整体式主螺栓拉伸机在VVER 核电机组的应用

李高超

（江苏核电有限公司，江苏连云港 222000）

0 引言

田湾核电站1 号～4 号机组采用俄罗斯VVER-1000 型核电机组，核反应堆装置为B-428 型压水反应堆。相比于国内其他压水堆核电机组，VVER（Water-Water Energetic Reactor，水—水高能反应堆）机组反应堆压力容器法兰密封结构有较大不同：主密封面布置有两道横截面为V 形的密封槽，密封槽内安装材质为镍，直径为5 mm 的金属密封圈；主密封件由54 根主螺栓、54 个主螺母、54 套凹凸球垫片、2 道镍密封圈组成。为保证压力容器法兰的密封性，主密封件使用整体式主螺栓拉伸机实现拉伸预紧，主螺栓的剩余伸长量要求为2.2±0.1 mm。

1 整体式主螺栓拉伸机工作原理及特点

整体式主螺栓拉伸机由环形支撑、拉伸装置、机械手、液压系统、主螺栓伸长量测量装置、主螺栓及主螺母适配器、主螺母扳手、动力系统、控制及显示系统等部分组成。压力容器密封过程如下：主螺栓拉伸机安装在压力容器顶盖上，拉伸单元与主螺栓上部的梯形拉伸螺纹咬合连接；液压泵通过高压油管将液压油同步送至54 套拉伸单元并建立一定的压力，在这一过程中拉伸单元同步拉伸54 根主螺栓至目标值，保持液压系统压力；使用扳手拧紧主螺母，最后液压系统泄压。主螺栓的拉伸过程主要通过液压系统压力进行控制。解密封与密封过程类似，将主螺栓拉伸至目标值，拧松主螺母。机械手可以在环形支撑上行走，可对每根主螺栓进行提升与下降、拧出与拧进等操作。

整体式主螺栓拉伸机拥有较多优点[1]：使用一个液压系统，因此螺栓受力均匀；通过精确控制螺栓剩余伸长量实现螺栓预紧力的精确控制；所有螺栓同步拉伸，主螺栓全自动拧进、拧出，作业效率高。整体式主螺栓拉伸机在核电厂压力容器开关盖中得到广泛运用[2]。目前，田湾核电站每两台机组配备一台整体式主螺栓拉伸机。

2 田湾核电站在VVER 核电机组的改进

2.1 田湾核电站主螺栓拉伸机的特点

田湾核电站采用双层安全壳，设备闸门的尺寸相对较小，组装后的拉伸机不能通过设备闸门。所以，拉伸机（含试验台架）需要先拆卸为两个半圆（环）形然后才能运输进入反应堆厂房，再在反应堆厂房进行组装，包括环形支撑组对、油管连接、机械手的安装、电缆的安装等。为保证拉伸机的工作性能，组装后的拉伸机需要进行台架模拟试验。

VVER 机组一回路布置有4 个环路，主泵、蒸汽发生器、反应堆本体检修、核燃料运输等[3]活动均在反应堆大厅内进行，大厅内检修场地十分紧张，没有存放主螺栓架的专用存放场地。拉伸机解除密封后主螺栓不能与拉伸机一起拆除，而是继续留在顶盖上。密封过程是提前将主螺栓就位在顶盖上。

2.2 主螺栓拉伸机的优化改进

2.2.1 一期工程拉伸机机改造

田湾核电站一期工程主螺栓拉伸机是德国Wenutec GmbH公司于20 世纪初制造的，型号为MST 54/8000-DR1000。作为世界上较早设计的整体式主螺栓拉伸机，其存在一些不足，为提升工作效率，田湾核电站在使用过程中对其进行了一系列的优化改进。

（1）机械手改造。原始拉伸机配备两台机械手，每台机械手配置一根工作杆，实现对主螺栓的提升、下落、拧进、拧出、主螺栓重量补偿等功能。为提升工作效率，对机械手机械进行了改造，每台机械手配置两根工作杆，拉伸机操作画面采用双显示器，允许两人独立操作机械手，机械手作业效率提高了一倍。

