核电站泵类设备螺栓断裂问题处理方法及预防措施

核电站泵类设备螺栓断裂问题处理方法及预防措施

张涵马为静张彬

中核工程咨询有限公司福建分公司    福建 漳州     363000

摘要：核电站的运行安全性直接关系到公众的生命财产安全和生态环境的稳定，泵类设备作为核电站关键的运行部件，其稳定运行对于保障核电站整体安全至关重要。然而核电站泵类设备日常运行中螺栓断裂问题时有发生，这一问题不仅可能导致设备故障，影响核电站的正常运行，还可能引发一系列安全事故。因此，对核电站泵类设备螺栓断裂问题的处理显得尤为重要。基于此，本文就核电站泵类设备螺栓断裂问题的处理方法及预防措施进行了简要分析，以期能为我国核电事业的发展做出一定的贡献。

关键词：核电站；泵类设备；螺栓断裂；处理方法；预防措施

1核电站泵类设备螺栓断裂原因分析

核电站泵类设备螺栓断裂原因复杂多样，主要包括材料缺陷、工艺问题、运行环境恶劣等多个方面。

首先，材料缺陷是导致螺栓断裂的重要原因之一，螺栓材料可能存在杂质、气孔或裂纹等内部缺陷，这些缺陷在受到外力作用时容易扩展，导致螺栓断裂。此外，材料的化学成分、机械性能等不符合设计要求，也会降低螺栓的承载能力和抗疲劳性能，增加断裂风险。

其次，工艺问题也是导致螺栓断裂的关键因素，在螺栓的制造和加工过程中，如果锻造、拉拔、热处理等工艺控制不当，可能导致螺栓内部产生应力集中、组织不均匀等问题，从而影响其力学性能和使用寿命。

再者，运行环境恶劣也是导致螺栓断裂不可忽视的因素，核电站泵类设备工作环境复杂，常常面临高温、高压、高辐射等极端条件，这些因素会对螺栓材料产生腐蚀、氧化等作用，降低其强度和韧性。同时环境中的振动、冲击等动态载荷也会加速螺栓的疲劳断裂[1]。

2核电站泵类设备螺栓断裂问题处理方法

2.1 宏观检查

宏观检查是初步判断螺栓断裂原因的重要手段。工作人员可以通过观察螺栓的断裂面、裂纹走向以及变形情况，初步判断是脆性断裂还是韧性断裂，以及是否存在明显的塑性变形。同时还可以检查螺栓表面是否存在腐蚀、锈蚀等痕迹，这些痕迹可能与断裂原因有关。宏观检查的结果可以为后续的分析提供重要线索。

2.2 力学性能评估分析

力学性能评估分析主要是对螺栓进行拉伸、压缩、弯曲等力学性能测试，以了解螺栓的强度、韧性、硬度等性能指标，这些指标的变化可以反映螺栓在制造、安装和使用过程中可能存在的问题，如材料缺陷、加工不当等。

2.3 氢脆预载荷试验

根据以往经验总结，氢脆是导致螺栓断裂的重要因素之一，氢脆预载荷试验是模拟螺栓在含有氢气的环境中工作的情况，通过施加一定的预载荷，观察螺栓是否出现脆性断裂，这种试验方法可以有效检测螺栓对氢的敏感性，从而判断氢脆是否是导致螺栓断裂的原因。

2.4 脱碳及增碳检测

脱碳和增碳是螺栓制造过程中常见的质量问题，它们会严重影响螺栓的性能。脱碳检测主要是通过化学分析或金相检验等方法，检测螺栓表面或内部的碳含量是否降低。增碳检测则是检测螺栓是否因为处理不当而出现了碳含量过高的现象，这些检测结果可以帮助分析螺栓断裂是否与碳含量变化有关[2]。

2.5 扫描电镜及能谱检验

通过扫描电镜观察螺栓断裂面的微观形貌，可以了解断裂的详细过程，如裂纹的起源、扩展路径等，能谱检验则可以分析断裂面上的元素组成和分布，从而判断是否存在异常元素或化合物的存在，这些信息对于分析螺栓断裂原因至关重要。

3核电站泵类设备螺栓断裂预防措施

3.1 严格把控设备材料质量

核电站泵类设备螺栓的材料选择是预防断裂的首要环节，应优先选用高强度、高韧性的合金钢材料，确保螺栓具有足够的承载能力和抗疲劳性能。同时对材料的质量进行严格把控，确保无缺陷、无杂质，避免因材料问题导致的螺栓断裂。采购过程中，应选择具有资质和信誉的材料供应商，并建立完善的验收机制，对到货的材料进行外观检查、化学成分分析、力学性能测试等多项检验，确保材料质量符合设计要求。

