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反应堆压力容器扣盖过程质量控制与管理

2020-10-30 16:22  来源:海盐宝数    核电  核反应堆  核电设备

在核电建安阶段,压力容器需要多次完成扣盖工作,其中冷试前的扣盖工作显得尤为重要,因同时涉及堆内构件、CRDM(控制棒驱动机构)以及主螺栓等重要设备,并且需要反应堆厂房的环吊配合顶盖专用吊具进行吊装,任何的安装缺陷都会导致严重的后果,甚至导致冷试工作的失败,故必须对顶盖的全部吊装过程进行严格的质量控制。


前言

在核电建安阶段,压力容器需要多次完成扣盖工作,其中冷试前的扣盖工作显得尤为重要,因同时涉及堆内构件、CRDM(控制棒驱动机构)以及主螺栓等重要设备,并且需要反应堆厂房的环吊配合顶盖专用吊具进行吊装,任何的安装缺陷都会导致严重的后果,甚至导致冷试工作的失败,故必须对顶盖的全部吊装过程进行严格的质量控制。

核电厂反应堆压力容器顶盖由上封头和顶盖法兰通过全焊透焊缝连接而成,重约为56t,外形尺寸为4500mm(顶盖法兰外径)×13080 mm(顶盖组装件高度),其中包括已安装完成的33个CRDM 耐压壳以及4个热电偶。作为主设备重要部件之一,顶盖吊装前以及吊装过程中的各项条件必须进行严格的控制,否则将会产生众多不利的后果。扣盖前的清洁度不合格会导致密封面损伤,以及冷试开始后对其他设备的损害;顶盖法兰下端的密封面与压力容器密封面直接接触,且顶盖自身重量较大,扣盖过程中存在对压力容器密封面造成损伤的风险;顶盖上的耐压壳及热电偶不允许有任何的损伤等。因此在吊装过程中需避免振动及磕碰,顶盖在起吊和下落过程中若不能保持垂直状态,也可能损伤压力容器支撑。以下介绍压力容器扣盖过程及质量控制措施。

 
1 扣盖过程及质量控制

1.1 先决条件扣盖前的先决条件包括:设备的清洁状态、材料/工机具的准备情况等。提前做好如下先决条件的确认,不仅有利于确保扣盖工作进程,对保证扣盖质量也具有重要意义。

(1)堆内构件螺栓锁紧帽状态需确认合格。

(2)核岛厂房20 m 平台环境需达到1 级清洁区要求,整个主回路内部清洁度检查合格。

(3)压力容器密封面表面状态检查合格。

(4)关闭过程中所需的耗材,如N5000润滑脂、清洗液等,需提前确认和准备好。

(5)维修主螺栓拉伸机所需要的专用及通用工具,需提前准备好。

(6)环轨吊车的轨道油漆需打磨掉,避免螺栓拉伸时油漆脱落造成异物污染。

(7)56 条压力容器主螺栓、螺母必须经外观检查及止通规检查合格,并提前放置在20 m 平台备用。1.2 堆内构件插堆

扣盖工作是为进行冷态试验做准备,需先将上下部堆内构件吊装至压力容器内部。工作过程中,需对以下工作质量进行控制:

(1)清洁度检查。插堆前,对上下部堆内构件反复使用A 级除盐水进行冲洗,并用白布对堆内构件内外部进行擦拭,直至白布擦拭后表面无任何痕迹为止。

(2)吊装路径。在吊装前,需严格确认堆内构件的吊装路径上不存在任何干涉。

(3)电源。堆内构件吊装过程中,环吊电源需一直处于供电状态,防止因意外失电造成的风险。

(4)堆内构件吊装。使用堆内构件专用吊具并按先下部后上部的顺序,将堆内构件吊入压力容器内。

1.3 压力容器顶盖就位

顶盖就位是压力容器扣盖过程中的核心工作,由于顶盖重,外形尺寸大,且法兰下端密封面与压力容器密封面直接接触,吊装过程中顶盖水平方向易发生偏移,存在密封面碰撞(使密封面损伤失效)的风险。此外,顶盖上装配的耐压壳及热电偶为精密连接,吊装过程中一旦发生意外晃动有可能会对其造成损伤。所以,顶盖的吊装过程必须要严格控制。对安装管理人员来说,需全程进行旁站监督,随时观察顶盖吊运过程中的状态,以免发生上述风险。顶盖安装注意事项:

(1)确认顶盖密封沟槽、不锈钢表面、螺孔和密封环紧固件清洁合格,无异物,以免影响密封效果。确认内外密封环下表面和顶盖法兰密封面无损伤。

(2)顶盖在吊装运输中,应缓慢并尽量保持匀速,在任何情况下,水平加速度应<0.5 g,垂直加速度<0.2 g。吊装中的设备升降速度应<0.1 m/s。顶盖起吊和下落过程中,通过调整吊装工具,使密封面的水平度≤0.25 mm/m;顶盖在起吊和下落过程中应保持垂直状态,防止损伤反应堆压力容器支撑。

