海南核電主蒸汽安全閥內漏問題分析

楊家興 劉 滔 邢 孟

（海南核電有限公司 海南昌江）

一、概述

主蒸汽安全閥用于主蒸汽與主蒸汽管道及蒸汽發(fā)生器在瞬態(tài)事故情況下的超壓保護，保證二回路壓力邊界的完整性。與火電機組不同，核電的主蒸汽系統(tǒng)介質主要為飽和蒸汽，事故情況下，主蒸汽系統(tǒng)的介質可能為汽水混合物或帶放射性的水等（如蒸汽發(fā)生器傳熱管斷裂、一回路向二回路泄漏的事故工況）。這就要求主蒸汽安全閥在系統(tǒng)介質為飽和蒸汽、汽水混合等工況下均要具有穩(wěn)定的泄壓排放功能。要求主蒸汽安全閥的定值要準確，精度高，既要防止安全閥的誤開、提前開，又要防止卡開和不回座。安全閥的不回座直接等于二回路大破口事故，因此主蒸汽安全閥必須要有可靠的開啟和關閉功能。

二、2種結構主蒸汽安全閥的對比

主蒸汽安全閥需要滿足準確開啟、適時全開、穩(wěn)定排放、及時關閉、密封可靠等要求。在核電站主蒸汽系統(tǒng)上，主要使用2種結構形式的主蒸汽安全閥。一種為直接作用彈簧式安全閥，另一種為先導式安全閥。兩種核電站安全閥在核電站主蒸汽系統(tǒng)上均有著使用業(yè)績。

1.適用介質

直接作用彈簧式主蒸汽安全閥適用于一種流體狀態(tài)，在純飽和蒸汽狀態(tài)或過熱蒸汽狀態(tài)下工作性能較佳。系統(tǒng)內介質多變或多種工況并存的情況下安全閥性能不穩(wěn)定。一般在多相流體工況，安全閥起跳后應安排檢修工作。先導式主蒸汽安全閥由于不需要彈簧式安全閥的調節(jié)環(huán)和反作用環(huán)，能夠使用任何流體狀態(tài)。

2.密封性

直接作用式安全閥在系統(tǒng)壓力遠低于起跳設定值時密封性好。系統(tǒng)壓力越接近起跳設定值，泄漏量越大。先導式安全閥開始發(fā)生泄漏時的壓力非常接近其起跳設定值，且泄漏基本為滲漏，泄漏量非常小。對于主閥來說，主閥的閥芯和閥座的密封比壓隨著系統(tǒng)壓力的升高而加大，系統(tǒng)壓力越高越接近起跳設定值，其密封性能越好。且由于彈簧式安全閥的彈簧易受介質的影響，起跳設定值的準確性不如先導式安全閥。

3.回座及密封性能

彈簧式安全閥的回座力是有彈簧力與系統(tǒng)壓力作用在閥瓣上的力之差，因此安全閥起跳后的回座壓力較小，容易發(fā)生安全閥不回座或晚回座現(xiàn)象。安全閥回座后其密封比壓較小，容易產(chǎn)生泄漏。先導式安全閥的先導閥回座后，主閥能在很高的回座下實現(xiàn)可靠的關閉?；刈鶗r系統(tǒng)的壓力越高，其回座力越大，回座后的密封面上的密封比壓也越高，與起跳前的密封比壓一樣，能很快恢復到完全密封性能。

4.安全閥的排放能力

彈簧式安全閥要做到大口徑比較難，同時受到彈簧變形量的限制，安全閥閥瓣的開啟行程較小，因此單個安全閥排放能力有限。先導式安全閥的主閥可以做到大口徑，同時閥瓣的形成不像彈簧式安全閥那樣受限制，行程可以比較大，因此先導式安全閥排放能力可根據(jù)實際需要進行設計。

三、海核主蒸汽安全閥參數(shù)

海南核電主蒸汽系統(tǒng)有2根主蒸汽管線，每根管線分別與1臺主蒸汽出口接管相連。2根管線分別在各自的貫穿件處出安全殼，通過主蒸汽隔離閥的管廊后進入汽輪機廠房，然后合并成1根公共的母管。海南核電主蒸汽安全閥與參考電站一致，采用彈簧式安全閥，每根主蒸汽管線有7臺直接向大氣排放蒸汽的彈簧加載式安全閥，安全閥實際整定值稍有不同，第一組閥門（2臺）整定值8.5 MPa；第二組閥門（5臺）整定值8.7 MPa。

