三门核电反应堆压力容器主螺栓拆装方案优化

杨浩

三门核电有限公司 浙江三门 317100

1 原主螺栓拆装方案

1.1 主螺栓及拆装方案简介

三门核电采用第三代核电技术AP1000，反应堆压力容器主螺栓每台机组共45颗，均匀布置在反应堆压力容器法兰面四周，每根主螺栓都有对应的编号。大修期间，主螺栓需存放在主螺栓存放架内，主螺栓存放架通过环吊放入换料水池高跨180°侧（即：靠近低跨一侧），再通过操作3个堆顶电动葫芦实现主螺栓的吊装；旋拧则通过操作3个堆顶葫芦各连接1台专用的主螺栓植入机实现。

基于上述设备状况，原设计的主螺栓安装方案为：

（1）先使用3台堆顶葫芦将45颗主螺栓全部吊装到对应的螺栓孔中；

（2）再操作堆顶葫芦和主螺栓植入机将所有主螺栓旋拧到位。

拆除方案，则反之。

同时，由于前两次执行主螺栓植入、旋出工作时经验不足，主螺栓只是单纯的按序号大小依次放置在主螺栓存放架中，在操作堆顶葫芦吊运和旋拧主螺栓时，存在相互干扰、无谓等待的情况导致工作效率不高。

1.2 原方案的耗时

根据实际情况，假设：吊装1颗主螺栓的平均时间为t1，旋拧1颗主螺栓的平均时间为t2，其它耗时（包括工作准备、工具吊运、无谓等待、场地整理等时间）为t0，则按照上述方式植入或旋出的耗时t3=45(t1+t2)/3=15(t1+t2)，进行1次完整的主螺栓安装或拆除工作所需的总时间T=t0+t3=t0+15(t1+t2)。根据1、2机组前期开扣盖经验，吊装1颗主螺栓的平均时间t1约为5分钟，旋拧1颗主螺栓的平均时间t2约为10分钟，其它耗时t0约为120分钟，则根据上式可得：进行1次主螺栓安装或拆除所需的总时间T约为345分钟（5.75小时）。

2 主螺栓拆装方案优化

主螺栓拆装方案的优化，应以缩短工期、提高效率的目标。由于主螺栓和堆顶葫芦的数量固定不变，故缩短工期即：减小t0、t1、t2的值。根据现场实际情况，可将主螺栓的吊装和旋拧两项工作穿插进行。以主螺栓植入而言，即：开始阶段，3台堆顶葫芦全部用于吊装；中期阶段，部分堆顶葫芦用于吊装，部分堆顶葫芦用于旋拧；收尾阶段，3台堆顶葫芦全部用于旋拧。而主螺栓旋出则反之。

假设：有a根主螺栓由3台堆顶葫芦同时吊装；有b根主螺栓由2台堆顶葫芦同时吊装；有c根主螺栓由1台堆顶葫芦单独吊装，则a+b+c=45。根据1、2机组前期开扣盖经验可知t1>t2（t1≈2t2），由此得出：前两个阶段的耗时t4=t1(a/3+b/2+c)，收尾阶段的耗时t5={45-[bt1/(2t2)+2ct1/t2]}t2/3=15t2- t1(b+4c)/6，此时植入或旋出的耗时t6= t4+ t5=15(t1+t2)= t3。

综上所述：由于主螺栓的数量和堆顶葫芦的数量一定，故吊装和旋拧工作穿插进行理论上并不能节省植入或旋出的耗时，但可以通过合理的安排，减少工作过程中的无谓耗时，保证工作的连贯性，使其它耗时t0减少，故仍有必要按照上述原则进行优化。同时，还可以通过提前整合人力物力、合理安排吊装资源等方式，优化前期准备工作和后期收尾工作进一步减小t0，从而实现工期的缩短。根据现场实际情况，主螺栓存放架有I型和II型两种，故这两种存放架对应的优化方案略有差异，后文将以植入为例分别说明。

