压力容器冷态试验主螺栓拉伸及调整

秦晓光

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

摘 要：压力容器作为核电厂关键设备之一，在安装调试期间的很多工作都是为后续机组运行后工作的一个实践，冷态试验（即水压试验）所试验的压力为22.8 MPa，是机组正常运行压力15.4 MPa的1.5倍。压力容器密封性能完好主要是由两道密封圈及主螺栓拉伸的预紧力所体现的，因此拉伸的预紧力及少量的调整在开、关盖工作中显得尤其重要，该文主要阐述的就是22.8 MPa压力下，主螺栓的拉伸及调整。

关键词：调试 水压试验 拉伸 调整

中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0141-03

冷态水压试验是机组调试的一个重大节点，标志着一回路及其相关主系统调试工作的结束。冷态水压试验的压力是22.8 MPa，是正常运行时主回路水压的1.5倍，这么高的压力是对一回路系统承压边界的考验，其中，压力容器的顶盖密封作为主回路重要的压力边界，密封圈的尺寸之大，主螺栓的数量之多，决定了压力容器的扣盖工作必须倍加细心，既要保证单个主螺栓的伸长量，也要保证整圈螺栓拉伸调整的对称性和均匀性。3/4#机组压力容器的主螺栓拉伸机依然采用与1/2#类似的单体拉伸机，分为4颗螺栓作为一组进行拉伸工作。提到主螺栓的拉伸，关键的专用工具就是用于紧固的拉伸机。

文章主要内容分为两部分，一是拉伸机的简单介绍；二是对冷态水压试验的拉伸工作介绍。

1 拉伸机的组成、原理及部件功能

该拉伸系统主要由4台单体螺栓拉伸机、1个液压泵站及控制台装置和1套连接管线组成。

1.1 单体拉伸机的结构

该设备主要通过4部分实现其功能，它们分别是主螺栓抱紧装置、主螺栓拉伸装置以及螺母旋转装置和拉伸量位置数据测量装置（单位：mm）。

主螺栓抱紧装置：该部分通过闭锁油缸驱动6块卡盘的上下运动来实现主螺栓上部与螺栓拉伸机拉杆部分的抱合及打开功能。该装置就是通过6块上下联接的卡盘来传递拉伸装置的拉伸力。

主螺栓拉伸装置：该部分由两部分组成，拉杆和拉伸油缸。拉杆通过上面提到的主螺栓抱紧装置与主螺栓相联结，可以同步运动；而拉伸油缸则通过活塞的向上运动来托着拉杆向上运动，实现对主螺栓的拉伸作用。

主螺母旋转装置：该部分是通过一个电机及一套相互啮合的齿轮来带动主螺栓上的主螺母进行旋松或旋紧的旋转运动，实现主螺母的转动功能。

拉伸量测量装置：该部分通过位于拉杆中心位置的拉伸测量杆、拉杆顶部的电子测量表来实现对拉伸量的跟踪测量。

1.2 液压泵站及控制台装置

该套设备是液压泵站及控制柜的集合体。液压泵站提供4台单体螺栓拉伸机动作所需的高压及低压液压油，以及各部分所需提供的电源。控制柜实现对4台单体螺栓拉伸机的远程操作，实现自动和手动功能的实现；同时可以对压力容器开关盖工作中每根螺栓一次拉伸的拉伸量进行记录和分析计算，工作结束后可储存、打印。

1.3 连接管线

共有4根连接管线来连接液压泵站及4台单体螺栓拉伸机，每根连接管线内部包括1根电缆和1根高压油管、1根低压油管。电缆与设备依靠活接头插拔式连接；两根油管的连接方式是螺纹连接。控制台与各拉伸机的电气连接是采用快速插头的连接方式，快速插头内包含了电源线、现场总线、紧急停止线、现场测量线。每个拉伸机的拉伸量测量通过现场测量线送到控制台上的显示屏上。紧急停止线把控制台与4个拉升机的紧急停止开关连接。紧急停止开关主要有两种，一是在泵站上的控制柜；二是每台拉伸机操作箱上有一紧急停止开关。一旦其中一个被启动，则拉伸功能立即停止。

