華龍一號穩(wěn)壓器熱態(tài)安全閥組的特性分析

周海濤 王亞龍

摘要：華龍一號穩(wěn)壓器安全閥實(shí)際上是一個(gè)閥組，安裝于穩(wěn)壓器頂部，它用于反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的超壓保護(hù)，對調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器的正常壓力起重要作用，其包含有超壓保護(hù)、卸壓與系統(tǒng)隔離及惡劣工況下的降壓功能，是保障反應(yīng)堆安全運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：熱態(tài)安全閥;特性分析;故障處理

一、穩(wěn)壓器安全閥介紹

華龍一號機(jī)組穩(wěn)壓器的超壓保護(hù)由三個(gè)安全閥組提供。每組安全閥由兩臺(tái)相似的先導(dǎo)安全閥串聯(lián)安裝而成。

第一組安全閥的釋放容量可保證在電源全部喪失的情況下，RCS系統(tǒng)最大負(fù)荷時(shí)的壓力不超過設(shè)計(jì)壓力。

其余兩組安全閥的釋放容量則是按照全部主蒸汽隔離閥關(guān)閉造成的負(fù)荷完全喪失這個(gè)最嚴(yán)重的超壓工況設(shè)計(jì)的。

在確定安全閥組的數(shù)量以及它們的釋放容量時(shí)，必須允許由于一個(gè)穩(wěn)壓器安全閥組誤開啟引起的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)卸壓。每個(gè)閥組的過大釋放容量也是不推薦的，因?yàn)樵谒矐B(tài)開 始時(shí)它增加了由于快速降壓引起DNB的風(fēng)險(xiǎn)。

二、華龍一號安全閥組特性分析

1.與M310機(jī)組對比，其結(jié)構(gòu)差異分析

福清核電1-4號機(jī)組先導(dǎo)式安全閥基于冷態(tài)解決方案，（如圖1所示）。閥組有獨(dú)立的控制柜?？刂乒裆蟽H有一組R1/R2，閥組隔離閥與安全閥分離，組件體積較大。

福清核電5/6號機(jī)組先導(dǎo)式安全閥基于熱態(tài)解決方案（如圖2所示），熱態(tài)方案的先導(dǎo)閥由壓力探測頭、上三通閥、下三通閥、調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及三通電磁閥五大部分組成，其中上三通閥由雙向分配器R1、R2、球體和頂針組成。其中DCM模塊替代了舊的冷態(tài)方案的控制柜組件，沒有了控制柜及其管路組件，減少了先導(dǎo)箱固定托架、冷凝罐、平衡罐、banjo接頭，專用工具則不需要注水裝置、真空泵，壓力整定試驗(yàn)臺(tái)也從BEAN4試驗(yàn)臺(tái)優(yōu)化為BEAN5試驗(yàn)箱，使得整個(gè)閥門結(jié)構(gòu)更緊湊，體積更小，效率更高且風(fēng)險(xiǎn)更小。也因此控制回路不再需要冷凝水，直接使用一回路介質(zhì)，也不再需要進(jìn)行沖水排氣操作;而且通過FTD組件可以對隔離閥進(jìn)行在線壓力整定。

2.安裝及調(diào)試階段的差異分析：

冷態(tài)方案的穩(wěn)壓器安全閥安裝先導(dǎo)箱時(shí)需要模擬體，以保證脈沖管線banjo接頭與先導(dǎo)箱過濾器以及控制管線與先導(dǎo)箱法蘭間的平行度和同心度。安裝公差控制點(diǎn)多，安裝難度很大。而熱態(tài)方案的先導(dǎo)閥直接安裝在主閥上，所以在利用模擬體定位閥組進(jìn)出口法蘭后，可以直接將閥組/先導(dǎo)閥整體安裝到穩(wěn)壓器上，簡單便捷。

華龍一號穩(wěn)壓器安全閥采用熱態(tài)方案，具體試驗(yàn)操作步驟變化較大，相對于M310機(jī)組減少了“穩(wěn)壓器安全閥故障報(bào)警漏斗水位和脈沖管溫度報(bào)警的邏輯”。除了核查卸壓閥的運(yùn)行正常、驗(yàn)證三組安全閥的卸壓能力、監(jiān)測在全流量工況下隔離閥關(guān)閉的能力、檢查反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的最小壓力、驗(yàn)證安全閥強(qiáng)制開啟時(shí)間這些試驗(yàn)外，還需增加低溫超壓保護(hù)模式下的驗(yàn)證方法;而對于接近或高于設(shè)定壓力的水壓試驗(yàn)，可使用機(jī)械GAG（水壓試驗(yàn)用DCM先導(dǎo)閥機(jī)械鎖定裝置）鎖定DCM防止其在試驗(yàn)期間打開，該裝置集成在閥門本體上，在DCM中的壓力達(dá)到設(shè)定壓力的75%0 / + 10%，該裝置僅稍微用手?jǐn)Q緊即可。

