蒸汽發生器關孔專用工具設計及應用

方司馬

（中核核電運行管理有限公司維修五處，浙江嘉興 314300）

1 背景

1.1 蒸汽發生器功能及結構

蒸汽發生器是核電廠一、二回路的樞紐，主要作用是將一回路冷卻液的熱量傳遞給二回路給水，產生蒸汽驅動汽輪發電機發電。蒸汽發生器為立式筒體結構，主要由筒體、上封頭、下封頭、U 形傳熱管等組成。來自一回路的冷卻液由下封頭進入蒸汽發生器一次側，通過倒置U 形傳熱管將熱量傳遞給二回路給水，給水在蒸汽發生器二次側變成水蒸氣后，通過汽水分離器進入上封頭，再通過頂部的蒸汽管口離開蒸汽發生器。

人孔蓋為內外雙蓋式結構，內外蓋中間腔室聯接一個引漏管，當內蓋出現泄漏時，介質從引漏管排出。下封頭的一次側人孔，開孔方向與地面呈30°夾角，人孔呈橢圓形。上封頭二次側人孔開孔方向與地面呈60°夾角。同樣呈橢圓形，內蓋由一根旋轉臂支撐，內蓋與旋轉臂的聯接方式為插銷結構。旋轉臂安裝在上封頭內側，僅有水平旋轉一個自由度，旋轉臂末端有一個凹孔，末端平面與地面呈60°夾角。內蓋背部焊接著一根凸棒，與內蓋垂直，插入旋轉臂末端的凹坑，人孔內蓋通過旋轉臂支撐，兩者為間隙配合，人孔內蓋可以繞著旋轉臂轉動，旋轉臂固定在封頭內表面上，旋轉臂可以繞著固定軸旋轉（圖1）。

圖1 二次側人孔結構

1.2 關孔技術優化的必要性

正常情況蒸汽發生器人孔關孔時，通過擺動旋轉臂，使人孔內蓋旋轉到人孔位置，微調人孔內蓋使人孔內蓋與人孔對正，安裝螺栓和外蓋，通過緊固螺帽可以提升人孔內蓋，內外蓋與人孔座緊密貼合。蒸汽發生器關孔過程首次出現人孔內蓋偏斜，導致外蓋安裝到位后所有螺栓無法全部安裝到位進行緊固的情況。人孔內蓋由旋轉臂支撐，旋轉臂可在水平面旋轉，同時人孔內蓋又能在旋轉臂上圓周向旋轉和上下提拉，自由度較多。內蓋重約254 kg，將內蓋回裝到位后，因自身重力下墜脫離，在外蓋回裝時無法與之對正。造成蒸汽發生器人孔內蓋偏斜的原因為結構中的旋轉軸和人孔內蓋長期處于蒸汽發生器內部，設備運行過程中，汽水和雜質進入人孔內蓋和旋轉臂的旋轉機構內，形成銹蝕卡澀，使人孔內蓋和旋轉臂移動困難；當打開人孔時，需要額外的力量來強行移動人孔內蓋和旋轉臂，這種額外增加的力量使人孔內蓋和旋轉軸的旋轉機構出現磨損松動，人孔內蓋無法與人孔對中，從而無法通過人孔外蓋和人孔螺栓提升人孔內蓋到指定位置，無法順利關閉人孔。

1.3 處理方法

（1）處理方案一：解決人孔內蓋偏斜需解體旋轉臂對旋轉臂缺陷部位進行處理。

（2）處理方案二：制作關孔專用工具，幫助人孔內蓋對中并提升到指定位置保持固定。安裝人孔外蓋時，人孔關孔工具能夠保持人孔內蓋不動，然后順利安裝人孔螺栓，完成人孔的關閉。

1.4 技術難點

（1）回裝內蓋至要求位置：蒸汽發生器在高溫高壓工況下運行多年，內蓋支撐臂存在卡澀的情況，加之內蓋自重，很難將內蓋調整到位的問題。

（2）回裝外蓋時，確保內蓋保持不動：內蓋調整到位后，安裝外蓋時，內蓋因自身重力會脫開，導致內外蓋無法配合安裝。

（3）專用工具易操作：具備機械鉗工初級技能就能順利操控，采用純機械式構造且結構簡單，降低專用工具自身故障率，并且便于搬運。蒸汽發生器二次側人孔位置處于機組反應堆穹頂位置，路徑無電梯和升降車，起重設備也只覆蓋小部分路徑，專用工具應解決體積小、質量輕、便于攜帶，盡量避免使用電氣、動裝置結構，確保低故障率。

（4）內蓋安裝準確性：減少蒸汽發生器內蓋反復找正，避免磕碰密封墊片導致安裝時損壞等問題。

2 專用工具設計方案

2.1 專用工具的組成

關孔專用工具，包括對中裝置、固定裝置、轉換固定裝置等結構（圖2）：①對中裝置包括承力板、調正板、帶銷萬向手柄和不帶銷萬向手柄，調正板上設置有兩列卡槽，萬向手柄以卡槽為節點，配合承力板調整人孔內蓋位置；②固定裝置包括過渡螺柱和左右卡板套件，過渡螺柱旋入人孔內蓋，左右卡板卡住過渡螺柱，左右卡板支撐在人孔座上，實現人孔內蓋的固定；③轉換固定裝置包括更替螺柱、過渡支架和更替螺母，更替螺柱旋入人孔內蓋，配合過渡支架和更替螺母固定人孔內蓋，便于固定裝置的拆除和人孔外蓋的落位。

