蒸汽發(fā)生器關(guān)孔專用工具設(shè)計(jì)及應(yīng)用

方司馬

（中核核電運(yùn)行管理有限公司維修五處，浙江嘉興 314300）

1 背景

1.1 蒸汽發(fā)生器功能及結(jié)構(gòu)

蒸汽發(fā)生器是核電廠一、二回路的樞紐，主要作用是將一回路冷卻液的熱量傳遞給二回路給水，產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。蒸汽發(fā)生器為立式筒體結(jié)構(gòu)，主要由筒體、上封頭、下封頭、U 形傳熱管等組成。來(lái)自一回路的冷卻液由下封頭進(jìn)入蒸汽發(fā)生器一次側(cè)，通過(guò)倒置U 形傳熱管將熱量傳遞給二回路給水，給水在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)變成水蒸氣后，通過(guò)汽水分離器進(jìn)入上封頭，再通過(guò)頂部的蒸汽管口離開(kāi)蒸汽發(fā)生器。

人孔蓋為內(nèi)外雙蓋式結(jié)構(gòu)，內(nèi)外蓋中間腔室聯(lián)接一個(gè)引漏管，當(dāng)內(nèi)蓋出現(xiàn)泄漏時(shí)，介質(zhì)從引漏管排出。下封頭的一次側(cè)人孔，開(kāi)孔方向與地面呈30°夾角，人孔呈橢圓形。上封頭二次側(cè)人孔開(kāi)孔方向與地面呈60°夾角。同樣呈橢圓形，內(nèi)蓋由一根旋轉(zhuǎn)臂支撐，內(nèi)蓋與旋轉(zhuǎn)臂的聯(lián)接方式為插銷結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)臂安裝在上封頭內(nèi)側(cè)，僅有水平旋轉(zhuǎn)一個(gè)自由度，旋轉(zhuǎn)臂末端有一個(gè)凹孔，末端平面與地面呈60°夾角。內(nèi)蓋背部焊接著一根凸棒，與內(nèi)蓋垂直，插入旋轉(zhuǎn)臂末端的凹坑，人孔內(nèi)蓋通過(guò)旋轉(zhuǎn)臂支撐，兩者為間隙配合，人孔內(nèi)蓋可以繞著旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臂固定在封頭內(nèi)表面上，旋轉(zhuǎn)臂可以繞著固定軸旋轉(zhuǎn)（圖1）。

圖1 二次側(cè)人孔結(jié)構(gòu)

1.2 關(guān)孔技術(shù)優(yōu)化的必要性

正常情況蒸汽發(fā)生器人孔關(guān)孔時(shí)，通過(guò)擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂，使人孔內(nèi)蓋旋轉(zhuǎn)到人孔位置，微調(diào)人孔內(nèi)蓋使人孔內(nèi)蓋與人孔對(duì)正，安裝螺栓和外蓋，通過(guò)緊固螺帽可以提升人孔內(nèi)蓋，內(nèi)外蓋與人孔座緊密貼合。蒸汽發(fā)生器關(guān)孔過(guò)程首次出現(xiàn)人孔內(nèi)蓋偏斜，導(dǎo)致外蓋安裝到位后所有螺栓無(wú)法全部安裝到位進(jìn)行緊固的情況。人孔內(nèi)蓋由旋轉(zhuǎn)臂支撐，旋轉(zhuǎn)臂可在水平面旋轉(zhuǎn)，同時(shí)人孔內(nèi)蓋又能在旋轉(zhuǎn)臂上圓周向旋轉(zhuǎn)和上下提拉，自由度較多。內(nèi)蓋重約254 kg，將內(nèi)蓋回裝到位后，因自身重力下墜脫離，在外蓋回裝時(shí)無(wú)法與之對(duì)正。造成蒸汽發(fā)生器人孔內(nèi)蓋偏斜的原因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)軸和人孔內(nèi)蓋長(zhǎng)期處于蒸汽發(fā)生器內(nèi)部，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，汽水和雜質(zhì)進(jìn)入人孔內(nèi)蓋和旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)，形成銹蝕卡澀，使人孔內(nèi)蓋和旋轉(zhuǎn)臂移動(dòng)困難；當(dāng)打開(kāi)人孔時(shí)，需要額外的力量來(lái)強(qiáng)行移動(dòng)人孔內(nèi)蓋和旋轉(zhuǎn)臂，這種額外增加的力量使人孔內(nèi)蓋和旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)磨損松動(dòng)，人孔內(nèi)蓋無(wú)法與人孔對(duì)中，從而無(wú)法通過(guò)人孔外蓋和人孔螺栓提升人孔內(nèi)蓋到指定位置，無(wú)法順利關(guān)閉人孔。

