摘要：高强度螺栓断裂是目前面临的一个比较复杂的工业质量问题，特别是在核电行业，各类机械设备（特别是泵类设备）因螺栓断裂导致可靠性降低的案例频繁发生，螺栓断裂问题发生后的原因排查过程耗时较长，目前缺少处理螺栓断裂问题的有效流程及方法，断裂根本原因难以锁定，针对性的预防、改进措施较难清晰制定。

关键词：核电站用泵;质量问题;螺栓断裂;处理方法

引言

电气贯穿件是核电关键设备之一，是为核电站安全壳内外的设备设施提供电力、通信、通路的重要电气设施，同时作为安全壳的一部分，构成防止放射性物质外泄的安全屏障，其重要性不言而喻。调试结果的准确与否不仅是对设计、制造阶段的一个综合考量，更是对能否进入下一工序，维持核电站放射性物质外泄的关键过程。

1设备简介

秦一厂主给水泵是单级双吸离心泵，给水泵组主要由主给水泵、前置泵、增速齿轮箱、电机组成，主给水泵电机输出功率3200kW，泵的轴功率为449kW，电机的一端直接驱动前置泵运转，另一端则通过增速齿轮箱驱动主给水泵。其作用为将除氧器中的合格除氧水升压后输送至蒸汽发生器。当3#主给水泵检修期间，若1#、2#主给水泵继续出现故障，将导致主给水流量不足，存在机组降低功率或停机、停堆的风险。

2螺栓断裂问题

前期设备现场安装发生螺栓断裂问题后，一般是首先核查螺栓受力情况或只针对其化学及力学性能做常规性检测，但由于常规理化检测通常不能进一步锁定螺栓断裂的根本原因。为全面掌握螺栓断裂问题的发生原因，需对可能造成螺栓断裂的各个环节进行排查，通过对各行业中各类设备螺栓断裂问题的研究，推荐按故障树方法从螺栓设计、本身材质、包装运输过程、安装过程四个方面排查螺栓断裂的根本原因。螺栓断裂故障树排查方法对于此核2级泵底板连接螺栓断裂问题，采用上述排查方法，按照文件核算、程序排查、实物检测、分析检测结果、确定检测结论、展开根本原因分析。

3事件经过

2020年9月15日，秦一厂主控发蒸汽发生器A/B低液位偏差报警，蒸汽发生器A/B窄量程液位持续下降。检查发现3#主给水泵出力下降，运行电流由296A下降至最低约170A，主给水母管压力由7.5MPa下降至至7.05MPa。初步判断3#主给水泵出力异常，经现场检查发现电机—主给水前置泵联轴器（电机侧）10颗六角铰制孔用螺栓全部断裂，现场有联轴器错位、螺栓断裂情况。主给水前置泵联轴器为双齿套联轴器，即整套联轴器分为泵侧齿套组和电机侧齿套组。其作用为传递主给水泵电机的扭矩给主给水前置泵，扭矩的传递顺序为：电机轴联轴器→电机侧齿套→六角铰制孔用螺栓→中间套→六角带铰制孔用螺栓→泵侧齿套→泵侧半联轴器。断裂螺栓为六角铰制孔用螺栓，螺栓断裂后电机扭矩无法传递，导致主给水前置泵出力下降，进而导致主给水泵出力下降。调查发现2019年9月更换了整套联轴器，回装过程中对中等数据合格，修后试验后启机过程中发现自由端冒烟，修后试验合格后3#主给水泵保持运行直至2020年8月机组小修正常停机，小修结束后3#主给水前置泵启机运行，小修结束后运行至2020年9月15日发生前置泵联轴器螺栓断裂缺陷，期间共经历3次设备启停。

4核电站泵类设备螺栓断裂问题处理方法及预防措施

4.1定期安全审查

在核动力厂整个运行寿期内，考虑到运行经验和从所有相关来源得到的新的重要安全信息，营运单位必须根据管理要求重新对核动力厂进行系统的安全评价。必须用定期安全审查的方式来确定现有的安全分析报告仍保持有效的程度。标准范围主要包括核电厂定期安全审查的程序、辐射环境影响、概率安全分析、SSC（构筑物、系统和部件）的实际状态、经验反馈、老化、安全性能、确定论安全分析、人因、设备合格鉴定、设计、应急计划、灾害分析、组织机构和行政管理等。

4.2螺栓断裂问题最终改进措施

该核2级泵螺栓断裂问题发生后，通过上述分析方法，经过一系列论证、检测、分析，最后明确螺栓断裂原因为氢脆导致，螺栓制造厂家供货此批次螺栓材料存在缺陷，存在违规酸洗工艺，螺栓采购质量控制过程有漏洞，针对此批次螺栓问题，制定处理方案如下：（1）重新采购螺栓以替换前期供货螺栓;（2）重新进行螺栓供货商资格评审，更换螺栓供货商;（3）重新制定螺栓采购规范，新版规范中增加金相检查，杜绝偏析发生;（4）泵厂加强对螺栓分包商的质量控制，严格控制热处理过程，杜绝酸洗工艺;（5）要求螺栓制造商在出厂前增加抽检量，严格监控理化试验、力学性能试验的各项检测指标;

4.3核电行业运行领域标准体系建设的建议

通过对美国URD和法国EUR中对运行的运行要求的调研，其包括组织管理、整厂管理、人员管理、建构筑物、系统、设备、质量保证和绩效8个一级子体系。原运行领域的标准体系的建立也是按照国外的体系从SSC的角度来构建子体系的框架结构。而且通过对国内核电厂运行过程中对于标准需求和建议的收集和调研，了解到核电厂的运行工作主要是围绕专项业务来开展相关的运营工作。其主要专项工作包括运行管理、维修、培训、文档、实体保卫、化学、环境、工业安全、辐射防护、消防、配置管理、经验反馈、设备管理、定期安全审查、性能试验及老化和寿命管理16个子领域。因此，建议不再从SSC的角度来构建子体系的框架结构，而是按照专业或者核电厂常用的专项工作来划分更为清晰，同时将主领域名称“运行”改为“运营”，这样内涵更加丰富。

4.4氢脆断裂主要预防措施

螺栓是因为在异常工况下受到过大载荷导致在光杆表面起裂，萌生裂纹，在后续泵启停过程中裂纹扩展，而在泵运行过程中，裂纹在周期性载荷以及联轴器螺栓力矩不一致、每个螺栓受力不均匀即会使齿套的齿轮发生偏心的作用下不断发生疲劳扩展，直至最终断裂。因此建议：1）严格控制氢含量;2）控制螺栓制造过程中的氢污染;3）严格检测成品螺栓的氢含量;4）选用合理的加工工艺;5）适当的除氢处理;6）试验法预防氢脆。结束语（1）尽量避免主给水前置泵在异常工况下运行，尤其要注意避免卡死的情况发生。（2）在主给水前置泵解体维修时，通过磁粉或渗透检验加强对联轴器螺栓的检查并注意记录螺栓安装过程及检查的结果。（3）对于承受交变载荷作用的零部件，当交变载荷低于材料的疲劳极限时，如果零件表面光滑无缺陷，疲劳裂纹源难以形成，不可能发生疲劳断裂。但当零件表面存在缺陷时，裂纹源即在缺陷导致的应力集中作用下形成。一旦产生裂纹源，在交变载荷作用下裂纹源极容易扩展，导致零部件开裂。

参考文献

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