(3)安装导向杆。顶盖上有56 个螺栓孔,法兰上表面每个螺栓孔的周围标有相应的螺栓孔编号,其中1#,29#,43# 为导向杆安装位置,导向杆的主要作用是为顶盖就位提供定位,导向杆安装时需注意这3 个孔的形位公差比其他螺栓孔更高。

(4)安装内外密封环。顶盖的密封面上有2 道环形密封沟槽,2 个C 形密封环分别安装在沟槽内,其中,内密封环外径为 3735.7±0.2 mm,外密封环外径为 3845.7±0.2 mm。由于密封环为银质,质地较软,在受压过程中易产生变形,所以密封环必须使用新的(不可重复使用);使用前要特别检查密封环表面是否有气孔、凹痕、裂纹、折叠及划痕等缺陷。

(5)固定螺钉紧固最大力矩应≤6 N·m。

1.4 主螺栓旋入及拉伸

反应堆压力容器主螺栓的旋入和拉伸采用螺栓液压拉伸机进行,公司的螺栓拉伸机为单体式拉伸机,每台拉伸机单次对应拉伸1条主螺栓。4 台螺栓拉伸机吊装在环轨吊车上,4 台螺栓拉伸机呈整体对称状态,即每2 台拉伸机间的夹角为90°,拉伸过程中以0°位置为起点,4 台拉伸机同时进行拉伸,1 组螺栓拉伸完成后,4 台拉伸机沿环轨运行同一角度,开始顺序进行拉伸,直至主螺栓全部旋入及拉伸完成。

1.4.1 拉伸前准备

(1)提前确认环轨吊车行程限位装置的功能及状态,以避免移动过程中拉伸机相互碰撞。同时采用垂直限位装置,以避免拉伸机碰伤主螺栓孔。

(2)检查环轨吊车的清洁状态。

(3)检查螺栓拉伸机油箱的液位以及传动部件的润滑情况。1.4.2 拉伸过程控制(1)主螺栓、螺母、垫圈的清洁检查。拉伸前,需再次确认螺栓、螺母、垫圈的清洁是否满足要求,以避免拉伸过程中异物对螺牙产生损坏。(2)主螺栓、螺母、垫圈涂油。用事先准备好的润滑油对螺栓、螺母和垫圈进行均匀涂刷。

(3)主螺栓旋入。本次为主螺栓与主螺母第一次配合,因56 根螺栓与螺母受力情况不同,会导致各螺栓与螺母有不同的变形量;当螺栓与螺母再次配合时,若随意配合会导致配合不紧密,影响密封性。因此,安装时需将螺栓与螺栓孔、螺母一一对应,并进行编号,编号记录需存档。

(4)拉伸主螺栓。操作螺栓拉伸机时要做到每4 条螺栓一同拉伸,以确保顶盖的应力分布均匀。

(5)参数测量。在主螺栓拉伸前后,均要测量顶盖法兰和压力容器法兰的间隙,测量点为4 个(分别为0°,90°,180°和270°位置),测量后的数据需提交设计方审查确认。

 

2 风险源项分析及管控

在设备的安装与调试阶段,设备、设施的保护和养护非常重要,但也是容易被忽视的一项工作,稍有不慎,会造成设备损伤和品质下降。

2.1 扣盖前物项保护

在某机组开盖冷态性能试验过程中,其先决条件为反应堆换料水池的水位超过反应堆压力容器法兰面,待试验水位回落后,检查密封面时发现表面出现大量的点状缺陷,且随时间延长,缺陷数量呈增加趋势。对此,现场各方组成专项小组,对事件产生的原因进行分析,并同步联系厂家专家,及时将相关信息共享。2.1.1 验证过程对密封面进行初始检查时共发现22处点状缺陷,每个点状缺陷内表面均呈黑色,最大缺陷尺寸为2×1.5×0.025 mm。现场开启不符合项,并通知厂家相关人员进行记录,其余状态未做进一步处理。1周后,专项组对密封面状态再次确认时发现点状缺陷数量增加为58 个,密封面状态呈恶化趋势。专项小组制定巡检原则,每周对密封面状态进行2次确认,在现场进行原因核查。检查中发现,压力容器因冷态开盖功能试验水位回落后,压力容器内部水质较差,且在冷态开盖功能试验水位浸没密封面过程中,20m以上区域未停止其他施工,打磨、切削以及焊接等作业较多。在水位回落后,压力容器密封面上铺橡胶垫进行保护,与密封面间存在间隙,密封面上的水未进行及时处理,是自然风干。2.1.2 原因分析压力容器密封面表面堆焊有奥氏体不锈钢,而20m以上环境中因未进行保护,存在较多打磨产生的金属颗粒粉尘,这些粉尘落入压力容器的水中及密封面金属表面并沉积,在冷态开盖功能试验结束浸没压力容器密封面后,粉尘在水汽及空气中氧的作用下,在密封面产生化学反应造成锈蚀。2.1.3 处理措施及验证由厂家对密封面表面点状缺陷进行打磨并圆滑过渡处理,对较深的缺陷,在打磨后进行补焊。同时,为防止缺陷继续生长,决定根据锈蚀产生的原因,对其进行预防性处理。首先建立20m清洁区,防止金属粉尘再次产生,撤除堆腔水池周围围栏的密目网并更换为三防布包裹,期间若需进行吊装作业时,提前在压力容器上方覆盖塑料薄膜,然后对堆腔水池及压力容器内部进行高压水冲洗清洁,最后在消缺完成后,需在密封面表面铺盖一层干净的百洁布,并定期进行检查。密封面缺陷处理完成后,专项组每2d对密封面状态进行一次检查,并形成记录。经过30d的观察,无新的缺陷产生,该问题得到彻底解决。2.1.4 小结此次密封面表面点状缺陷事件,造成30d施工期的延误,影响冷试工作按计划进行。经过这件事的教训,工程管理人员应该意识到,物项保护是一个长期的工作,特别是在主设备的安装过程中尤其重要,任何疏忽都会造成严重的后果。

