1#機組安全殼C類試驗閥門缺陷分析及處理

屈呂虎 喻 望 岳 洋

（海南核電有限公司 海南昌江）

一、概述

安全殼打壓試驗原理是通過對安全殼進行抗壓強度測試，驗證安全殼的建造質量，以確保核電站商運后安全殼不會發(fā)生破損，保障核電站的安全。

安全殼打壓試驗分為C類試驗、B類試驗和A類試驗，其中C類試驗為貫穿件閥門密封試驗，B類試驗為安全殼相關閘門密封試驗，A類試驗為安全殼整體打壓試驗。安全殼C類試驗和B類試驗是A類試驗執(zhí)行的先決條件，其試驗結果的好壞將直接影響A類試驗成功與否。2013年12月中旬，海南核電1#機組安全殼C類試驗正式啟動，閥門消缺工作陸續(xù)展開。此次安全殼C類試驗共涉及79個貫穿件，221個各類型閥門，包括閘閥、止回閥和安全殼隔離閥等。

二、閘閥故障分析及處理方法

海南核電1#機組安全殼C類試驗相關的閘閥（包括打壓試驗的邊界閥）廠家主要為中核蘇閥科技實業(yè)股份有限公司（以下簡稱蘇閥）和法國VELAN。其中蘇閥閘閥又細分為W型（帶楔塊平行雙閘板）閘閥和C型（彈性單閘板）閘閥，出現(xiàn)的問題較多；VELAN閘閥則主要為C型閘閥，出現(xiàn)的問題較少。

1.蘇閥W型閘閥限位架螺柱斷裂、鎖緊墊片未鎖緊

（1）問題現(xiàn)象。在處理1RRI019VN閘閥內漏超標問題過程中，解體閥門后發(fā)現(xiàn)閥瓣限位架螺栓斷裂、且鎖緊墊片未鎖緊，閥門結構詳見圖1。

（2）原因分析。限位架螺栓斷裂的可能原因是：①限位架卡爪與閥瓣凹槽配合尺寸不合。正常情況下，閥瓣裝配時限位架螺栓擰緊后，限位架的卡爪與兩閥瓣凹槽內側均留有間隙，作為楔式閥瓣在閥門關緊時的橫向位移的余量。②螺栓的抗拉強度不夠、在閥門關閉時受拉斷裂。鎖緊墊片未鎖緊的可能原因是閥門在工廠內裝配時工作人員遺漏相關裝配工序。

（3）處理措施。①仔細檢查1RRI019VN閥體內部，找到斷裂的螺栓——限位架組件，防止異物進入系統(tǒng)管道；②將斷裂的螺栓寄回蘇閥廠內做力學分析，確認螺栓材質是否合格；③海南核電1#、2#機組項目共有蘇閥W型閘閥88臺，鑒于限位架螺柱斷裂及鎖緊墊片未鎖緊問題危害極大且無法直接檢查，經蘇閥廠家、采購部、施工部及調試部會議商定，對海核項目所有蘇閥W型閘閥逐一進行解體排查，發(fā)現(xiàn)限位架卡爪與閥瓣凹槽卡死，則由蘇閥廠家對卡爪進行適當磨削加工，以滿足配合間隙要求；發(fā)現(xiàn)止動墊圈未鎖緊，則在閥門回裝時按要求進行鎖死。

圖1 蘇閥W型閘閥限位架結構示意圖

2.蘇閥W型閘閥閥瓣密封帶偏離

（1）問題現(xiàn)象。1RRI211VN、1RRI300VN閘閥出現(xiàn)內漏超標的情況，解體后做藍油試驗，發(fā)現(xiàn)閥瓣密封帶中心嚴重偏離閥瓣中心（ 圖 2）。

（2）原因分析。閥門在工廠內部匹配時未做藍油試驗以檢測密封帶位置。閥瓣和閥座在工廠內設計、加工時，一般會使閥瓣密封帶稍微偏下，但不超出密封面的范圍，其目的是給以后閥門密封面研磨留有一定的余量。每次研磨閥瓣或者閥座時，研磨的切削量均會使藍油試驗所得到的閥瓣密封帶整體向上移動。