2 拉伸前的准备工作

主要包括螺栓的目视检查、法兰面间隙测量、拉伸前的简单介绍、初始数据的测量等几项关键性的步骤。

2.1 主螺栓参数介绍

主螺栓数量：56颗；

主螺栓中心圆直径：Φ4170mm；

主螺栓螺纹：M155×4；

主螺栓总高度：（1 675±1.5）mm。

对于使用前的主螺栓，需要确认上、下位置螺纹表面是否有明显的毛刺、撞击痕迹、钢丝刷丝削等异常，以及螺母上的螺纹外观质量是否完好，同时垫片应标识出箭头，防止安装期间垫片方向错误引起的返工。

2.2 测量压力容器法兰间隙

法兰面间隙的测量主要是为了保证顶盖就位于堆芯后，法兰面一周的间隙应该是相对均匀的，一旦出现一个点的数值与其他位置的差异多大（≥1mm），则需要查明差异原因，并立即进行处理。一般的，在压力容器0°、90°、180°、270°这4个点，用专用的量块测量顶盖和筒体的法兰面间隙。测量间隙有两个作用，具体如下。

（1）作為拉伸前的间隙记录，与拉伸完成后的间隙值做差值，可以得出顶盖的下压量。

（2）检查堆内构件是否安装到位，如果内部的堆内构件安装错误的话，就会造成法兰间隙不均匀。

2.3 4台螺栓拉伸机的联动试验和人员培训

由于运输过程的颠簸会造成一些连接部件松动和传感器的接触不良，另外，RX厂房里灰尘很多，会影响传感器的灵敏度。所以，将5台螺栓拉伸机（一台备用）运至R厂房20m平台后，需要做拉伸机的联动试验，先做其中4台的联动试验，然后再换上备用的。每次拉伸机使用前，为了确保设备的正常运行，需要在试验台架上模拟拉伸机的工作，待模拟试验设备正常运行后，再将拉伸机对应的吊至第一组压力容器的顶盖1#、15#、29#、43#主螺栓上。

在拉伸机使用前，首先向所有参与此次拉伸工作的成员讲解拉伸机的操作、工作原理、使用注意事项等内容进行理论培训，并现场讲解，这一系列的前期准备为扣盖工作的顺利进行奠定了基础。从吊装到拉伸完毕后的调整，对于每一位现场跟踪人员都具有良好的指导作用，尤其是在拉伸机出现故障，进行检查及处理的时候，为今后的实际工作带来了很大的帮助。

2.4 主螺栓旋入螺栓孔、装芯杆和测量初始值

主螺栓和螺栓孔的清洗、毛刺的检查是一个很需要心细的工作，由于文章中讲的是主螺栓的拉伸和调整，在此就不做赘述。用螺栓旋转装置将56颗主螺栓拧入螺栓孔后，再每个退拧一圈，是因为螺孔的最后一道螺纹涉及退刀槽。

装入芯杆测量初始值，由于拉伸值的测量，都是由人工用深度千分尺来完成的，为了避免人因失误，使测量结果尽可能精确，以下两点在拉伸工作中屡次得到应用。

（1）采用两人独立测量，再进行数据比对，比较两份数据，数据差值在0.02 mm以内视为正常；若超过0.02 mm，即重新测量。

（2）同一颗螺栓，每次测量时要把深度千分尺放在同一个位置。避免主螺栓顶部表面不平整造成的影响，测量方法如图3所示。

3 拉伸

由于压力容器的主螺栓尺寸较大，为M155×4，使用常规的扳手紧固的方式无法旋紧，因此，采取另外一种紧固方式拉伸进行密封。首先，将测量杆放入螺栓孔中测量原始的数据，由专用的拉伸机定位在需要拉伸的螺栓上部，通过液压机构对拉伸机本体的油缸实施加压，油缸的动作带动了拉伸机下部的抓爪进而将螺栓提起，后续由拉伸机将螺母旋紧，油缸卸压，抓爪松开螺栓，待14组螺栓全部拉伸完成后，开始第一遍数据测量记录，第二遍拉伸工作步骤与第一遍相同，待2～3遍拉伸完成后，将初始值与最后一遍拉伸相对比，按照冷态水压试验的拉伸量（1.64±0.05）mm核实，如未达到此要求，需要进行手动的调整。

