主蒸汽隔離閥常見問題及應(yīng)對措施

胡文盛,謝祖妙,張瀟宇

(福建福清核電有限公司,福建 福清 350318)

主蒸汽隔離閥 (簡稱MSIV)是核電廠關(guān)鍵安全級設(shè)備，其主要功能有:1)任何位置的蒸汽管道或給水管道破裂后，主蒸汽隔離閥能在5 s內(nèi)截斷任一方向的蒸汽流，以維持反應(yīng)堆冷卻劑溫度和安全殼壓力在可接受范圍內(nèi);2)反應(yīng)堆處于熱停堆狀態(tài)時，主蒸汽隔離閥用來進行系統(tǒng)隔離，便于下游設(shè)備的檢修;3)主蒸汽隔離閥及其上游管線是安全殼的自然延伸，起到第三道屏障的作用。

在某核電廠調(diào)試運行過程中，主蒸汽隔離閥出現(xiàn)無法開啟、油壓低、油壓無法保持、氣動泵頻繁動作等問題，影響機組調(diào)試和安全穩(wěn)定運行。

1 主蒸汽隔離閥簡介

1.1 結(jié)構(gòu)

某核電廠主蒸汽隔離閥由閥體和執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成。閥體為楔式雙閘板閘閥，閥體閥蓋采用壓力自密封結(jié)構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)為氣液聯(lián)動結(jié)構(gòu)，液壓驅(qū)動閥門開啟;頂部半圓形腔室充滿氮氣，用作永不失效的彈簧，提供主蒸汽隔離閥快速關(guān)閉所需動力。執(zhí)行機構(gòu)液壓加壓裝置為氣動增壓泵，泄壓回路設(shè)計有A、B兩列冗余。

1.2 工作原理

閥門具有開啟、慢關(guān)、快關(guān)、局關(guān)四種動作模式。泵側(cè)和非泵側(cè)為冗余設(shè)計，以泵側(cè)為例，閥門具體動作過程如下:

(1)開啟模式:電磁閥117得電，其他電磁閥保持失電狀態(tài)。電磁閥117得電，壓縮空氣驅(qū)動氣動泵開始動作，克服執(zhí)行機構(gòu)頂部的氮氣壓力及摩擦力提升執(zhí)行機構(gòu)推桿，使閥門開啟。

圖1 MSIV工作原理圖Fig.1 The working principle of MSIV

(2)快關(guān)模式:電磁閥117失電，電磁閥2-89得電，其他電磁閥保持失電狀態(tài)。電磁閥117失電，氣動泵立即停運;電磁閥2-89得電，差壓閥2-28開啟，液壓油快速泄放至油箱，實現(xiàn)閥門快關(guān)，快關(guān)時間不大于5 s。

(3)慢關(guān)模式:電磁閥117失電，電磁閥2-10和2-89得電，其他電磁閥保持失電狀態(tài)。電磁閥117失電，氣動泵停運;電磁閥2-10得電，將節(jié)流閥2-50置于節(jié)流狀態(tài)，位置開關(guān)2-27A在2-50置于節(jié)流狀態(tài)后反饋信號并聯(lián)鎖電磁閥2-89得電，液壓油通過節(jié)流閥2-50泄放至油箱，實現(xiàn)閥門慢關(guān)，慢關(guān)時間約為1～3 min。

(4)局關(guān)模式:在機組運行期間，需要定期對主蒸汽隔離閥進行90%開度動作試驗，以驗證閥門動作是否正常。動作試驗前將閥門切換到試驗狀態(tài)，動作過程與慢關(guān)相同，但90%開度限位開關(guān)被觸發(fā)后，連鎖2-89失電及117得電，阻止進一步泄壓，并使閥門全開。

2 常見缺陷及應(yīng)對措施

2.1 主蒸汽隔離閥無法開啟

2.1.1 問題描述

汽輪機非核沖轉(zhuǎn)前，暖管后MSIV前后壓差小于0.3 MPa，滿足開閥要求。但主控觸發(fā)開閥指令后，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)3臺MSIV均無法開啟。動作過程中，發(fā)現(xiàn)電磁閥117得電后，氣泵開始運行，但換氣頻率逐漸降低，油壓達到2600 psi(1 psi=6.895 kPa)左右時氣泵逐漸停止運行，閥門無法開啟。

2.1.2 原因分析

根據(jù)氣動增壓泵的增壓比，2600 psi油壓對應(yīng)氣動泵入口壓空壓力 (即壓空減壓閥后壓力)約為43 psi，低于50.3 psi的標準氣壓。氣動增壓泵的進氣壓力偏低，導(dǎo)致液壓回路壓力不足，執(zhí)行機構(gòu)液壓提升力不足，無法克服閘板與閥座之間的摩擦力，進而閥門無法正常開啟。

