核電廠反應(yīng)堆壓力容器主螺栓卡澀原因分析

彭將

福建福清核電有限公司 福建福清 350318

1 核電廠反應(yīng)堆壓力容器介紹

壓水堆核電廠正常運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)堆壓力容器承受15．5Mpa內(nèi)壓的作用、內(nèi)部壓緊彈簧的力、O型密封圈的回復(fù)力等，反應(yīng)堆壓力容器頂蓋與法蘭之間通過螺栓聯(lián)接，為保證螺栓聯(lián)接的牢固性，安裝螺栓時(shí)需要施加合適的預(yù)緊力，以維持一回路壓力邊界的完整性。當(dāng)前壓水堆核電廠反應(yīng)堆壓力容器的主螺栓使用液壓拉伸法進(jìn)行拉伸，整體螺栓拉伸機(jī)（MSTM）可用于旋入/旋出壓力容器主螺栓。在核電站使用整體螺栓拉伸機(jī)的過程中，可能會(huì)發(fā)生主螺栓卡澀的情況。

2 某核電廠壓力容器主螺栓卡澀事件

2.1 事件概述

某核電廠一回路水壓試驗(yàn)前關(guān)蓋時(shí)，在使用整體螺栓拉伸機(jī)（MSTM）擰螺栓機(jī)器人擰入主螺栓的過程中，出現(xiàn)6根主螺栓（26#、44#、49#、51#、52#、54#）旋入扭矩超載的情況，這6顆主螺栓都是在旋入一段深度后發(fā)現(xiàn)扭矩超標(biāo)，利用手動(dòng)工具將這6顆主螺栓全部旋出，檢查主螺栓及主螺栓孔的情況，發(fā)現(xiàn)共造成了6個(gè)主螺栓孔不同程度研傷的情況，與之對(duì)應(yīng)的主螺栓也出現(xiàn)了多處研傷，主螺栓螺紋牙底甚至出現(xiàn)了小鐵屑，該鐵屑是主螺栓螺紋與螺栓孔螺紋牙刮擦產(chǎn)生[1]。

2.2 原因分析

發(fā)生該問題后，技術(shù)人員針對(duì)可能的原因進(jìn)行了仔細(xì)的分析，經(jīng)過RCA原因分析方法，可能的原因分析如下：

（1）整體螺栓拉伸機(jī)（MSTM）與壓力容器（RPV）頂蓋對(duì)中不好。

整體螺栓拉伸機(jī)使用時(shí)是通過兩個(gè)導(dǎo)向裝置與頂蓋進(jìn)行定位，當(dāng)下降MSTM到RPV頂蓋時(shí)，通過將拉伸機(jī)支撐環(huán)上的兩組導(dǎo)向輪組件引入到相對(duì)應(yīng)的兩根導(dǎo)向軌（安裝在頂蓋組件上）來對(duì)MSTM進(jìn)行定位。

由于該導(dǎo)向裝置在另一臺(tái)核電機(jī)組的壓力容器關(guān)蓋時(shí)已經(jīng)使用，導(dǎo)向輪已經(jīng)進(jìn)行適配固定。因此在該機(jī)組使用拉伸機(jī)的時(shí)候，不能松動(dòng)導(dǎo)向輪組件，以免出現(xiàn)在另一臺(tái)機(jī)組使用拉伸機(jī)時(shí)對(duì)中不好的情況。將拉伸機(jī)沿著導(dǎo)向軌下降到頂蓋法蘭面，由于不同機(jī)組的導(dǎo)向軌安裝位置可能存在差異，拉伸機(jī)就位后發(fā)現(xiàn)拉伸機(jī)與頂蓋對(duì)中存在偏差。操作人員通過手動(dòng)調(diào)整后，開始使用擰螺栓機(jī)器人旋入主螺栓，就可能由于對(duì)中不好，主螺栓在螺孔里面傾斜，出現(xiàn)越旋入越緊的狀況，造成扭矩超標(biāo)，最終卡死在螺孔里面[2]。

為了驗(yàn)證該原因分析的正確與否，技術(shù)人員安排在模擬體設(shè)備上進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容具體為：

將主螺栓孔模擬體按照正常狀態(tài)安裝在試驗(yàn)與存儲(chǔ)臺(tái)架上，利用擰螺栓機(jī)器人將主螺栓旋進(jìn)螺栓孔模擬體里，結(jié)果每一個(gè)機(jī)器人的每一個(gè)機(jī)器手均能順利實(shí)現(xiàn)該功能，主螺栓均能平穩(wěn)旋入螺孔里；