（3）處理措施。①堆焊閥瓣密封面，使其向內拓寬，確保藍油試驗所得到的密封帶均落在閥瓣密封面上。該方案的優(yōu)點是不改變閥門本身的力學性能，缺點是加工工藝復雜、檢修周期長。②研磨閥瓣或閥座密封面，并達到一定的研磨量，使得閥門關閉時閥瓣密封帶上移。該方案將減少閥門密封面的研磨余量，且費時費力，因此不建議采納。③切屑閥瓣組件中的楔形塊下表面（圖1），減少其厚度，使得閥門關閉時閥瓣密封帶上移。

考慮安全殼C類試驗閥門消缺窗口緊張，在充分保證楔形塊力學性能的前提下，現(xiàn)場采取了措施③，即對閥瓣組件楔形塊下表面進行切削1 mm。處理后再次藍油試驗時，密封帶已上移并落在了閥瓣密封面上，經后續(xù)打壓驗證閥門密封合格。

圖2 閥瓣密封帶位置偏離

3.閘閥密封面缺陷

（1）問題現(xiàn)象。1#機組安全殼C類試驗期間，閘閥內漏現(xiàn)象非常普遍。蘇閥閘閥內漏問題最為突出，經解體后目視檢查和刀口尺檢測，發(fā)現(xiàn)閥瓣和閥座密封面上存在不同程度的點坑、劃痕及“瓢曲”（即密封面不在同一平面上）等缺陷；VELAN閘閥個別閥門存在內漏問題，經解體檢查發(fā)現(xiàn)密封面存在劃痕缺陷。

（2）原因分析。點坑、劃痕等缺陷的產生與閥門內部及其所在管線的清潔度息息相關。經解體檢查，發(fā)現(xiàn)很多內漏閥門閥體內部存在大量的硬質雜質與異物。當閥門動作時，粘附在密封面上的雜質與異物擠壓或者劃拉密封面，使其產生缺陷。閥體內雜質與異物的來源主要為閥體及管道內部銹蝕產生的鐵屑、焊縫打磨產生的鐵粉和管道異物等（圖3）。

圖3 閥體內部銹蝕（左）管道異物（右）

密封面瓢曲的可能原因：閥瓣和閥座廠內機加工尺寸不合格，存在一定的瓢曲；相關材料加工成型后仍存在一定的內應力，經過一段時間后應力釋放導致密封面變形；閥門焊接到管道上時產生一定的焊接應力，使得閥座密封面變形；閥門進出口管道未調整到位，產生一定的作用力使閥座密封面變形。

（3）處理措施。對閥座密封面缺陷，選取合適尺寸的整盤研磨盤進行機械研磨處理（圖4），其優(yōu)點是在消除點坑、劃痕缺陷的同時，能夠校正密封面的瓢曲。注意：相較于整盤研磨盤，行星盤雖然在研磨點坑、劃痕等局部缺陷效率更高，但不能有效校正瓢曲缺陷。因此在密封面研磨消缺過程中，若閥座密封面材質硬度較高、劃痕較深，可先采用行星盤進行研磨，待劃痕基本消除后再采用整盤研磨盤進行校正。

對閥瓣密封面缺陷，閥瓣尺寸較小的可采用安全閥研磨機進行研磨處理；若尺寸太大超出安全閥研磨機適用范圍，則將閥瓣置于研磨平板上進行手動研磨。

圖4 閥座密封面研磨

4.蘇閥W型閘閥閥瓣組件裝配方向錯誤

（1）問題現(xiàn)象。蘇閥W型閘閥閥瓣組件裝配方向錯誤，使得閥門的承壓方向與介質流向相反。為保證閥門關閉時的密封性能，W型閘閥在設計上其承壓方向一般與管路內部的介質流向相同，即從結構上來說閥瓣組件中的活動楔形塊需朝向閥門的出口側，見圖5。