1.3 處理方法

（1）處理方案一：解決人孔內(nèi)蓋偏斜需解體旋轉(zhuǎn)臂對(duì)旋轉(zhuǎn)臂缺陷部位進(jìn)行處理。

（2）處理方案二：制作關(guān)孔專用工具，幫助人孔內(nèi)蓋對(duì)中并提升到指定位置保持固定。安裝人孔外蓋時(shí)，人孔關(guān)孔工具能夠保持人孔內(nèi)蓋不動(dòng)，然后順利安裝人孔螺栓，完成人孔的關(guān)閉。

1.4 技術(shù)難點(diǎn)

（1）回裝內(nèi)蓋至要求位置：蒸汽發(fā)生器在高溫高壓工況下運(yùn)行多年，內(nèi)蓋支撐臂存在卡澀的情況，加之內(nèi)蓋自重，很難將內(nèi)蓋調(diào)整到位的問(wèn)題。

（2）回裝外蓋時(shí)，確保內(nèi)蓋保持不動(dòng)：內(nèi)蓋調(diào)整到位后，安裝外蓋時(shí)，內(nèi)蓋因自身重力會(huì)脫開(kāi)，導(dǎo)致內(nèi)外蓋無(wú)法配合安裝。

（3）專用工具易操作：具備機(jī)械鉗工初級(jí)技能就能順利操控，采用純機(jī)械式構(gòu)造且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低專用工具自身故障率，并且便于搬運(yùn)。蒸汽發(fā)生器二次側(cè)人孔位置處于機(jī)組反應(yīng)堆穹頂位置，路徑無(wú)電梯和升降車，起重設(shè)備也只覆蓋小部分路徑，專用工具應(yīng)解決體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶，盡量避免使用電氣、動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)，確保低故障率。

（4）內(nèi)蓋安裝準(zhǔn)確性：減少蒸汽發(fā)生器內(nèi)蓋反復(fù)找正，避免磕碰密封墊片導(dǎo)致安裝時(shí)損壞等問(wèn)題。

2 專用工具設(shè)計(jì)方案

2.1 專用工具的組成

關(guān)孔專用工具，包括對(duì)中裝置、固定裝置、轉(zhuǎn)換固定裝置等結(jié)構(gòu)（圖2）：①對(duì)中裝置包括承力板、調(diào)正板、帶銷萬(wàn)向手柄和不帶銷萬(wàn)向手柄，調(diào)正板上設(shè)置有兩列卡槽，萬(wàn)向手柄以卡槽為節(jié)點(diǎn)，配合承力板調(diào)整人孔內(nèi)蓋位置；②固定裝置包括過(guò)渡螺柱和左右卡板套件，過(guò)渡螺柱旋入人孔內(nèi)蓋，左右卡板卡住過(guò)渡螺柱，左右卡板支撐在人孔座上，實(shí)現(xiàn)人孔內(nèi)蓋的固定；③轉(zhuǎn)換固定裝置包括更替螺柱、過(guò)渡支架和更替螺母，更替螺柱旋入人孔內(nèi)蓋，配合過(guò)渡支架和更替螺母固定人孔內(nèi)蓋，便于固定裝置的拆除和人孔外蓋的落位。

圖2 專用工具

2.2 功能及優(yōu)勢(shì)

（1）準(zhǔn)確回裝內(nèi)蓋至規(guī)定位置：現(xiàn)場(chǎng)使用手拉葫蘆將內(nèi)蓋提升至大概位置，然后使用對(duì)中裝置中承力板和2 個(gè)手柄進(jìn)行微調(diào)，承力板尺寸與人孔相配合，利用帶銷的萬(wàn)向手柄插入人孔內(nèi)蓋自帶吊耳和不帶銷的萬(wàn)向手柄插入承力板，視內(nèi)蓋周邊間隙情況搬動(dòng)手柄進(jìn)行間隙微量調(diào)整，直至內(nèi)蓋對(duì)正人孔，提拉葫蘆，將內(nèi)蓋板拉入人孔內(nèi)。

（2）保證外蓋回裝過(guò)程固定內(nèi)蓋位置不偏斜：利用固定裝置中過(guò)渡螺栓和定位卡板套件定位人孔，將固定架固定在上封頭上，整個(gè)提升過(guò)程均可視，定位后人孔內(nèi)蓋一直保持未動(dòng)。過(guò)渡支架、更替螺栓和更替螺母在固定裝置拆卸過(guò)程保持人孔內(nèi)外蓋之間不產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，內(nèi)蓋未出現(xiàn)偏斜。

（3）純機(jī)械式結(jié)構(gòu)，體積小便于搬運(yùn)：專用工具各部件連接基本都是機(jī)械配合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作，穩(wěn)定性高，安全可靠。