2.2 行业经验反馈

2014年某核电厂2# 机组热试期间,发生了堆内构件仪表套管紧固螺栓和锁紧帽脱落事故,造成了蒸汽发生器一次侧水室损伤,热试被迫终止。

2.2.1 反馈响应

在获悉上述情况后,工程管理部门立即将此问题作为专项任务,并联合工程公司、监理、施工单位QC 及维修处成立专项小组。专项小组首先与设计进行沟通,确认螺栓锁紧专项检查标准,明确了对文件记录、锁紧帽实体的详细检查标准要求。根据要求,首先对文件记录进行检查,检查发现施工方对锁紧力矩的记录并非逐条螺栓进行,而是按批次及区域进行的,不能完全证明每条螺栓的锁紧状态。针对这种情况,专项小组立即对现场螺栓的锁紧状态进行逐一核查,重点针对焊接及安装状态。

2.2.2 检查结果

经检查,下部堆内构件317条螺栓无漏焊、焊接不合格等现象,拧紧力矩值为280 N·m,满足设计要求的277~283 N·m,工器具在有效范围内,符合设计要求。上部堆内构件除部分受空间限制无法检查外,其余均符合标准要求。对全部437 道焊口的焊接记录及焊接工艺、无损检验报告进行了核实,均符合相关技术文件要求。

2.2.3 小结

行业内的经验反馈,是核电施工中最有效的质量保证手段之一。经验反馈不仅凝聚了各核电站施工建设阶段的经验教训,也因施工管理人员能及时获得反馈信息,并即时进行对比分析,可以避免相同问题重复发生。

2.3 设计失误项

由于局限性,设计人员也存在因考虑不全面而导致的设计失误问题。因此,在现场施工管理过程中,管理人员切记不能盲从,对有疑虑的问题,需从多方面进行核查分析确认无误后在继续进行。下述环轨吊车的问题就很好的说明了这一点。

2.3.1 环轨吊车干涉问题

根据设计图册给出的压力容器顶盖吊具三角存放架的图纸描述,三角存放架的3 个支腿形成角度为120°的等边三角形,而在现场放置顶盖吊具时发现,因有4 个吊具葫芦,需要在任意一个轨道间放置2 台吊具葫芦,而通过现场实测发现,轨道间距不满足放置要求。原因是设计方在设计吊具存放架时,仅考虑了存放支架的稳定性及强度,而未考虑环轨吊具葫芦任意2 台一起存放的问题。为此,设计方重新进行了修改,将两支轨道的角度调整15°,满足了现场使用要求。

2.3.2 环轨吊车行程限位问题

根据1# 机组的安装经验,环轨吊车4 台电动葫芦安装完成后,调试时发现吊钩限位反向,经现场专业人员确认为厂家限位程序错误。因厂家未按期到场处理,对安装工期造成了较大影响。与此同时,通过与其他电厂沟通获得了经验反馈,并与厂家沟通得知该问题是设计缺陷引起,可通过取消吊钩的定位程序来解决。在取消定位程序进行试验时发现,环轨吊车仍仅能在沿环轨方向单向移动,不能满足螺栓拉伸机的现场使用需求。经与厂家沟通,最终决定将环轨吊车的限位取消,以满足螺栓拉伸需求。

2.3.3 小结

由于工程现场处理问题的流程是施工方发现问题后对问题进行描述,然后将解决方案提交设计进行确认。由于设计方不能随时在施工现场进行设计,对现场情况了解不全面,可能导致确认的方案存在瑕疵。所以,需要施工管理人员保持质疑的态度,对于存在疑问的设计方案,需要根据现场的实际情况进行综合分析,并积极与设计方沟通以提出合理可行的解决方案。

 
3 结论

综上所述,在压力容器扣盖施工过程中,施工管理人员需明确其在工程中承担的重大责任,并制定完善的质量控制措施以保障扣盖过程的顺利进行,真正做到保证质量和节约工期。为实现这个目标,首先需要完善对物项保护、环境清洁的要求,在扣盖过程中建立清洁区,严格管控;其次对全过程进行分析,综合安装施工要求及要点,形成相应的施工方案并严格执行;最后需对安装过程中可能存在的风险进行提前识别和预防。



图为技术

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