三門核電汽輪機(jī)旁排閥特點(diǎn)及比較分析

摘要：三門核電汽輪機(jī)旁排閥由日本CCI K.K.公司設(shè)計制造，為失氣關(guān)式氣動調(diào)節(jié)閥，但該閥與國內(nèi)電站常用的氣動截止閥有較大差別，尤其是執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。文章通過與國內(nèi)其他核電站使用的旁排閥進(jìn)行比較，介紹了該閥的獨(dú)特性，并結(jié)合其特點(diǎn)，對該閥的故障進(jìn)行預(yù)測分析，為后續(xù)維修提供參考。

關(guān)鍵詞：三門核電；汽輪機(jī)；旁排閥；反作用式氣動調(diào)節(jié)閥；執(zhí)行機(jī)構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TK263 文章編號：1009-2374（2015）18-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.038

1 概述

核電廠的汽機(jī)旁路排放系統(tǒng)（TBS）主要用于機(jī)組正常運(yùn)行工況（包括啟動和停機(jī)）和非正常瞬態(tài)（汽機(jī)跳閘、階躍降負(fù)荷）時提供主蒸汽旁排，將主蒸汽從主蒸汽母管排向凝汽器。旁排系統(tǒng)必須有足夠的容量，使得發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時反應(yīng)堆不會因蒸發(fā)器水位波動過大而導(dǎo)致停堆。同時，旁排系統(tǒng)還要有足夠的瞬態(tài)響應(yīng)能力，以應(yīng)對甩負(fù)荷、汽輪機(jī)緊急停機(jī)或者反應(yīng)堆緊急停堆等事故工況。因此，為了滿足上述要求，作為汽機(jī)旁路排放系統(tǒng)的主設(shè)備，汽機(jī)旁路排放閥（旁排閥）需要具備快開、快關(guān)和調(diào)節(jié)功能。

2 各核電廠旁排閥的比較和優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 國內(nèi)相關(guān)電廠旁排閥比較

汽機(jī)旁路排放系統(tǒng)作為安全相關(guān)系統(tǒng)是核電廠設(shè)計過程中不可或缺的一個環(huán)節(jié)，而旁排閥作為該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的穩(wěn)定性對該系統(tǒng)乃至整個機(jī)組的運(yùn)行都至關(guān)重要，因此各電廠對于旁排閥的采購和維護(hù)要求都比較高。雖然國內(nèi)閥門生產(chǎn)制造已經(jīng)形成一定規(guī)模，但是對于這種高參數(shù)、高質(zhì)量要求的閥門，國內(nèi)仍然無法生產(chǎn)。因此，對于旁排閥，國內(nèi)各核電廠均采用從國外成套采購的方式。比如秦山一期采購的是瑞士Sulzer的產(chǎn)品，秦山二期和秦山三期采購美國CCI公司產(chǎn)品。這些閥門在閥體、控制模式和安裝方面均有所差異。簡略對比見表1：

2.2 旁排閥優(yōu)缺點(diǎn)分析

秦山一期采用液壓驅(qū)動是因為該閥采用套筒式閥體，屬于單級降速，閥門受介質(zhì)的沖擊力大，需要很大的驅(qū)動力才能控制閥瓣的升降調(diào)節(jié)。如果采用氣動控制勢必要設(shè)計很大的氣缸才能滿足要求，而采用液壓驅(qū)動只需要較小的液壓缸即可。另外，液壓驅(qū)動還有動作平穩(wěn)、準(zhǔn)確和噪音小等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，液壓驅(qū)動也存在著制約因素，由于液壓油自身的粘性和流動速度的相對緩慢，因此同等條件下，液壓閥的響應(yīng)時間會慢一些，一期旁排閥的快速開啟時間為3s，快速關(guān)閉時間為5s，全行程調(diào)節(jié)時間為20s。而且液壓驅(qū)動對液壓油的品質(zhì)要求比較高，如果油內(nèi)含有雜質(zhì)，就可能會發(fā)生因細(xì)小顆?？ㄗ杳芊馔ǖ酪饍?nèi)部漏油，導(dǎo)致控制混亂。

二期、三期迷宮式旁排閥由于閥芯的阻尼降速，閥門受到的沖擊力相對較小，所以采用氣動驅(qū)動。氣動驅(qū)動的顯著優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，這點(diǎn)從動作時間可以看出，以三期旁排閥為例，快速開啟時間小于1s，快速關(guān)閉時間小于3s，全行程調(diào)節(jié)時間小于15s。氣動驅(qū)動的氣源來自電廠統(tǒng)一使用的壓縮空氣，由于儀用壓空用戶較多，因而壓空系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壓縮空氣質(zhì)量將直接關(guān)系到控制性能。此外，氣動控制的噪音要遠(yuǎn)大于液壓控制。

三門核電采用套筒式氣動控制截止閥，該閥門采用了直通式的先導(dǎo)小閥和主閥結(jié)構(gòu)，在閥門啟動過程中，先導(dǎo)小閥先動作，然后帶動主閥，減小了閥門的開啟力，所以驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用了特殊型式的加強(qiáng)型反作用式氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3 三門核電旁排閥分析

3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

三門核電的旁排閥由日本CCI K.K.公司生產(chǎn)，為AB100型。該型號閥門是CCI公司為重工業(yè)和特殊應(yīng)用場合而設(shè)計的控制閥，適用于ASME4500磅的壓力和溫度等級。目前，該型號閥門在日本諸多核電站均有使用。

該閥門主要分為執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門本體兩部分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣動控制，閥門本體采用套筒式截止閥。