（2）原因分析。閥瓣組件在廠內裝配時未按照圖紙要求進行組裝。

（3）處理措施。解體閥門，重新組裝閥瓣組件，使得楔形塊朝向閥門出口側，確保閥門承壓方向與管路介質流向一致。

圖5 W型閘閥閥瓣組件（圖中為正確的安裝方向）

5.蘇閥閘閥填料吹掃孔缺陷

（1）問題現(xiàn)象。在安全殼C類試驗過程中，當某一貫穿件整體打壓泄漏超標時，打壓人員需要制定方案對相關的邊界閥逐一進行密封性驗證。對于閘閥而言，快速且可行的獨立密封性驗證的方法為：在閥門全關時從填料吹掃孔處往閥腔注入一定的氣壓，若保壓合格，則說明閥門密封性合格。而在實際操作過程中，打壓人員發(fā)現(xiàn)絕大多數的蘇閥閘閥填料吹掃孔在功能上存在缺陷，即壓縮空氣無法通過吹掃孔注入閥腔。

（2）原因分析。填料吹掃孔無法與閥腔連通的原因為吹掃孔位置不當，孔的內部出口被填料環(huán)堵塞。在設計上，填料吹掃孔出口應與金屬填料墊相對，而填料墊與閥體間為間隙配合，以便介質流通。

（3）處理措施。將該缺陷反饋給蘇閥廠家，經商討可行的解決方法是：適當增加金屬填料墊的厚度，以便吹掃孔能與填料墊相對；同時為了提高介質流通效果，可在填料墊上加工一缺口，缺口側朝向吹掃孔位置。

三、止回閥問題及其處理方式

海南核電1#機組安全殼貫穿件相關的止回閥廠家為大連大高閥門股份有限公司（以下簡稱大高），閥門形式主要為升降式和旋啟式兩種。

1.止回閥密封面缺陷

（1）問題現(xiàn)象。在貫穿件閥門打壓過程中發(fā)現(xiàn)大高止回閥內漏問題非常普遍。解體后發(fā)現(xiàn)閥瓣和閥座密封面上存在不同程度的點坑、劃痕等缺陷；另經藍油試驗檢測，發(fā)現(xiàn)部分止回閥藍油壓痕不連續(xù)。

（2）原因分析。點坑、劃痕等缺陷的產生與閥門內部及其所在管線的清潔度有關。當閥門動作時，粘附在密封面上的硬質雜質將擠壓密封面，造成不同程度的損傷。密封面無法完全貼合，原因為閥瓣或閥座存在不同程度的瓢曲變形。

（3）處理措施。對于升降式止回閥，采用專用工具依次研磨閥瓣和閥座，以消除密封面上的點坑和劃痕缺陷、校正閥瓣和閥座密封面的錐角，研磨完畢后需進行藍油試驗，確保密封帶連續(xù)、不間斷；對于旋啟式止回閥，為提高消缺效率，閥瓣和閥座的缺陷一般通過研磨機進行校正處理，個別閥門的閥座研磨受現(xiàn)場檢修空間所限則采用手動研磨處理，研磨完成后同樣需經藍油試驗檢驗合格。

2.旋啟式止回閥止轉槽失效問題

（1）問題現(xiàn)象。根據福清、寧德及廣核項目經驗反饋，部分大高旋啟式止回閥閥瓣組件中的搖臂凸出部位存在脫出閥瓣止轉槽的現(xiàn)象。經解體排查，海核項目大高止回閥存在同樣的問題。

（2）原因分析。搖臂與閥瓣連接間隙過大，導致止轉槽脫出；搖臂上的凸出結構過短，無法卡入止轉槽；

（3）處理措施。針對大高旋啟式止回閥止轉槽脫出問題，首先通過調整搖臂與閥瓣間的墊片（圖6）厚度進行處理，若止轉槽仍然脫出，則通過焊接方法加長搖臂上的凸出部件，確保其能夠卡入止轉槽。

