duì)AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封性檢查，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)壓蓋螺母擰緊力矩值進(jìn)行檢查。這樣能夠有效避免由于密封部件在熱脹冷縮作用下而產(chǎn)生預(yù)緊力波動(dòng)。

5.2 增加Quickloc機(jī)械密封引漏裝置

增加AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封的引漏裝置，可避免泄漏的硼酸水流到壓力容器頂蓋表面，這樣即使AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)處發(fā)生泄漏，也無需清潔壓力容器頂蓋表面，為大修主線節(jié)省了寶貴時(shí)間。

5.3 制作Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的模擬體

制作Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)模擬體，除用于大修外，還可用于Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)原理和安裝操作的相關(guān)模擬培訓(xùn)，可有效提高操作人員技能，降低現(xiàn)場(chǎng)操作風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)束語

AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封由于其所處位置和結(jié)構(gòu)特性的要求較嚴(yán)，對(duì)其機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的拆卸和安裝都有嚴(yán)格的限制。AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，再加上其擁有合理規(guī)范的拆裝工藝，因此具有較好的預(yù)期密封效果。但由于目前AP1000核電機(jī)組Quickloc的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)尚未投入使用，尚未對(duì)其相應(yīng)部件進(jìn)行過實(shí)際操作，因此，必須對(duì)AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封制訂完善的操作規(guī)程，通過提出注意事項(xiàng)和制訂運(yùn)行限制措施來減少人為因素帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封運(yùn)行過程中，電廠調(diào)試和維修人員應(yīng)從以下幾方面避免潛在問題的發(fā)生：應(yīng)密切跟蹤AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封的首次安裝操作；參與到后續(xù)的設(shè)備調(diào)試過程中，充分掌握AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封結(jié)構(gòu)特性；需要制訂完善的運(yùn)行規(guī)程來指導(dǎo)實(shí)際操作。

運(yùn)行人員必須充分熟悉AP1000核電機(jī)組Quickloc機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、運(yùn)行條件和完整的運(yùn)行文件體系，才能有效地控制可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到預(yù)期的密封效果，從而有效保證反應(yīng)堆一回路壓力邊界的完整性。

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