安全閥性能參數(shù)包括，安全和規(guī)范等級2級，抗震類別1A，設計壓力8.6 MPa，設計溫度316℃，運行溫度（滿負荷）283℃，運行溫度（熱停堆）292℃，要求流量最大478 t/h；最小420.9 t/h，整定壓力，第一組8.5 MPa，第二組8.7 MPa。

四、引起密封面泄漏的幾種情況

安全閥密封面一般由金屬材料制成，即使經(jīng)過精密的加工，閥門很難做到絕對的密封。引起閥門密封面泄漏的情況有6種。

（1）密封面進入異物。雜質和臟物落到密封面上，會造成閥瓣與閥座間存在間隙，導致泄漏。需要清除密封面上的異物并且重新研磨密封面。

（2）密封面損傷。造成密封面損傷的主要原因：由于密封面材料不良，使其在長期惡劣環(huán)境中發(fā)生銹蝕；在多次起跳或長時間工作后，密封面出現(xiàn)磨損；密封面在堆焊工序存在缺陷，在使用過程中暴露。需要根據(jù)損傷程度和原因對密封面進行研磨或者重新加工密封面。

（3）密封面寬度大。彈簧壓力一定的情況下，密封面寬度大，密封壓強小，若該壓強低于工作壓強，將造成泄漏。處理辦法是重新加工密封面至合理尺寸，并研磨后使用。

（4）零件卡阻。閥桿、襯套或閥瓣等零件存在卡阻，致使閥瓣回坐后不能完全密封。處理方法是拆解閥門，消除卡阻。

（5）裝配不當。由于閥門密封面采用金屬材料，閥瓣和閥座的平面度以及同軸度對密封性能有根本影響。閥桿、彈簧、襯套、閥瓣等零件裝配精度，尤其是同軸度直接影響閥門密封性能。閥瓣和閥座未完全對正、彈簧與閥桿間隙太大及閥桿中心線不正等均可能造成閥門泄漏。處理方法是重新拆裝，裝配時保證閥瓣周圍配合間隙的大小及均勻性，保證閥桿、彈簧和閥瓣的同軸度等配合尺寸精度。

（6）彈簧失效或者壓緊力不足。在彈簧直接載荷式安全閥中，彈簧質量對閥門的性能影響很大。長時間使用后彈簧可能出現(xiàn)永久性變形失效、剛度減小或接觸面不平行等問題，造成閥門泄漏。處理方法是更換彈簧或對彈簧進行修磨，并調整壓緊力。

五、海核主蒸汽安全閥內漏分析

海南核電主蒸汽安全閥采用彈簧式安全閥。在1號機組熱態(tài)試驗期間，1月31日20:31分，執(zhí)行完PT 1RCP 002后準備升溫時發(fā)現(xiàn)1VVP103VV內漏。經(jīng)過對1VVP103VV閥門進行解體，在解體過程中發(fā)現(xiàn)噴嘴環(huán)與閥瓣保持架有輕微頂緊現(xiàn)象，根本原因為噴嘴環(huán)在裝配過程中調整不到位，調整位置較高。閥瓣與閥瓣保持架為螺紋連接。噴嘴環(huán)與閥瓣保持架頂緊后，閥瓣不能回落到正常位置，造成閥門內漏。

閥門解體后，由于蒸汽內漏，閥瓣造成沖蝕，廠家人員對閥座和閥瓣進行研磨，對密封面采用單色光檢測，產(chǎn)生2條同心干涉條紋，符合平整度要求。閥門進行回裝。經(jīng)過測試，安全閥功能正常，沒有再發(fā)生內漏現(xiàn)象。平整度檢查標準見表1。

表1 平整度檢查標準

六、結論

主蒸汽安全閥為核級閥門，屬于CC1級關鍵設備。閥門密封不嚴，將使一回路蒸汽流失，導致一回路過冷。使SG汽水失配，產(chǎn)生低壓信號，造成停堆。此次安全閥內漏根本原因為閥門裝配不當。通過對閥門進行重新拆裝，對閥瓣在裝配時保證閥瓣周圍配合間隙的大小及均勻性，保證閥桿、彈簧和閥瓣的同軸度等配合尺寸精度。徹底解決了海南核電熱試期間主蒸汽安全閥內漏的問題。