圖6 大高旋啟式止回閥止轉槽結構

3.止回閥閥瓣質量缺陷

（1） 問 題現(xiàn)象。在研磨大高止回閥閥瓣過程中，維修人員發(fā)現(xiàn)部分止回閥閥瓣存在沙眼、裂紋（圖7）等質量缺陷。

（2） 原 因分析。一般情況下，閥瓣上的沙眼、裂紋缺陷與廠內加工制造有關。

（3）處理措施。將缺陷閥瓣按照不符合項流程進行返廠處理，如不能修復則直接更換新閥瓣。

四、安全殼隔離閥問題及其處理方式

海南核電1#機組安全殼隔離閥為1EBA001/002/003/004/013/014/015/016VA，1ETY003/004/005/006/007/008/009/010VA，生產廠家為江蘇神通閥門股份有限公司，閥門本體為蝶閥結構。

1.閥門密封面缺陷

（1）問題現(xiàn)象。EBA和ETY系統(tǒng)安全殼隔離閥在打壓過程中，發(fā)現(xiàn)密封面泄漏量嚴重超標。檢修人員拆除閥門進出口管道、打開閥門后檢查閥瓣和閥座密封面，發(fā)現(xiàn)密封面上存在不同程度的點坑、劃痕等缺陷（圖8）。

（2）原因分析。閥門關閉操縱前，密封面上的硬質雜質未得到有效清除。

圖7 裂紋缺陷

圖8 閥瓣密封面缺陷（左）和閥座密封面缺陷（右）

（3）處理措施。針對閥瓣密封面缺陷，調整閥瓣壓板的壓緊力矩，即旋緊閥瓣密封面缺陷處所對應的壓板螺母，使得缺陷處的石墨層受擠壓凸出，形成新的密封。如調整后的密封面經打壓測試仍泄漏超標，則更換新的密封圈。針對閥座密封面缺陷，采用研磨砂紙手動研磨處理。

2.閥門銹蝕

（1）問題現(xiàn)象。閥門進出口法蘭及閥體內部均存在不同程度的銹蝕情況，個別閥門的閥座和閥瓣密封面上也存在少量鐵銹（ 圖 9）。

圖9 閥體內部浮銹（左）和閥瓣密封面上粘附的鐵銹（右）

（2）原因分析。閥體及閥瓣除密封面外其材料為碳鋼，海南空氣濕度大、易銹蝕；EBA、ETY系統(tǒng)管路打壓殘留的水未及時清除，濕度超標引發(fā)銹蝕；閥門在設計時，未考慮相關部件的防銹問題。

（3）處理措施。采用除銹劑、鋼絲刷和研磨砂紙對閥門銹蝕部位進行徹底清理，完成后涂抹防銹油進行保護。

五、其他類型閥門問題及其處理方法

除上述閘閥、止回閥和安全殼隔離閥外，在1#機組安全殼C類試驗相關閥門消缺過程中，消缺組還處理了以下幾種缺陷：

（1）VELAN氣動截止閥（1REN102VP）閥桿彎曲處理。缺陷原因可能為閥門關閉力過大、超過閥桿的承壓極限。處理方法為解體閥門、更換閥桿組件，回裝后重新進行打壓試驗。

（2）SEGAULT氣動截止閥（1RIS124VP）手輪銷釘斷裂。西高截止閥手輪與手輪桿之間通過一個安全銷釘進行連接，當操作力大于銷釘的剪切力極限時，銷釘即會被剪斷，其目的是確保閥門密封面不會受力過大而損壞。SEGAULT截止閥銷釘斷裂現(xiàn)象在海核項目中較頻繁，當前的處理方法是更換新銷釘。

（3）蘇閥截至閥內漏處理。安全殼打壓試驗過程中，蘇閥截止閥內漏現(xiàn)象比較普遍，其處理方法是升壓后對內漏截止閥進行反復沖洗，如仍不合格則將缺陷閥門進行返廠檢修。若現(xiàn)場調試工期緊張，可先將2#機組同位號閥門拆借至1#機組使用，后續(xù)再將1#機組返修完畢后的閥門用于2#機組。

（4）蘇閥截止閥填料處外漏處理。部分蘇閥截止閥填料壓蓋擰緊螺母較松，打壓時出現(xiàn)外漏現(xiàn)象。處理方法是根據圖紙要求重新打力矩，若仍外漏則適當提高力矩值。