CNP650机组压力容器螺栓拉伸过程问题与处理

顾新荣，孙 超

（海南核电有限公司，海南昌江 572733）

0 引言

CNP650 机组反应堆压力容器采用单体式螺栓拉伸机，通过对法兰螺栓加载预紧力形成密封效果。该部位是一回路系统的压力边界，螺栓拉伸操作必须做到精准无误；同时该过程也是核电机组大修的关键路径，必须保证螺栓拉伸的迅速高效。而单体式螺栓拉伸机系统结构复杂、操作逻辑性强，并且受弹性交互影响，拉伸技术难度大，在现场实际操作中，容易出现拉伸机不可用或者拉伸数据不合格的情况，因此对于这些问题的深入分析是有很有必要的。

1 拉伸操作介绍

CNP650 核电机组采用单体式拉伸机，整个系统由4 台单体式拉伸机及1 台液压站通过若干液压管线及电缆连接。4 台拉伸机在压力容器顶盖法兰上呈90°布置，操作人员在20 m 平台液压站上完成整体控制。螺栓拉伸系统构成如图1 所示。

整个螺栓拉伸过程采用三遍式加载，分别为目标值的60%、80%、100%。压力容器顶盖共56 颗螺栓，在拉伸时将它们分成14 组，十字对称的四颗螺栓为1 组，为了达到均匀加载的目的，对每组进行拉伸排序，螺栓拉伸分组见表1。

2 拉伸过程问题

2.1 拉伸机液压系统无法建立压力

螺栓拉伸过程中，在升压时低压向高压切换的过程中，高压无法升压。导致拉伸机液压系统无法建立压力。出现该问题主要有两种原因：第一，油管没有接好，导致油路不通；第二，压力传感器松动，导致高压向低压切换的信号无法给出。

图1 螺栓拉伸系统构成

现场在出现拉伸机液压系统低压向高压切换的过程中无法升压时，首先需将液压系统停运，并将管道中的压力降为0，重新拆除管道检查，确认管道接头连接到位；其次检查液压站上的压力传感器有无松动或者损坏情况，如有则需紧固或者更换。

2.2 拉伸机液压系统无法泄压

在拉伸过程中，如果出现升压时螺栓拉伸机液压站工作正常，但是泄压时出现无法泄压或压力泄到某值却无法再继续泄压的情况，会产生泄压超时报警。出现该问题的主要原因是油管没有接好导致。高压油管内有单向阀，当两油管正常连接才能打开，如油管接头出现虚接，就会导致油管油路不畅。在单向阀的作用下，虽然可以正常升压，但是泄压时却会无法正常动作。

表1 螺栓拉伸分组

针对该情况，现场首先停止升压操作，通过就地拉伸机上的压力显示确认哪台拉伸机问题。找到故障点后，用扳手逐步松开拉伸机上的油管接头，将油缓慢放出，观察液压站压力降为0。然后，拆除拉伸机的所有油管重新连接，连接时再次检查确认各个接头自然锁紧到位。

2.3 拉伸机液压缸超行程故障

该问题常见原因是拉伸螺母的锁紧销松动，长期以往螺母逐步上移，导致拉伸机升压过程中液压缸行程超差，触发超行程限位报警。解决方法是松开锁紧销，重新调整拉伸螺母位置并锁紧。

2.4 螺栓安装高度超差导致拉伸机无法落座

出现该问题的原因是：在旋入螺栓过程中未严格执行旋入深度在217 mm 并退出1/4 圈的操作，并且最后未对螺栓高度做统一检查，致使拉伸机在落座时筒体会直接卡在相邻螺栓的顶部。

解决方式如下：以假设拉伸机P2 阶段，STEP7 拉伸过程中发现24#螺栓拉伸机无法落座，检查发现拉伸机卡在23#螺栓顶部情况为例。①中断STEP7 拉伸操作，打开拉伸机卡盘后，将拉伸机重新起吊并坐落于9#、23#、37#、51#螺栓（STEP10 组）；②在拉伸机完成对中后，在原设定值基础上增加10 MPa 进行升压，使用拉伸机手动拨齿工具，旋出23#螺母至与球面垫圈有2 mm左右间隙；③拉伸机直接卸压，复位活塞打开卡盘后将拉伸机吊离；④使用螺栓手动工具将23#螺栓重新旋入到底后回退1/4圈；⑤再次就位该组拉伸机，使用P1 阶段STEP10 液压值对该组螺栓重新进行拉伸；⑥继续P2 阶段STEP7 拉伸操作。