人為將螺栓孔模擬體偏移一定的位置（偏移量約3-5mm），利用機(jī)器人將主螺栓旋入螺栓孔模擬體里，試驗(yàn)5次，結(jié)果均為無法入扣，設(shè)備報(bào)“扭矩超標(biāo)（入扣時(shí)扭矩設(shè)定值是70N．M）”故障，這直接證明了只要擰主螺栓機(jī)器人的機(jī)器手與螺孔位置稍微有點(diǎn)偏差時(shí)，螺栓是無法旋進(jìn)螺孔里的，這與當(dāng)時(shí)關(guān)蓋時(shí)螺栓能旋進(jìn)去一部分的情況是不吻合的。

經(jīng)過上述分析，認(rèn)為由于拉伸機(jī)與壓力容器頂蓋對(duì)中不好造成此次螺栓卡澀的可能性不大。

（2）主螺栓或主螺栓孔清潔度不好，存在異物。將主螺栓旋出后，檢查發(fā)現(xiàn)主螺栓上存在部分異物，甚至碎屑（碎屑懷疑是由于螺紋牙相互刮擦產(chǎn)生），因此分析認(rèn)為發(fā)生螺栓卡澀是由于主螺栓、主螺栓孔清潔度不好，造成主螺栓在旋入一段長度后，受異物的影響，越旋入越緊，最終導(dǎo)致力矩超標(biāo)，主螺栓發(fā)生卡澀，此外，使用的防咬劑N5000顆粒度太高，而且現(xiàn)場涂抹時(shí)，使用的份量未被嚴(yán)格控制，用量較多，可能也是造成卡澀的輔助原因之一。

（3）主螺栓螺紋入扣處存在設(shè)計(jì)缺陷。當(dāng)前主螺栓螺紋入扣處為燕尾形，在旋進(jìn)螺孔的過程中容易刮擦螺栓孔的螺紋牙，刮擦鐵屑等異物，分析此為主要原因。

2.3 經(jīng)驗(yàn)反饋

由于主螺栓在利用機(jī)器人自動(dòng)旋入時(shí)極易出現(xiàn)螺栓卡澀的情況，原因也是復(fù)雜多樣，國內(nèi)多家電站都曾經(jīng)出現(xiàn)過主螺栓卡澀的情況，該問題影響極大，不僅影響工期（個(gè)別缺陷影響工期甚至達(dá)8各月之久），而且嚴(yán)重耗費(fèi)人力、物力，各個(gè)電廠和監(jiān)管部門都極其重視，通過此次壓力容器主螺栓卡澀事宜，制定的經(jīng)驗(yàn)反饋如下。

經(jīng)驗(yàn)一：針對(duì)拉伸機(jī)與頂蓋對(duì)中不好可能造成螺栓卡澀的情況

每次下降MSTM到頂蓋后，必須檢查拉伸機(jī)的對(duì)中情況，最好通過拉伸機(jī)支腿部分或者支撐環(huán)部分來檢查，有條件的情況可以使用尺子測量，必須保證拉伸機(jī)在對(duì)中良好的情況下才能進(jìn)行后續(xù)工作[3]。

經(jīng)驗(yàn)二：針對(duì)主螺栓、螺栓孔清潔度不好造成螺栓卡澀的情況

每次清洗完成后，必須進(jìn)行仔細(xì)的檢查，尤其是對(duì)于螺栓孔，需要使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查，需要特別注意螺孔下部區(qū)域及朝下的螺紋牙（該區(qū)域不容易清洗）。

已經(jīng)開展防咬劑N5000該成N7000的換型論證，并且注意防咬劑不要涂抹太多，對(duì)涂抹量進(jìn)行量化控制。

經(jīng)驗(yàn)三：針對(duì)主螺栓螺紋入扣處存在設(shè)計(jì)缺陷情況

將主螺栓入扣處燕尾形改成一字形，避免主螺栓在旋進(jìn)螺孔的過程中相互刮擦，損傷螺紋牙。

3 結(jié)語

反應(yīng)堆壓力容器重要性高，主螺栓旋入工作易發(fā)生卡澀現(xiàn)象，針對(duì)分析出的卡澀的三種可能原因，核電廠技術(shù)人員應(yīng)在后續(xù)的生產(chǎn)檢修工作中特別關(guān)注，避免由于盲目操作造成損傷螺紋的情況。