對比發(fā)現(xiàn)，主蒸汽隔離閥在冷、熱態(tài)期間的壓空減壓閥出口壓力均有降低。減壓閥為鋁合金材質(zhì)活塞式壓力調(diào)節(jié)閥，出口壓力由主彈簧壓縮量決定，即減壓閥出口壓縮空氣推動活塞克服主彈簧力，當出口壓空作用在活塞上的力與主彈簧力相等時，閥芯受底部小彈簧力作用向上運動，最終減壓閥關(guān)閉?；钊捎肙型圈密封，潤滑脂潤滑。解體檢查減壓閥，發(fā)現(xiàn)潤滑脂存在變質(zhì)現(xiàn)象，并且活塞缸存在磨損、卡塞。

表1 減壓閥設(shè)定值記錄表Table 1 The record sheet of pressure relief valve settings

圖2 減壓閥解體Fig.2 Disassembly of the pressure relief valve

2.1.3 措施及效果

該型號的壓空減壓閥在運行期間普遍容易磨損、卡澀，造成閥后壓力降低，導(dǎo)致氣動泵動力不足，閥門無法正常開啟。

當前臨時處理方法是清理打磨活塞缸，重新添加潤滑脂，可以緩解卡澀和壓力低飄問題。

為從根本上解決壓空減壓閥磨損卡澀問題，該核電廠正在進行物項替代工作，目前已在4號機組實施，初步驗證功能良好，待長期跟蹤效果。

2.2 主蒸汽隔離閥油壓低

2.2.1 問題描述

2017年8月22日，主蒸汽隔離閥4VVP003VV局關(guān)試驗后，4VVP003VV開啟油壓為2800 psi，3 min后發(fā)現(xiàn)油壓降至2650 psi，8月23日油壓則穩(wěn)定在2700 psi。8月24日，4VVP003VV油壓降至2500 psi，調(diào)高壓空減壓閥定值，油壓因此升至2900 psi，但在5 min內(nèi)降至2500 psi，并最終穩(wěn)定在2650 psi。8月25日14:30，對4VVP003VV主蒸汽隔離閥B列進行局關(guān)試驗，開閥時油壓達到2900 psi后10 s內(nèi)降至2600 psi。

主蒸汽隔離閥油壓低點接近低報值，如長期偏低，存在閥門誤關(guān)、機組非計劃停機停堆風險。

2.2.2 原因分析

2017年8月25日16:30，對4VVP003VV主蒸汽隔離閥A、B列泄油回路進行排查，發(fā)現(xiàn)B列泄油回路存在以下異?，F(xiàn)象:關(guān)閉B列泄油回路隔離閥4VVP333VH，油壓沒有明顯變化;開啟B列泄油回路隔離閥，油壓在6 min內(nèi)從3180 psi降至3010 psi后穩(wěn)定不變。

根據(jù)以上現(xiàn)象判斷B列泄油回路在油路壓力較高時存在內(nèi)漏，即差壓閥4VVP273DR和(或)電磁閥4VVP273EL、4VVP283EL內(nèi)漏。

圖3 MSIV B列泄漏通道Fig.3 MSIV B column leak channel

如圖4所示，差壓閥4VVP273DR主要靠先導(dǎo)油壓保持密封，彈簧力較小，如果該閥密封面損壞或彈簧力不足，則會持續(xù)泄漏。同理，如果電磁閥4VVP273/283EL的密封面損傷，油系統(tǒng)會持續(xù)泄漏無法保壓，因此判定電磁閥4VVP273/283EL彈簧力不足。

圖4 差壓閥工作原理Fig.4 The working principle of the differential pressure valve

對電磁閥進行失磁密封性試驗，發(fā)現(xiàn)主電磁閥4VVP273EL功能完好，而試驗電磁閥4VVP283EL，泄漏率約為5 bar/min(泄漏率兩分鐘后即維持不變)，超出≤1.5 bar/5 min的合格標準。

圖5 試驗電磁閥283EL泄漏通道Fig.5 The leakage channel of the test solenoid valve 283EL

2.2.3 措施及效果

更換試驗電磁閥4VVP283EL后，開啟主蒸汽隔離閥后油壓不再異常降低，判定合格。

目前，該核電廠已制定電磁閥測試預(yù)防性維修項目，頻度為一個換料周期，確保電磁閥可靠性。

2.3 氣動泵頻繁動作

2.3.1 問題描述

某核電廠主蒸汽隔離閥4VVP002VV開啟到位后，其配套供油的氣動泵4VVP022PO仍在持續(xù)動作，且在動作過程中存在頻率不一的 “咔咔”聲。氣動泵頻繁動作會造成泵密封件磨損，泵降級失效，主蒸汽隔離閥在進行月度局部關(guān)閉試驗后將無法全開，影響機組效率;閥門全開運行期間如漏油泄壓，氣動泵將無法供油補償，造成主蒸汽隔離閥意外關(guān)閉，機組非計劃停堆。