2.5 螺栓球面垫片装反导致拉伸数据异常

正常情况下垫片安装时球面朝上，与螺母下表面（球面结构）配合。如果在压力容器关盖期间安装螺栓时装反，将导致两者无法自动对中锁紧，垫片在受力后发生径向偏移，造成螺栓拉伸过程中测量数据异常，表现为横向比较有差异，自身纵向比较不服从胡克定律。

解决方法如下：以P2 阶段数据测量时45#螺栓拉伸值异常，检查发现球面垫片装反为例。①将拉伸机重新就位在3#、17#、31#、45#螺栓，修改液压站关盖程序，在原液压设定值基础上增加10 MPa 进行升压，使用手动拨齿工具将45#螺母旋出至与球面垫圈有2 mm 左右间隙；②拉伸机直接卸压，复位活塞打开卡盘后将拉伸机吊离；③手动完全旋出45#螺母，将垫片调整方向后重新安装；④手动旋紧螺母至与垫片贴合；⑤将拉伸机再次就位在3#、17#、31#、45#螺栓，修改回原关盖程序，使用P2 阶段STEP5 组液压值重新拉伸。

2.6 螺栓拉伸数值超差

2.6.1 第二遍拉伸后数值验算

从第二编拉伸开始，需要对残余拉伸量做重点关注，使用雷达图法检查有无异常螺栓，并对它们的P3 液压值进行验算和提前调整，以防止第三遍拉伸后超差。这一步很关键，如果第三遍拉伸量不在合格范围，需要进行第四次调整拉伸，既延长了主线工作时间，也增加了不必要的人员受照剂量。甚至一旦拉伸量超出上限，会直接改变C 型密封环的有效回弹量曲线，影响压力容器的密封性能。如何检查调整，以第二遍拉伸后获得如下拉伸分布曲线为例（图2）。

图2 第二遍拉伸分布曲线举例

可以看出，STEP9 组螺栓2#、16#、30#、44#螺栓拉伸值偏高，其他螺栓整体曲线较为均匀，使用胡克定律对该组螺栓的P3液压值进行验算：

式中［P（2）9］——第二遍第9 组拉伸液压值矩阵，MPa

［R（2）9］——第二遍第9 组残余拉伸值矩阵，mm

［P（3）9］t——第三遍第9 组计算拉伸液压值矩阵，MPa

［R（3）9］t——第三遍第9 组目标拉伸值矩阵，mm

通过计算，得出结果见表2。

因此对拉伸机的程序进行需改，将P3 STEP9 组的液压值调整为65.5 MPa。同理对其他螺栓进行验算，检查偏差ΔP 是否为正值，否则做相应调整。

2.6.2 第三遍拉伸后最终调整

经过三遍拉伸后，希望得到的拉伸曲线介于1.31±1.05 mm区间，如果出现偏差就需要进行最终调整，然而偏差很可能不在同一组螺栓上，这时需要重新对不合格螺栓进行组对，以获得最少的调整次数。

一般情况下P3 残余拉伸量有历史拉伸数据的借鉴，偏差不会太大，每个螺栓的偏差也有所区别，无法通过修改液压值做统一调整，这时可以使用手动拨齿工具进行逐个微调，等效调整关系为1Groove≈0.02 mm。具体如何操作，以第三遍拉伸后获得如下拉伸分布曲线为例（图3）。

从第三遍拉伸曲线来看，2#、17#、28#、29#、41#、43#拉伸值超差，在进行分组调整时要考虑两个因素，一个是拉伸机布置要使得压力容器法兰受力平衡，尽可能达到十字对称结构，二是相邻拉伸机不能间距过小避免它们吊装时相互干涉。因此可以形成布置如下：

表2 第三遍拉伸液压值调整

图3 第三遍拉伸分布曲线举例

分组一：2#、17#、28#、42#，液压值可以取这4 颗螺栓在第三遍拉伸时的最大液压值再加50 bar，以保证调整所需的间隙。调整结果如图4 所示。第三遍拉伸液压值调整见表3。

图4 分组一布置

分组二：2#、18#、28#、40#，其中2#、28#在分组一调整后拉伸机位置保持不动，二次调整结果如图5 所示。第三遍拉伸液压值调整见表4。

表3 第三遍拉伸液压值调整

图5 分组二布置

表4 第三遍拉伸液压值调整

3 结束语

总结CNP650 机组反应堆压力容器螺栓拉伸过程中一些比较重要的问题，既分析了产生原因，也给出了解决措施，问题的处理对螺栓拉伸过程的安全性、经济性有着十分重要的意义，同时也为类似工作的开展提供了切实可行的借鉴方法。但也存在一些不足，比如以上问题点的提出较为分散，没有系统化的总结，部分问题的分析不够深入，没有从源头上得到解决，这些将作为后续的研究方向进行完善。