2.1 I型主螺栓存放架的方案优化

I型主螺栓存放架共有5个，每个可存放9颗主螺栓（图1）。由于主螺栓（连同存放架）只能从堆芯180°侧吊入换料水池，故应为主螺栓存放架预留足够空间，先将堆芯0°侧主螺栓吊装到对应的主螺孔中，再同时进行90°侧、270°侧的主螺栓吊装和0°侧的主螺栓旋入，然后同时进行的0°侧主螺栓吊装和90°侧、270°侧的主螺栓旋入，最后进行剩余全部主螺栓的旋入。

图1 I型主螺栓存放架

针对此种存放架，植入方案如下（旋出方案则按照植入方案反序进行）：

（1）使用3台堆顶葫芦吊装8-16号主螺栓。

（2）使用1台堆顶葫芦旋入主螺栓，使用2台堆顶葫芦分别位于90°侧和270°侧，吊装17-25号、44-45号、1-7号主螺栓。

（3）使用2台堆顶葫芦分别位于90°侧和270°侧旋入主螺栓，使用1台堆顶葫芦吊装26-43号主螺栓。

（4）使用3台堆顶葫芦旋入剩余的全部主螺栓。

根据此方案，主螺栓在存放架的布置情况如下：

（1）第一框：8-16号主螺栓；

（2）第二框：1-2号主螺栓、17-21号主螺栓、44-45号主螺栓；

（3）第三框：3-7号主螺栓、22-25号主螺栓；

（4）第四框：26-34号主螺栓；

（5）第五框：35-33号主螺栓。

2.2 II型主螺栓存放架的方案优化

II型主螺栓存放架共有3个，每个可存放15颗主螺栓（图2）。

同理，针对此种存放架，植入方案如下（同理，旋出方案仍按照植入方案反序进行）：

（1）使用3台堆顶葫芦吊装5-19号主螺栓。

（2）使用1台堆顶葫芦旋入主螺栓，使用2台堆顶葫芦分别位于90°侧和270°侧，吊装20-27号、43-45号、1-4号主螺栓。

图2 I型主螺栓存放架

（3）使用2台堆顶葫芦分别位于90°侧和270°侧旋入主螺栓，使用1台堆顶葫芦吊装28-42号主螺栓。

（4）使用3台堆顶葫芦旋入剩余的全部主螺栓。

根据此方案，主螺栓在存放架的布置情况如下：

（1）第一框：5-19号主螺栓；

（2）第二框：1-4号主螺栓、20-27号主螺栓、43-45号主螺栓；

（3）第三框：28-42号主螺栓。

2.3 其它改进对缩短工期的影响

由上文可知，其它耗时t0是影响工作流畅性的关键，除了通过调整主螺栓在存放架中的方式、优化主螺栓吊装与旋拧顺序，从而消除相互之间的干扰和等待之外，还可以通过以下改进缩短工期：

（1）发起工单，在不占用大修主线的前提下，提前进行现场布置、工器具试验及运输等准备工作。

（2）合理安排人力物力和吊装资源，使前后工作衔接连贯。

（3）提前做好标记，避免在确认对应编码的过程中造成时间的浪费。

此外，随着工作人员技能水平的提升，在熟练操作的情况下，吊装时间t1和旋拧时间t2也会相应缩短，从而为节省工期、提升效率起到积极作用[3]。

3 优化前后的对比

通过后续1、2号机组反应堆开扣盖工作的经验，主螺栓拆装方案优化之后，其它耗时t0减少至约60分钟，使整体工时缩短17.39%。并且，经过几次开扣盖工作的锻炼，大部分工作人员能较为熟练地操作堆顶葫芦和主螺栓植入机。现吊装时间t1约为3分钟，旋拧时间t2约为9分钟，总的植入或旋出时间t3约为180分钟，整个主螺栓拆装工作约耗时4小时，比最初耗时减少约1.75小时，节省工期30.43%，同时工作人员所受的辐照剂量也相应减少。

4 结语

虽然只是一点小的改进，但却消除了干扰，保证了工作的连贯性。并且，在环境辐射剂量较高的情况下，工作人员情绪容易波动，可能诱发人因失误，对安全顺利地完成现场工作造成不良影响。事实证明每一次的改进都能对现场工作产生积极作用，需要我们在工作中着眼于细节，勤于思考，不断改进提升，为后续的检修工作铺路搭桥，保证各项工作能够安全顺利地进行。