AP1000三门核电1号机组蒸汽发生器上部横向支撑螺栓更换技术

2022-09-12

一、蒸汽发生器上部支撑螺栓更换概述

(一) 施工内容介绍

AP1000反应堆冷却剂系统的两条环路各配置一台△125型蒸汽发生器。蒸汽发生器是核岛内最重要的设备之一, 是压水堆核电厂一回路、二回路的枢纽, 它将反应堆产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧, 产生蒸汽经一、二级汽水分离器干燥后推动汽轮机做功。三门核电一期工程每个机组均有两台蒸汽发生器 (以下简称SG) , 分别就位于CA01模块内11301和11302房间。需更换其上部横向支撑与蒸汽发生器本体连接的螺栓, 位于EL 156’-1 5/8”标高层。每台SG包含2套上部横向支撑, 每套支撑有16颗螺栓, 需更换的螺栓数量为64颗。

(二) 螺栓更换技术要求

(三) 施工难点分析

由于SG安装完成后, 进行了主泵、主蒸汽管道等物项安装, SG在系统冷、热试后其上部横向支撑受力不明确, 螺栓拆除存在很大不确定性, 拆除过程中易出现卡涩、丝扣损坏等情况导致螺栓锁死。

二、蒸汽发生器上部支撑螺栓更换技术及流程

(一) 旧螺栓拆除顺序分析确定

在冷态工况下, SG上部支撑承受的载荷较小, 主要是支撑自重 (主要是拉板的自重及阻尼器的部分自重, 约20KN) 以及可能存在的轴向力 (不超过阻尼器的低摩擦力, 即最大不超过50KN) 。在SG两个上部支撑同时各取出5个螺栓, 即更换过程中两侧至少各有11个螺栓处于可承载的情况下, 螺栓更换不会对SG的稳定性产生明显的影响。

因上部横向支撑中间4个螺栓位置将作为便携式钻铣床的取锁死螺栓的预备平台, 所以首先需要取出中间4个螺栓。

外圈12个螺栓需逐个进行更换, 拆除一个旧螺栓后, 立即安装新螺栓并拧至100%规定预紧力。可从外圈受力较小的螺栓, 即外圈顶部螺栓开始, 按对称方式逐一拆除。

如上所述, 可以得到每套SG上部横向支撑螺栓拆除顺序, 见图1。

(二) 螺纹孔清洁及检查

每颗旧螺栓拆除后, 需先检查旧螺栓螺纹状态, 经检查合格后, 使用吸拭纸蘸上清洁剂涂抹螺纹孔, 待N7000溶于清洁剂后进行清理。对于顽固污渍, 可使用不锈钢钢丝刷进行清理。将污渍清理干净后, 用吸拭纸清理残余清洁剂并用吸尘器吸干, 最后使用厂房压空进行吹扫。

清理完毕后, 进行目视检查螺纹孔状态, 若在目视检查中发现螺纹可能存在问题, 则利用内窥镜仔细检查内部螺纹。内部螺纹有轻微破损或变形应记录, 利用1.75-8UN规格的手用丝锥修理螺纹孔螺纹。

(三) 新螺栓安装

确认螺纹孔以及螺栓螺纹验收合格后, 手动缓慢将螺栓拧入螺纹孔, 若出现卡涩情况, 应将螺栓取出, 再利用1.75-8UN规格的手用丝锥修理螺纹孔螺纹, 并将螺纹孔重新清理干净后, 再次手动将螺栓拧入。

先依次更换外圈12颗螺栓, 拆除一个旧螺栓后, 立即安装一个新螺栓并拧紧至100%力矩, 即4072.9~4480 N-M。

然后将中间螺栓分两次紧固, 按对称方式拧紧螺栓初始预紧力矩约为最终值80%, 待完成所有的螺栓更换后, 再按顺序将每颗螺栓拧紧至100%力矩, 即4072.9~4480 N-M。当每个横向支撑16颗螺栓全部更换完成后, 再次对螺栓力矩进行紧固检查。

三、SG上部支撑螺栓更换难点及处理措施

(一) 达到螺栓拆除力矩上限, 仍然无法拆除螺栓

在旧螺栓拆除过程中, 拆除力矩达到设计力矩上限9299N-m时仍然无法将其取下, 可以在垫片位置喷涂松锈剂, 并用铜棒轴向轻敲, 再用设计力矩上限进行拆除。

在遇到螺栓锁死无法取出时, 可按照以下进行情况更改螺栓取出顺序:

情况1:在拆除中间4个螺栓时, 锁死螺栓数≤2个螺栓, 将已取出螺栓的螺纹孔清理完成后临时封堵待用。再依次拆除外圈螺栓5#~16#。若在拆除外圈螺栓时, 再次出现螺栓锁死情况, 应跳过该颗螺栓直接取下一颗螺栓, 直至将所有拆除力矩≤9299N-M的螺栓全部取出, 在外圈螺栓拆除时, 应及时更换新螺栓, 确保紧固螺栓数不低于11个, 确认中间需回装螺栓的螺纹孔编号。待所有回装螺栓的力矩均到达100%设计值时, 再次对锁死螺栓用≤9299N-M的力矩进行拆除。