4 手动调整

手动拉伸的原理是，手动模式下将拉伸机升压，使螺栓伸长，利用手动调整螺母和棘轮扳手手工拨动螺母，使螺母前进（拉伸量不足时）或者螺母后退（拉伸过量时），等手动螺母操作完成后，再将拉伸机系统降压、活塞复位，这样螺栓的拉伸量就有了相应的增加或者减少，对于不需要调整的螺栓不要拨动螺母，拉伸量就不会改变。主要的调整步骤如下。

（1）根据拉伸结果确定需要手动螺栓拉伸的序号。

（2）确定不合格螺栓的拉伸量到合格范围的中间值的差值。

拉伸量小的需要增加拉伸量，拉伸量大的需要減少拉伸量，需要增加的值记录为正值，需要减少的值记录为负值。计算方法为：拉伸量不够的最大值减去现有拉伸量，拉伸量超出时用现有拉伸量减去最小值。

（3）控制台将螺栓拉伸机打到手动模式。

将每台螺栓拉伸机的手动拧进螺母按照表格中数值的正、负拧紧或反向转动，直到拧不动为止，目的是消除手动调整的齿轮机构的空行程。

需要说明的是：由于扩建机组的拉伸机手动调节期间没有固定的刻度盘，经过查找设备资料，针对手动调节，特制了一个专用的刻度尺，只要在手动调整过程中将刻度尺的中心向上，旋转5个单位（mm），即手动调整了0.01 mm。

直至全部数据经过测量后合格，否则按照上述描述重新进行调整。

5 控制台油压的设定

在用螺栓拉伸机关盖的时候，4台拉伸机分14组拉伸螺栓，为了使在每遍拉伸完成后各个螺栓的拉伸量比较趋于一致，先后每组拉伸时所需的油压是不一样的。因为每拉伸拧紧一组螺栓之后，法兰面都要被压缩，法兰面都会向下降，之前拉伸的螺栓的伸长量就会变小，所以，14组螺栓拉伸的时候所需要的油压应该是逐渐递减。在这次关盖的操作中，第一遍拉时选了一个系数6%，分三级油压拉伸，即：（1+6%）P、P、（1-6%）P。结果第一遍下来时拉伸量相差很大，第一组的拉伸量最小而最后一组的伸长量最大。这个系数6%取小了，应该取得更大，避免出现首尾拉伸量相差过大，为后面两遍的拉伸工作增添难度。

6 拉伸中的注意事项

通过此次拉伸工作，总结几点在今后的拉伸工作中需要的事项如下。

（1）泵站的操作人员要明确，避免因人因导致的参数变动，影响工作进度；（2）使用最大的拉伸力时单体拉伸机的操作人员要注意观察是否螺母是否会转动，如未变化，则需要再增加拉伸力的数值，一般以5 bar为一个梯度；（3）检查拉伸机就位时，与顶盖接触的探头指示灯明亮，同时注意吊装期间对它的保护；（4）单体设备的高低压油管全部裸露在外，吊装期间也要小心；（5）拉伸的过程中工作人员尽量远离设备，防止意外发生；（6）操作前必须先使活塞复位；（7）在连接油管时应先对快速接头进行检查，防止因接头故障导致的油压无法建立。

7 结语

主螺栓拉伸工作在3/4#机组中已进行过多次，每次拉伸工作都为今后的工作提供了宝贵的经验数据，同时能够使堆芯的工作更加安全顺利。

参考文献

[1] 拉伸机运行维护手册[S].2007.

[2] 反应堆压力容器主螺栓、螺母技术要求[S].2006.