3.2 优化加工工艺

螺栓的加工工艺对其性能和质量具有重要影响，应优化锻造、拉拔、热处理等工艺流程，减少应力集中和缺陷分布。锻造过程中应控制变形量和变形速度，避免产生裂纹和折叠等缺陷[3]。拉拔过程中应确保表面光滑、无损伤，热处理时应控制加热温度和冷却速度，避免产生过大的热应力和组织变化。此外，加工过程中应严格控制尺寸精度和表面粗糙度，确保螺栓与螺孔的配合良好，减少因装配不当导致的应力集中和断裂风险。

3.3 强化设备运行的维护管理

核电站泵类设备的工作环境复杂多变，对螺栓的性能和寿命具有重要影响，加强对使用环境的监测和管理，避免螺栓长期暴露在高温、高湿、高辐射等恶劣环境中。定期对螺栓进行维护和检查，及时发现并处理潜在的隐患。在维护过程中，应注意对螺栓的润滑和防锈处理，减少因摩擦和腐蚀导致的断裂风险，对于已经发现的问题螺栓，应及时更换并分析原因，避免类似问题再次发生。

3.4 规范安装与拆卸

螺栓的安装与拆卸过程也是预防断裂的重要环节，安装过程中应严格按照操作规程进行，确保螺栓的紧固力矩和预紧力符合要求，避免过紧或过松导致的应力集中和松动现象。同时应注意螺栓与螺孔的清洁度，避免杂质和异物进入导致装配不良。拆卸过程中应使用合适的工具和方法，避免对螺栓造成损伤，对于需要重复使用的螺栓，应进行严格的检查和评估，确保其性能和质量符合要求[4]。

3.5 建立故障预警系统

为了及时发现和处理螺栓断裂问题，应建立完善的监测与预警系统，通过安装传感器和监测设备，实时监测螺栓的应力状态、变形情况等关键参数，当监测数据出现异常时，系统应自动发出预警信号，提醒工作人员进行检查和处理。还可以利用大数据和人工智能技术，对监测数据进行分析和预测，提前发现潜在的断裂风险，通过不断优化预警算法和模型，提高预警的准确性和可靠性。

3.6 提高工作人员专业技能

加强基础理论知识培训，组织定期的理论知识培训，确保操作人员对核电站泵类设备螺栓的材料性能、结构特点、工作原理等有深入的了解。同时加强力学、材料学等相关学科的学习，使操作人员能够掌握螺栓断裂故障的原因和预防措施。通过模拟演练、现场操作示范等方式，提高操作人员在设备安装、拆卸、检修过程中的实际操作技能，确保他们能够正确选择和使用工具，掌握正确的紧固力矩和预紧力，避免因操作不当导致的螺栓断裂故障。此外，加强安全教育和培训，提高操作人员的安全意识和风险识别能力，使他们能够充分认识到螺栓断裂故障可能带来的严重后果，增强预防和应对故障的主动性和积极性，培养操作人员对潜在风险的敏锐感知能力，及时发现并处理可能导致螺栓断裂的隐患。

结束语

总而言之，核电站泵类设备螺栓故障处理及预防过程中，通过强化运维管理和提升操作人员专业技能，有效降低了故障发生率。加强对泵类设备的巡检和监测，能够及时发现并处理了潜在的螺栓断裂隐患。同时，优化安装与拆卸规范，更好地确保了螺栓紧固力矩和预紧力符合要求，减少了应力集中和断裂风险。此外，我们注重提升操作人员的专业技能，通过培训和考核，使他们掌握了正确的操作方法和预防措施，增强了应对螺栓断裂故障的能力。这些措施的实施使得核电站泵类设备螺栓断裂问题得到了有效控制，保障了设备的安全稳定运行，为核电站的可持续发展奠定了坚实基础。

参考文献

[1]李伟光，孔全兴，杨宏欢等.核电站螺栓腐蚀与防护[J].全面腐蚀控制，2019，33(04):62-65.

[2]张振杰.泵类设备转子动平衡试验技术要点[J].设备管理与维修，2018，(19):24-26.

[3]王胜坤.核电用泵振动问题[J].科技创新与应用，2018，(16):58-59.

[4]董亮，胡朝.某核电站布置设计中泵类设备的审查[J].科技视界，2016，(10):300+298.