2.3 專用工具操作流程

（1）內(nèi)蓋對(duì)中過(guò)程：①手拉葫蘆提拉內(nèi)蓋板貼近人孔內(nèi)表面，將承力板立柱插入內(nèi)蓋螺孔內(nèi)；②提拉調(diào)正板上的支撐塊旋開(kāi)后，將調(diào)正板放入人孔內(nèi)，調(diào)正板放好后把支撐塊旋回支撐位置；③將帶銷的萬(wàn)向手柄上的銷插進(jìn)內(nèi)蓋上的吊耳孔內(nèi)，不帶銷的萬(wàn)向手柄插入承力板圓孔內(nèi)，視內(nèi)蓋周邊間隙情況搬動(dòng)手柄進(jìn)行間隙微量調(diào)整，直至內(nèi)蓋對(duì)正人孔；④提拉手拉葫蘆，將內(nèi)蓋板拉入人孔內(nèi)。

（2）人孔蓋回裝過(guò)程：①將手拉葫蘆掛鉤掛在內(nèi)蓋中間的吊耳上，掛鉤一直拉緊不放，并旋入4 顆過(guò)渡螺栓；②插入左右卡板貼至過(guò)渡螺栓（注意卡板大頭在低位，尼龍面貼著殼體），插入左右卡板配對(duì)支撐件（尼龍面貼著殼體），確認(rèn)銷子插入定位；③旋緊過(guò)渡螺栓后，去掉手拉葫蘆掛鉤，將裝好密封墊的外蓋吊入，沿4 條過(guò)渡螺栓滑下，落在卡板上，去掉倒鏈掛鉤；④旋入4條更替螺栓，放置過(guò)渡支架并旋緊4 只更替螺母；⑤旋松4 條過(guò)渡螺栓，吊起外蓋板脫離左右卡板（注意防止外蓋板頂撞過(guò)渡支架），先向上提拉左右卡板配對(duì)支撐件，脫開(kāi)銷子后抽出，然后向左右提拉左右卡板抽出；⑥確認(rèn)上蓋密封墊無(wú)脫落后，緩慢降下上蓋板進(jìn)入人孔內(nèi)，拿掉手拉葫蘆掛鉤，旋入兩條設(shè)備螺栓和螺帽；⑦拆除專用工具其余部件；⑧安裝所有的設(shè)備螺栓、墊圈、螺帽，依原緊固順序及力矩緊固好。

3 專用工具應(yīng)用效果及使用前景

3.1 應(yīng)用效果

專用工具設(shè)計(jì)依托于制作與現(xiàn)場(chǎng)1∶1 的蒸汽發(fā)生器二次側(cè)人孔局部模擬體，為了滿足工具的使用強(qiáng)度，蒸汽發(fā)生器模擬體的人孔內(nèi)外蓋重量都與現(xiàn)場(chǎng)保持一致，為了直觀展現(xiàn)專用工具內(nèi)蓋準(zhǔn)確安裝到位，蒸汽發(fā)生器模擬體只制作上封頭人孔位置的1/4 局部，安裝過(guò)程內(nèi)部情況完全可視，通過(guò)在模擬體上反復(fù)驗(yàn)證，專用工具的使用效果達(dá)到預(yù)計(jì)設(shè)想。在兩次現(xiàn)場(chǎng)操作后，對(duì)比無(wú)專用工具時(shí)采用摸索式關(guān)孔，在工作時(shí)長(zhǎng)、作業(yè)人員和集體劑量方面有了明顯提升，保證了檢修質(zhì)量，提高了工作效率。

3.2 使用前景

隨著設(shè)備責(zé)任班組和檢修作業(yè)存在人員流動(dòng)，需將該項(xiàng)技術(shù)固化形成維修程序作為作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)關(guān)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)人孔不同于簡(jiǎn)單的操作過(guò)程，中間需使用專用工具加以配合，維修程序升版時(shí)避免工作組人員在執(zhí)行程序時(shí)存在理解偏差，將專用工具使用的流程也采取圖文相結(jié)合方式，讓閱讀人員更清晰地掌握其技術(shù)要領(lǐng)，降低實(shí)施過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)。借助蒸汽發(fā)生器局部模擬體編制培訓(xùn)教材，對(duì)參與現(xiàn)場(chǎng)關(guān)孔人員進(jìn)行培訓(xùn)，具備一定鉗工基礎(chǔ)的人員通過(guò)反復(fù)演練增加專用工具操作熟練度，就能滿足現(xiàn)場(chǎng)檢修需要。

4 結(jié)論

蒸汽發(fā)生器是核電廠核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的核心設(shè)備，是連接一回路和二回路的重要樞紐。設(shè)計(jì)制作蒸汽發(fā)生器二次側(cè)人孔關(guān)孔專用工具，取代不可視的摸索式關(guān)孔，解決了工作中遇到的問(wèn)題，縮短了檢修時(shí)間，節(jié)省了大量人力物力，并且在應(yīng)急響應(yīng)時(shí)能快速準(zhǔn)確地完成回裝工作。將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用固化到核電廠維修程序中，便于人員遵照?qǐng)?zhí)行，降低使用過(guò)程的人因失誤。