情况2:在拆除中间4个螺栓时, 锁死螺栓数≥3个螺栓, 先拆除外圈螺栓靠近阻尼器侧的3个螺栓。待中间4个螺栓任意取出2个后, 将外圈螺栓靠近阻尼器侧的3个螺栓依次更换为新螺栓, 待全部锁死螺栓取出后, 将1#、2#、3#、4#螺纹孔进行临时封堵待用。再依次拆除外圈螺栓5#~16#。若在拆除外圈螺栓时, 再次出现螺栓锁死情况, 应跳过该颗螺栓, 直接取下一颗螺栓, 直至将所有拆除力矩≤9299N-M的螺栓全部取出, 在外圈螺栓拆除时, 应及时更换新螺栓, 确保紧固螺栓数不低于11个。确认中间需回装螺栓的螺纹孔编号。待所有回装螺栓的力矩均到达100%设计值时, 再次对锁死螺栓用≤9299N-M的力矩进行拆除。

情况3:在拆除中间4个螺栓时, 锁死螺栓数≥3个螺栓;在外圈螺栓靠近阻尼器侧的3个螺栓拆除时, 锁死螺栓数≥1个螺栓。在SG阻尼器侧安装便携式钻铣床, 待外圈螺栓靠近阻尼器侧的3个螺栓全部取出, 中间4个螺栓任意取出2颗后, 将外圈螺栓靠近阻尼器侧的3个螺栓依次更换为新螺栓, 待全部锁死螺栓取出后, 将1#、2#、3#、4#螺栓进行临时封堵待用, 然后按照情况1依次拆除外圈剩余旧螺栓。

若采取上述措施仍然无法拆除, 则采用便携式钻铣床取出锁死螺栓。使用便携式钻铣床将锁死螺栓六角头掏空, 留约1.5mm~2mm余量, 释放螺栓的预紧力, 再以设计力矩进行拆除即可。

(二) 可以旋转松动部分, 但是后续螺纹锁死无法取出螺栓

若螺纹锁死导致旧螺栓无法取出时, 需要先将旧螺栓六角头去除, 在使用特制铣刀钻铣螺栓杆部分, 直至残余螺栓全部去除。最后钩取残留螺牙端头, 套在圆棒端头槽内, 顺螺纹方向转动圆棒, 使残留螺牙脱离, 在此过程中可以使用丝锥配合, 清楚残留螺牙。

为确保锁死螺栓取出工艺安全可靠, 在施工前按照现场实际情况进行了模拟试验。

(1) 将模拟件的螺栓人为加压, 使螺栓锁死;

(2) 加工定位工装, 用于找准螺栓六角头中心;

(3) 安装定位工装, 侧边用3个顶丝固定, 进行螺栓六角头切除;

(4) 将螺栓六角头沿截面进行切除;

(5) 使用特制铣刀钻铣螺栓杆部分;

(6) 钩取残留螺牙端头, 使残留螺牙脱离。

(三) 螺栓取出后, 经检查发现螺纹孔内螺纹损坏

SG耳轴螺纹孔深度为154mm, 螺纹长度为138mm, 螺栓与螺纹孔啮合长度为103mm, 由于一扣螺纹展开长度约为132mm, 见图2, 缺损螺纹的展开长度若小于60mm, 即占啮合螺纹展开总长度的1.3%以下, 则螺纹损伤部分对螺纹有效啮合长度无重大影响, 可返修后原样使用。对损伤螺牙使用丝锥去除毛刺、修正, 保证螺栓顺利安装。

四、结束语

三门SG上部横向支撑螺栓更换技术和施工是一次从理论到实践的过程, 每一个步骤都是在实践中对AP1000核电理论的消化吸收, 也是对AP1000核电理论的验证。我们根据以往设备安装施工的成功经验, 结合AP1000特有的工艺, 通过分析其技术要求、施工难点、工艺特征, 全面做好各项施工准备, 预估现场施工过程中可能发生的每一种情况, 完善每一个施工步骤, 一直在对AP1000核电技术的优化和创新, 也对其设计理念和施工工艺进行研究、探索、实践, 用契合实际并有一定先进性的技术, 最终成功完成SG的螺栓更换工作。

摘要：三门1号机组由于蒸汽发生器 (SG) 上部横向支撑SS30螺栓机械试验不合格, 需要将原安装的螺栓进行更换。三门1号机组属于世界首堆, 无施工经验可借鉴, 通过研究旧螺栓拆除顺序分析确定、螺栓锁死的处理方式等, 对上部横向支撑螺栓更换流程进行了描述, 解决了螺栓更换过程中存在的难题, 更换的施工经验为后续机组的施工提供了技术支持和成功的先例, 对今后施工中产生的类似工作和相关施工提供技术借鉴和参考。

关键词：AP1000,蒸汽发生器,螺栓更换