（2）吊装与调平方案优化。拉伸机初始吊装方案为：环吊与万用吊具连接，万用吊具下方连接3 根刚性杆，刚性杆与拉伸机连接，拉伸机水平度的调整通过调整调节刚性杆上的花篮螺母实现。主螺栓拉伸机直径达4 m，吊装时水平度要求小于等于5 mm，为调整花篮螺母需要多次在试验台架上起吊和下落拉伸机，直到满足水平度要求，操作繁琐，作业效率极低，同时多次提升和下落螺栓拉伸机增加刮伤设备的风险。用吊带和液压可调吊具取代原有的刚性杆后，实现了吊装状态下的水平度在线调整，提升了吊装效率。

（3）主螺栓伸长量测量优化。一期工程拉伸机原始设计的主螺栓剩余伸长量方法为手动测量拉伸前后主螺栓的长度，剩余伸长量为两次测量值之差，该方法测量时间长、测量误差较大。优化后螺栓伸长量测量为自动实时测量，在螺栓拉伸前安装测量表，螺栓拉伸过程中实时监测螺栓伸长量，液压系统泄压后直接显示剩余伸长量[4]。

2.2.2 二期工程拉伸机结构优化

在一期工程拉伸机的基础上，二期拉伸机进行了进一步优化：①改变拉伸机支撑腿的结构和位置，运输组装过程中无需拆装支撑腿；②根据一期拉伸机使用经验，用于调整拉伸单元位置的调整缸基本不使用，因此取消了调整缸；③为消除气源品质对拉伸机的影响，优化液压系统的所有气动元件，螺母扳手的动力源由气动优化为电动，整个拉伸机不再使用气源。

3 在VVER 机组的应用反馈及建议

3.1 二期工程拉伸机设计优化不适用

二期工程拉伸机支撑腿与顶盖导向干涉，提供了不适宜VVER 机组的主螺栓存放架，修改了部分作业流程。重要专用工具的设计改进需经过工具使用部门必要的设计审查，特别是非设备制造厂供货的专用工具，以满足现场实际需求。

3.2 主螺栓拉伸机不能互换使用

田湾核电站T301 大修压力容器密封作业使用的是一期工程的拉伸机，密封作业未出现异常。T302 大修执行解密封前主螺栓拉伸机环形支撑无法安装到顶盖上。经核实不能就位的原因是：T302 大修使用的是二期拉伸机，环形支撑底部有4 个孔直径相对较小，同时部分凹凸球垫片有不同程度的错位。一期拉伸机环形支撑底部的孔直径相对较大，更换为一期拉伸机后顺利完成了压力容器解密封作业，整个过程耽误大修关键路径时间约30 h。

建议：对于多机组同一堆型的厂址，专用工具间应具备兼容性，相互备用。

3.3 压力容器顶盖发生轻微偏移

VVER 机组通过在顶盖Ⅰ轴和Ⅲ轴位置加装两个对中导向实现顶盖环向和径向的精确定位，对中导向的调整块在设备首次安装时进行调整并焊接固定。田湾核电站3 号机组热试结束压力容器解密封前，维修部门发现Ⅲ轴位置的顶盖对中导向无法安装到位。经核实原因为：在冷试装堆阶段，顶盖精确就位在反应堆竖井后拆除了对中导向，使用主螺栓拉伸机执行了压力容器密封作业，在这过程中顶盖向Ⅲ轴方向发生了轻微偏移。

建议：VVER 机组压力容器在密封过程中，应保证顶盖对中导向安装在顶盖上。

3.4 主螺栓支撑架不具备定位功能

拉伸机执行VVER 机组压力容器密封作业前通过支撑架将主螺栓支撑在顶盖通孔位置，目前支撑架只有支撑主螺栓功能，不具备精确定位能力，部分主螺栓将偏离正中心位置，主螺栓拉伸机就位到顶盖过程中较困难，需对偏离中心位置的主螺栓进行调整。

建议：后续对螺栓支撑架进行优化改进，增加定位功能。

3.5 整体式拉伸机不能整体运输

VVER 核电机组受设备闸门尺寸限制，整体式拉伸机不能整体运输，增加了拉伸机运输难度和组装时间，增加液压油管接头拆装次数。

建议：后续VVER 机组在土建设计阶段，应考虑增大设备闸门尺寸的可行性，以便整体拉伸机能整体进出反应堆厂房。

4 结束语

主螺栓拉伸机是核电站反应堆开关盖的关键专用工具，而整体式主螺栓拉伸机凭借其突出优点在VVER 机组得到了良好运用，有效缩短了机组换料大修工期，创造了良好经济效益。不过，还需要在后续工程实践中不断积累经验，开展持续优化，以提高VVER 机组反应堆开关盖的工作效率。