圖2 專用工具

2.2 功能及優勢

（1）準確回裝內蓋至規定位置：現場使用手拉葫蘆將內蓋提升至大概位置，然后使用對中裝置中承力板和2 個手柄進行微調，承力板尺寸與人孔相配合，利用帶銷的萬向手柄插入人孔內蓋自帶吊耳和不帶銷的萬向手柄插入承力板，視內蓋周邊間隙情況搬動手柄進行間隙微量調整，直至內蓋對正人孔，提拉葫蘆，將內蓋板拉入人孔內。

（2）保證外蓋回裝過程固定內蓋位置不偏斜：利用固定裝置中過渡螺栓和定位卡板套件定位人孔，將固定架固定在上封頭上，整個提升過程均可視，定位后人孔內蓋一直保持未動。過渡支架、更替螺栓和更替螺母在固定裝置拆卸過程保持人孔內外蓋之間不產生相對移動，內蓋未出現偏斜。

（3）純機械式結構，體積小便于搬運：專用工具各部件連接基本都是機械配合，結構簡單、便于操作，穩定性高，安全可靠。

2.3 專用工具操作流程

（1）內蓋對中過程：①手拉葫蘆提拉內蓋板貼近人孔內表面，將承力板立柱插入內蓋螺孔內；②提拉調正板上的支撐塊旋開后，將調正板放入人孔內，調正板放好后把支撐塊旋回支撐位置；③將帶銷的萬向手柄上的銷插進內蓋上的吊耳孔內，不帶銷的萬向手柄插入承力板圓孔內，視內蓋周邊間隙情況搬動手柄進行間隙微量調整，直至內蓋對正人孔；④提拉手拉葫蘆，將內蓋板拉入人孔內。

（2）人孔蓋回裝過程：①將手拉葫蘆掛鉤掛在內蓋中間的吊耳上，掛鉤一直拉緊不放，并旋入4 顆過渡螺栓；②插入左右卡板貼至過渡螺栓（注意卡板大頭在低位，尼龍面貼著殼體），插入左右卡板配對支撐件（尼龍面貼著殼體），確認銷子插入定位；③旋緊過渡螺栓后，去掉手拉葫蘆掛鉤，將裝好密封墊的外蓋吊入，沿4 條過渡螺栓滑下，落在卡板上，去掉倒鏈掛鉤；④旋入4條更替螺栓，放置過渡支架并旋緊4 只更替螺母；⑤旋松4 條過渡螺栓，吊起外蓋板脫離左右卡板（注意防止外蓋板頂撞過渡支架），先向上提拉左右卡板配對支撐件，脫開銷子后抽出，然后向左右提拉左右卡板抽出；⑥確認上蓋密封墊無脫落后，緩慢降下上蓋板進入人孔內，拿掉手拉葫蘆掛鉤，旋入兩條設備螺栓和螺帽；⑦拆除專用工具其余部件；⑧安裝所有的設備螺栓、墊圈、螺帽，依原緊固順序及力矩緊固好。

3 專用工具應用效果及使用前景

3.1 應用效果

專用工具設計依托于制作與現場1∶1 的蒸汽發生器二次側人孔局部模擬體，為了滿足工具的使用強度，蒸汽發生器模擬體的人孔內外蓋重量都與現場保持一致，為了直觀展現專用工具內蓋準確安裝到位，蒸汽發生器模擬體只制作上封頭人孔位置的1/4 局部，安裝過程內部情況完全可視，通過在模擬體上反復驗證，專用工具的使用效果達到預計設想。在兩次現場操作后，對比無專用工具時采用摸索式關孔，在工作時長、作業人員和集體劑量方面有了明顯提升，保證了檢修質量，提高了工作效率。

3.2 使用前景

隨著設備責任班組和檢修作業存在人員流動，需將該項技術固化形成維修程序作為作業標準。開關蒸汽發生器二次側人孔不同于簡單的操作過程，中間需使用專用工具加以配合，維修程序升版時避免工作組人員在執行程序時存在理解偏差，將專用工具使用的流程也采取圖文相結合方式，讓閱讀人員更清晰地掌握其技術要領，降低實施過程的風險。借助蒸汽發生器局部模擬體編制培訓教材，對參與現場關孔人員進行培訓，具備一定鉗工基礎的人員通過反復演練增加專用工具操作熟練度，就能滿足現場檢修需要。

4 結論

蒸汽發生器是核電廠核蒸汽供應系統的核心設備，是連接一回路和二回路的重要樞紐。設計制作蒸汽發生器二次側人孔關孔專用工具，取代不可視的摸索式關孔，解決了工作中遇到的問題，縮短了檢修時間，節省了大量人力物力，并且在應急響應時能快速準確地完成回裝工作。將該項技術應用固化到核電廠維修程序中，便于人員遵照執行，降低使用過程的人因失誤。