2.3.2 原因分析

如圖6所示，根據(jù)主蒸汽隔離閥工作原理，氣動泵4VVP022PO持續(xù)動作的原因可能如下:1)氣動泵本體故障;2)泄壓回路存在漏點，油壓降低后氣動泵動作以維持油壓穩(wěn)定;3)進油管線存在漏點，油壓降低后氣動泵動作以維持油壓穩(wěn)定。

(1)氣動泵故障排查

拆除氣動泵4VVP022PO濾網(wǎng)，泵動作時活塞桿上下移動，說明泵在真實泵油，表明液壓回路存在泄漏，油壓下降后，泵啟動增壓泵油以穩(wěn)定油壓，且泵功能正常。聽音確定泵體內(nèi)部有“咔咔”異音，表明泵體內(nèi)部可能存在異?？?、磨損，需解體檢查。

(2)泄壓回路泄漏排查

緩慢關(guān)閉氣動泵的供氣隔離閥4VVP205VA，氣動泵停止動作，觀察液壓回路油壓4VVP228LP讀數(shù)為3700 psi，持續(xù)20 min未見降低，判斷止回閥4VVP242VH下游管線無泄漏，可排除泄壓回路泄漏可能。

(3)進油管線泄漏排查

綜合泵故障排查和泄壓回路泄漏排查，確定進油管線存在外漏，即管線接頭存在泄漏 (布置在油箱內(nèi)，日常不可見)。

2.3.3 措施及效果

(1)臨時措施

解體主蒸汽隔離閥的油箱時發(fā)現(xiàn)，油箱蓋板被旁邊的鋼梁嚴重擠壓變形，油箱蓋板連接螺栓難以拆除。部分切除油箱蓋板后，發(fā)現(xiàn)泵的出口接頭漏油，造成油路壓力下降，泵頻繁動作以穩(wěn)定油壓。進一步解體氣動泵發(fā)現(xiàn)，活塞缸存在多道磨損劃痕。

進一步分析認為，油箱蓋板與鋼梁嚴重干涉所產(chǎn)生的應(yīng)力傳導(dǎo)至泵體及其活塞桿，造成泵的出口接頭松動漏油、活塞桿與活塞不對中而卡澀磨損，鋼梁與油箱蓋板干涉是主蒸汽隔離閥氣動泵頻繁動作的根本原因。修復(fù)氣動泵后，不再產(chǎn)生頻繁動作和異音現(xiàn)象。

圖6 4VVP002VV油路、氣路圖Fig.6 4VVP002VV oil and gas circuits

圖7 氣動泵結(jié)構(gòu)Fig.7 Structure of the pneumatic pump

(2)永久措施

某核電廠3號機組通過對鋼梁所在鋼平臺進行變更改造，鋼梁與油箱蓋板間的距離變化如圖9所示。

從圖9可見，機組到達熱停堆平臺后，主蒸汽隔離閥油箱與鋼梁距離幾乎不變;此外，兩者至少應(yīng)有6 cm的距離，才能保證機組啟動后鋼梁不會對閥門產(chǎn)生干涉應(yīng)力，保障主蒸汽隔離閥和機組的安全穩(wěn)定運行。

圖8 現(xiàn)場干涉及泵異常情況Fig.8 Site interference and pump abnormal conditions

圖9 3號機組鋼梁改造后MSIV油箱蓋板與鋼梁距離Fig.9 Distance between the MSIV fuel tank cover plate and steel beam after modification of the steel beam of Unit 3

3 結(jié) 語

主蒸汽隔離閥出現(xiàn)無法開啟、油壓低、油壓無法保持、氣動泵頻繁動作是現(xiàn)場較為常見的問題，影響閥門的可靠性和機組安全穩(wěn)定性。當前國內(nèi)絕大部分M310機組和 “華龍一號”機組的主蒸汽隔離閥結(jié)構(gòu)原理與該電廠類似，綜合上述問題分析和處理，主蒸汽隔離閥在設(shè)計、安裝和運維過程中需注意以下事項:

1)壓空減壓閥容易出現(xiàn)磨損、卡澀問題，影響氣動增壓泵出力，導(dǎo)致主蒸汽隔離閥無法開啟，需進行選型優(yōu)化;

2)電磁閥應(yīng)設(shè)置定期進行測試預(yù)防性維修項目，避免因密封性不合格而內(nèi)漏，主蒸汽隔離閥因油壓過低而誤差;

3)主蒸汽隔離閥安裝時需考慮閥門與周邊構(gòu)筑物的距離要求，避免熱態(tài)工況下閥門干涉受損。