某三代核電機組設(shè)備艙門技術(shù)特點及維修管理分析

杜魯寧,韓小雷

(臺山核電合營有限公司，廣東 臺山 529228)

設(shè)備艙門包括設(shè)備運輸通道及艙門本體等，都是安全殼的組成部分，大型設(shè)備或?qū)Ｓ霉ぞ呓?jīng)過此通道運入安全殼內(nèi)。反應(yīng)堆功率運行時，用設(shè)備艙門將此通道封閉，并保證安全殼的密閉性能。當(dāng)需要換料大修運輸專用工具或更換反應(yīng)堆廠房內(nèi)的大型設(shè)備時，可打開此艙門，將收起的重型地板打開，形成運輸通道。由于設(shè)備艙門是大型設(shè)備或?qū)Ｓ霉ぞ哌M出反應(yīng)堆廠房的唯一通道，因此設(shè)備艙門保持良好的運行狀態(tài)對核電站大修換料有著極其重要的意義。

1 EPR機組設(shè)備艙門結(jié)構(gòu)及工作原理簡介

設(shè)備艙門[1]主要由筒體、艙門(封頭)、重型地板、艙門豎直提升系統(tǒng)、艙門軌道、艙門水平位移系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電儀控制系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。如圖1所示，設(shè)備艙門處于打開位置，兩塊重型地板連接形成水平通道，大型設(shè)備或者專用工具通過通道進入反應(yīng)堆廠房。大修結(jié)束關(guān)閉設(shè)備艙門，其工作過程如下[2]：

圖1 設(shè)備艙門結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Equipment hatch general arrangement

1)鉸接地板一端固定，利用艙門筒體上部固定的兩個電動葫蘆提升鉸接地板另一端，與水平面成8.4°角；松開滑動地板與地面之間的連接銷，滑動地板向鉸接地板側(cè)收縮，邊緣與筒體平齊，并用銷子將滑動地板與通體連接。如圖2所示：

圖2 設(shè)備艙門關(guān)閉時重型地板位置Fig.2 Heavy duty floor postion when hatoh closeel

2)松開艙門封頭懸掛位置抗震銷，卷揚機帶動艙門封頭先上帶動凸輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)而后下降脫開掛鉤，沿著豎直軌道下降至下限位。

3)艙門水平移動系統(tǒng)千斤頂將艙門推至關(guān)閉位，與筒體密封0環(huán)接觸。

4)使用專用工具旋轉(zhuǎn)艙門筒體上的40個液壓卡鉗至關(guān)閉位置，使卡鉗的一側(cè)頂在筒體外緣，另一側(cè)頂在艙門封頭外緣，如圖3所示：

圖3 液壓卡鉗結(jié)構(gòu)及工作原理Fig.3 Structure and working principle of hydraulic clamps

5)啟動液壓單元升壓至720 bar，并保持壓力不變。松開液壓單元頂部螺母擋片，使用力矩扳手緊固40個液壓卡鉗端部的限位螺栓，緊固力矩350Nm。

6)液壓卡鉗泄壓，手動回裝設(shè)備艙門保護蓋板，艙門導(dǎo)軌上的導(dǎo)向盒與艙門分離下降至下限位，設(shè)備艙門關(guān)閉。

艙門開啟過程與關(guān)閉過程相似，在此不作贅述。

2 EPR設(shè)備艙門技術(shù)特點以及與CPR的差異

主電氣柜與控制面板安裝在設(shè)備艙門右側(cè)，在操作過程中可以看到整個艙門的運動狀況。電器柜與主控室之間建立連接，在得到主控允許開門的信號后，電氣柜上的主控信號燈會亮起，此時操作人員才能對設(shè)備艙門進行操作，降低了誤碰風(fēng)險以及人因違規(guī)操作風(fēng)險。

通過控制模塊的人機交互界面可以通過交互界面監(jiān)測程序運行是否正常：盤車的運動、停止?fàn)顟B(tài)、盤車的負(fù)載值以及高度編碼器的值等。此外，控制模塊對系統(tǒng)的報錯有記憶功能，方便對歷史故障點進行查詢分析。在卷揚機平臺上安裝了兩個輔助控制面板，用來控制每個起重絞車的調(diào)整、維護和修理，包括更換提升纜繩、調(diào)整運動鏈上的傳感器、調(diào)節(jié)超程等，手動模式下輔助控制面板不可用，僅在低速提升或者下降的時候起控制作用。

與CPR機組相比，EPR機組設(shè)備艙門在防震效果、自動化操作、精確對中、安全高效方面有較大的提高：整個操作過程采用PLC控制，除少數(shù)步驟需要人為干預(yù)以外，基本上實現(xiàn)了自動化操作，也大大節(jié)省了開關(guān)門的時間。以下表1梳理了EPR機組設(shè)備艙門與CPR機組設(shè)備艙門的主要不同點[3]：

表1 EPR機組與CPR機組設(shè)備艙門的主要不同點Table 1 the differences between EPR and CPR Equipment Hatch

CPR機組艙門筒體與封頭之間是通過88顆螺栓連接，多次開關(guān)有螺栓卡澀風(fēng)險，EPR機組的液壓卡鉗設(shè)計就完美的解決了這一問題。此外，由于液壓卡鉗系統(tǒng)的應(yīng)用，艙門緊固力矩值由650 N·m降至350 N·m，螺栓緊固更為簡單，同時也降低了人工操作時的工業(yè)安全風(fēng)險。