該閥門手輪采用頂部安裝的方式，目的是在壓縮空氣失效時，可以使用手輪機(jī)構(gòu)對閥門進(jìn)行操作。當(dāng)需要使用手輪打開閥門的時候，旋轉(zhuǎn)手輪，將手輪機(jī)構(gòu)的驅(qū)動桿向下移動，平時該驅(qū)動桿處于上限位。

該閥門為反作用式氣動截止閥。所謂反作用，即該閥門為氣缸上部進(jìn)氣，但為氣開閥。因為閥門的膜片盤、間隔套、支架和閥體固定在一起，當(dāng)有壓縮空氣進(jìn)入膜片上腔室時，膜片蓋受力，帶動膜片底座、軛架克服彈簧力上升，驅(qū)動力通過閥桿連接器傳遞給閥桿和閥芯，進(jìn)而開啟閥門，見圖1所示：

這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是閥門在打開或關(guān)閉時能夠直觀地看到執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸移動。另外，鑒于膜片的有效面積上沒有螺紋孔，膜片整體塑造而成，并且膜片圓周在膜盒與膜片盤之間折疊成圓弧狀，因此在動作過程中，能夠保持有效面積的恒定。同時，由于膜片是整體塑造而成，且沒有螺紋孔，增加了氣缸密封的可靠性。

3.2 其他特點(diǎn)

由于旁排閥為反作用式氣動截止閥，閥門的膜片盤、間隔套、支架和閥體固定在一起，因此應(yīng)為該閥門提供足夠的安裝空間，且氣缸上方嚴(yán)禁擺放重物。另外，由于彈簧一直處于壓縮狀態(tài)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)本體的拆卸非常危險，且需要專用工具。

該旁排閥采用的閥門口徑為12英尺，考慮到大流量與高壓差條件可能造成控制、振動、噪音等方面的問題，在閥門結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化，比如閥籠采用多孔閥籠、軛架使用加強(qiáng)型軛架。

閥體采用了先導(dǎo)小閥加主閥的結(jié)構(gòu)，在閥門動作時借助流體自身的壓力共同開啟主閥，減小了動作閥門所需的推力，優(yōu)化了閥門結(jié)構(gòu)。

為了避免操作控制附件時產(chǎn)生振動，對閥門產(chǎn)生影響，除了限位開關(guān)、定位器反饋單元外，其他儀控附件都安裝在獨(dú)立的控制面板上。

4 故障預(yù)想及維修

旁排閥作為汽機(jī)旁路排放系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能穩(wěn)定，功能正常直接關(guān)系到整臺機(jī)組的運(yùn)行業(yè)績，因此結(jié)合氣動閥常見故障，同時兼顧該閥本身的特點(diǎn)，分析該閥后續(xù)運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的故障及處理方法，為設(shè)備的可靠性提供保障就顯得尤為重要。

4.1 接到控制指令后閥門不動作

如果旁排閥在收到控制指令后閥門沒有動作，應(yīng)從三方面考慮，供氣系統(tǒng)問題、控制系統(tǒng)問題和閥門本身問題，并逐一檢查和排除。

首先供氣系統(tǒng)，檢查供氣隔離根閥是否打開，過濾減壓閥壓力設(shè)定值是否正確；然后檢查控制系統(tǒng)，包括四個電磁閥的得失電狀態(tài)是否正確、是否發(fā)送正確的控制指令、定位器的設(shè)置是否正確（比如自動校驗后未把定位器設(shè)置到在線狀態(tài)）等；最后檢查閥門本身問題，氣缸底部是否有異物卡在閥門支架上、手輪位置是否正確等。

4.2 行程不足

如果閥門行程不足，則首先考慮氣源壓力是否充足、控制指令信號是否正確、手輪是否在中性點(diǎn)、氣缸底部或者閥體內(nèi)是否有異物，如果問題仍沒有排除，則斷開氣源和電源，然后使用手輪操作閥門，觀察是否能夠達(dá)到全行程。

4.3 閥門動作過程中震蕩、抖動

閥門動作過程中有震蕩、抖動的現(xiàn)象可以從兩方面考慮問題：一是控制系統(tǒng)；二是閥門本身?？刂葡到y(tǒng)主要看定位器設(shè)置是否正確、氣動放大器設(shè)置是否正確；閥門本身的話，則首先檢查填料螺栓的力矩，如果力矩合適，則需解體閥門，檢查各滑動面。

5 結(jié)語

旁排閥作為機(jī)組正常運(yùn)行工況（包括啟動和停機(jī)）和非正常瞬態(tài)（汽機(jī)跳閘、階躍降負(fù)荷）時提供主蒸汽旁路排放的關(guān)鍵設(shè)備，其性能穩(wěn)定對機(jī)組至關(guān)重要。本文通過比較秦山核電站和三門核電站旁排閥的異同，分析各型號旁排閥的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合三門核電旁排閥的特點(diǎn)對該閥門可能出現(xiàn)的故障及維修方法進(jìn)行了探討。目的是在充分了解國內(nèi)電廠旁排閥特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提高三門核電旁排閥的檢修質(zhì)量、檢修可靠性和檢修效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 蒲小勤.秦山核電站蒸汽旁排閥的比較研究[J].云南電力技術(shù)，2005，（2）.

[2] 阮國萍.重水堆核電站主蒸汽旁排閥故障分析和應(yīng)對策略[J].核科學(xué)與工程，2006，（2）.

作者簡介：王雷剛（1987-），男，江蘇連云港人，三門核電有限公司助理工程師，研究方向：氣動閥的調(diào)試、診斷及日常維護(hù)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）