核电厂反应堆压力容器主螺栓卡涩原因分析

2020-11-26彭将

商品与质量 2020年9期

彭将

福建福清核电有限公司福建福清 350318

1 核电厂反应堆压力容器介绍

压水堆核电厂正常运行时，反应堆压力容器承受15．5Mpa内压的作用、内部压紧弹簧的力、O型密封圈的回复力等，反应堆压力容器顶盖与法兰之间通过螺栓联接，为保证螺栓联接的牢固性，安装螺栓时需要施加合适的预紧力，以维持一回路压力边界的完整性。当前压水堆核电厂反应堆压力容器的主螺栓使用液压拉伸法进行拉伸，整体螺栓拉伸机（MSTM）可用于旋入/旋出压力容器主螺栓。在核电站使用整体螺栓拉伸机的过程中，可能会发生主螺栓卡涩的情况。

2 某核电厂压力容器主螺栓卡涩事件

2.1 事件概述

某核电厂一回路水压试验前关盖时，在使用整体螺栓拉伸机（MSTM）拧螺栓机器人拧入主螺栓的过程中，出现6根主螺栓（26#、44#、49#、51#、52#、54#）旋入扭矩超载的情况，这6颗主螺栓都是在旋入一段深度后发现扭矩超标，利用手动工具将这6颗主螺栓全部旋出，检查主螺栓及主螺栓孔的情况，发现共造成了6个主螺栓孔不同程度研伤的情况，与之对应的主螺栓也出现了多处研伤，主螺栓螺纹牙底甚至出现了小铁屑，该铁屑是主螺栓螺纹与螺栓孔螺纹牙刮擦产生[1]。

2.2 原因分析

发生该问题后，技术人员针对可能的原因进行了仔细的分析，经过RCA原因分析方法，可能的原因分析如下：

（1）整体螺栓拉伸机（MSTM）与压力容器（RPV）顶盖对中不好。

整体螺栓拉伸机使用时是通过两个导向装置与顶盖进行定位，当下降MSTM到RPV顶盖时，通过将拉伸机支撑环上的两组导向轮组件引入到相对应的两根导向轨（安装在顶盖组件上）来对MSTM进行定位。

由于该导向装置在另一台核电机组的压力容器关盖时已经使用，导向轮已经进行适配固定。因此在该机组使用拉伸机的时候，不能松动导向轮组件，以免出现在另一台机组使用拉伸机时对中不好的情况。将拉伸机沿着导向轨下降到顶盖法兰面，由于不同机组的导向轨安装位置可能存在差异，拉伸机就位后发现拉伸机与顶盖对中存在偏差。操作人员通过手动调整后，开始使用拧螺栓机器人旋入主螺栓，就可能由于对中不好，主螺栓在螺孔里面倾斜，出现越旋入越紧的状况，造成扭矩超标，最终卡死在螺孔里面[2]。

为了验证该原因分析的正确与否，技术人员安排在模拟体设备上进行了模拟试验，试验内容具体为：

将主螺栓孔模拟体按照正常状态安装在试验与存储台架上，利用拧螺栓机器人将主螺栓旋进螺栓孔模拟体里，结果每一个机器人的每一个机器手均能顺利实现该功能，主螺栓均能平稳旋入螺孔里；

人为将螺栓孔模拟体偏移一定的位置（偏移量约3-5mm），利用机器人将主螺栓旋入螺栓孔模拟体里，试验5次，结果均为无法入扣，设备报“扭矩超标（入扣时扭矩设定值是70N．M）”故障，这直接证明了只要拧主螺栓机器人的机器手与螺孔位置稍微有点偏差时，螺栓是无法旋进螺孔里的，这与当时关盖时螺栓能旋进去一部分的情况是不吻合的。

经过上述分析，认为由于拉伸机与压力容器顶盖对中不好造成此次螺栓卡涩的可能性不大。

（2）主螺栓或主螺栓孔清洁度不好，存在异物。将主螺栓旋出后，检查发现主螺栓上存在部分异物，甚至碎屑（碎屑怀疑是由于螺纹牙相互刮擦产生），因此分析认为发生螺栓卡涩是由于主螺栓、主螺栓孔清洁度不好，造成主螺栓在旋入一段长度后，受异物的影响，越旋入越紧，最终导致力矩超标，主螺栓发生卡涩，此外，使用的防咬剂N5000颗粒度太高，而且现场涂抹时，使用的份量未被严格控制，用量较多，可能也是造成卡涩的辅助原因之一。

（3）主螺栓螺纹入扣处存在设计缺陷。当前主螺栓螺纹入扣处为燕尾形，在旋进螺孔的过程中容易刮擦螺栓孔的螺纹牙，刮擦铁屑等异物，分析此为主要原因。