此外，CPR機組設(shè)備艙門在失電工況下，只能通過環(huán)吊或者手動葫蘆下放實現(xiàn)關(guān)閉功能。而EPR機組設(shè)備艙門可以通過與電機連接的盤車手動下放設(shè)備艙門實現(xiàn)關(guān)閉，操作更加便捷高效。

3 EPR機組設(shè)備艙門常見故障點及分析

作為目前核電機組中較為先進的設(shè)備艙門，其也有一定的缺點：例如系統(tǒng)較為復(fù)雜，多電氣儀控控制系統(tǒng)，故障率較高，系統(tǒng)的維修管理難度較大，以下梳理了該設(shè)備艙門在機械方面常見的幾個故障點以及處理措施。

3.1 滑動地板垂直抗震銷卡澀問題

當(dāng)設(shè)備艙門處于開啟狀態(tài)時，如圖4所示，齒輪帶動齒條使滑動地板向前滑動，鉸接地板放至下限位拼接形成通道。當(dāng)滑動地板到達開啟位置時，插入兩個垂直抗震銷，限制滑動地板前后竄動而對齒輪齒條造成損害。

圖4 滑動地板驅(qū)動Fig.4 Mobile floor horizontal motorization

大型的設(shè)備或者專用工具經(jīng)過重型地板運至反應(yīng)堆廠房后，關(guān)閉艙門的過程中滑動地板抗震銷存在卡澀現(xiàn)象。產(chǎn)生卡澀的原因是大型設(shè)備在過重型地板時對其有一個向前的的摩擦力，使得重型地板向前有輕微的位移。消除卡澀的方法是減小抗震銷的直徑，但此處對抗震銷的直徑精度要求較高。原因如下：若抗震銷直徑過大，則容易發(fā)生卡澀；若抗震銷直徑較小，當(dāng)重物通過滑動地板時，直接受力的將是滑動地板下方的齒輪齒條，容易對其造成損害。

液壓系統(tǒng)密封問題

由于EPR設(shè)備艙門靠液壓卡鉗預(yù)緊力密封，所以液壓系統(tǒng)在設(shè)備艙門的密封問題在該設(shè)備上顯得尤為重要。設(shè)備艙門的40個液壓卡鉗采用并聯(lián)形式，通過環(huán)路與液壓泵連接。由于所有卡鉗都并聯(lián)在一個環(huán)形油路里，所以環(huán)路中任意一點的泄漏都會導(dǎo)致環(huán)路壓力下降，這就對液壓系統(tǒng)密封提出了更高的要求。常見的故障點即液壓系統(tǒng)油管與液壓卡鉗連接處漏油。故障原因是由于長時間運行導(dǎo)致油管老化，或者油管與卡鉗連接螺栓松脫。因此在一次大修開啟設(shè)備艙門前，要對液壓系統(tǒng)油管進行檢查更換，以防止液壓油泄漏，形成控制區(qū)內(nèi)的污染。

圖5 液壓系統(tǒng)示意圖Fig.5 Hydraulic system

3.2 卷揚機保護齒輪箱步進電機同步帶老化問題

卷揚機盤車末端安裝有保護齒輪箱，防止在電機故障的情況下艙門封頭的急速下降。如圖6所示：齒輪箱是由蝸輪蝸桿相互配合，正常工況下盤車帶動渦輪，伺服電機帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸輪蝸桿之間形成空轉(zhuǎn)，渦輪沒有線性位移。事故工況下，當(dāng)艙門封頭急速下墜時，蝸輪帶動蝸桿做線性位移，行程為70 mm。到達行程后，蝸輪蝸桿頂死，盤車不在繼續(xù)轉(zhuǎn)動，從而防止艙門封頭急速墜落，起到保護作用。

圖6 卷揚機保護裝置Fig.6 Winch protection device

伺服電機與蝸桿之間通過同步帶傳動。同步帶的使用年限較短，會發(fā)生老化掉齒問題，開關(guān)多次后有可能造成蝸輪蝸桿速度不匹配，從而蝸桿產(chǎn)生線性位移，而蝸桿線性位移到達限值后便會產(chǎn)生卡死。解決方法是每次大修開啟設(shè)備艙門前，檢查同步帶是否老化。此外，在失電的極端工況下，手動下放設(shè)備艙門的過程中，要通過搖柄來轉(zhuǎn)動蝸桿，使其與蝸輪轉(zhuǎn)動保持相對空轉(zhuǎn)，防止產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，對蝸輪蝸桿產(chǎn)生損害。

4 總結(jié)

雖然EPR機組設(shè)備艙門具有系統(tǒng)復(fù)雜等缺點，但是其開關(guān)過程絕大部分已經(jīng)實現(xiàn)了自動化，自動化程度以及精度控制有了很大的提升，極大地解放了人力，縮短了艙門開關(guān)的時間。此外，與CPR相比，EPR機組設(shè)備艙門在安全性方面有很大的提高，例如艙門的下降對中等。在日常工作中，只要提前識別出常見的故障風(fēng)險點，維護管理得當(dāng)，仍具有重要的應(yīng)用價值。