3.采用熱態(tài)安全閥組后，對檢修工作的影響：

華龍一號安全閥組DCM中控制介質(zhì)為一回路水，檢修放射性增大，但華龍一號穩(wěn)壓器安全閥則采用石墨材料和金屬波紋管，相較于1-4號機(jī)組大部分采用的橡膠材料來說，其抗輻射老化和熱老化的能力大幅提升，主閥和先導(dǎo)閥解體檢修周期可由5年延長到10年。且閥門易損件的更換維修次數(shù)減少，維護(hù)需求降低;而且穩(wěn)壓器安全閥組基于模塊化設(shè)計(jì)制造，結(jié)構(gòu)緊湊，檢修解體可模塊化進(jìn)行，檢修方便。

三、熱態(tài)安全閥組故障處理及預(yù)防措施

熱態(tài)方案中，當(dāng)一回路壓力升至0.6MPa時(shí)，發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)閥（DCM）泄壓管線存在線狀流泄漏;該泄漏問題主要是由DCM閥門密封面損壞造成的，經(jīng)與同行電廠（田灣核電）核實(shí)，M310機(jī)組所使用的熱態(tài)安全閥組同樣存在此類問題。參照運(yùn)維手冊及同行電廠經(jīng)驗(yàn)可通過操作電磁三通VHT050對DCM閥門進(jìn)行一次或多次沖洗來消除，如缺陷仍未完全消除，則需要對閥門進(jìn)行拆卸并檢查光盤和座椅表面。

調(diào)試人員對此泄漏進(jìn)行了根本原因進(jìn)，具體如下：

A、機(jī)械損傷，密封面在開閉過程中會(huì)產(chǎn)生擦傷、碰傷、擠傷等損壞。閥門在封閉過程中、閥瓣在回座過程中會(huì)碰傷和擠傷密封面，使密封表面局部磨損或產(chǎn)生壓痕。

B、介質(zhì)的沖蝕，它是介質(zhì)活動(dòng)時(shí)對密封面磨損、沖洗、汽蝕的結(jié)果。介質(zhì)在一定的速度下，介質(zhì)中的浮游細(xì)粒抵觸觸犯密封面，使其造成局部損壞，高速活動(dòng)的介質(zhì)直接沖洗密封面，使其造成局部損壞，介質(zhì)混流和局部汽化時(shí)，產(chǎn)氣憤泡爆破沖擊密封面表面，造成局部損壞。介質(zhì)的沖蝕加之化學(xué)侵蝕交替作用，會(huì)強(qiáng)烈的浸蝕密封面。

C、管道內(nèi)硬質(zhì)雜質(zhì)較多，吹掃清洗不干凈，造成密封面的劃傷，也會(huì)導(dǎo)致閥門內(nèi)漏。

D、閥門的倉儲(chǔ)環(huán)境或安裝環(huán)境較差，造成閥座銹死，內(nèi)部彈簧不起作用，致使閥座和球面不能貼合，引起內(nèi)漏。此種情況只有通過更換閥座或廠家維修才能解決。

F、軟密封閥門的內(nèi)漏也不能排除閥門自身的原因，如閥瓣與閥座不平行、閥座坑洼不平等均會(huì)造成閥門內(nèi)漏。

綜上所述，產(chǎn)生閥門泄漏的原因較多，未避免安全閥組及先導(dǎo)閥（DCM）泄壓管線發(fā)生泄漏，保持較長壽命，需要把握以下幾個(gè)方面：

A、閥門進(jìn)場及時(shí)驗(yàn)收，嚴(yán)格質(zhì)量檢查;進(jìn)場后采取有效措施確保閥門兩端密封良好，法蘭密封面保護(hù)到位。

B、閥門試壓完畢應(yīng)及時(shí)采用氣體吹干內(nèi)部水分，并將兩端封閉。已安裝的管線端部應(yīng)做封閉保護(hù)，避免水汽、灰塵等雜質(zhì)的進(jìn)入。

C、閥門安裝完成后及時(shí)做閥門試驗(yàn)，閥門試驗(yàn)嚴(yán)格按規(guī)范要求執(zhí)行，試驗(yàn)不合格的閥門及時(shí)通知廠家更換，避免責(zé)任不清。

D、切實(shí)加強(qiáng)管道預(yù)制、安裝過程的管理。管道預(yù)制、安裝前要先對管道內(nèi)部進(jìn)行清理，清除管道內(nèi)雜質(zhì);施工過程中，嚴(yán)禁將工具及雜物放到管道中;施工后，管線沖洗應(yīng)徹底，不留死角，確保設(shè)計(jì)的沖洗方式正確，對沖洗壓力、沖洗次數(shù)、沖洗質(zhì)量嚴(yán)格要求。

E、嚴(yán)格控制采購質(zhì)量，加強(qiáng)對供應(yīng)商的管理;加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格執(zhí)行工序檢查，盡量減少閥門內(nèi)漏的發(fā)生。閥門出現(xiàn)內(nèi)漏、關(guān)閉不到位情況時(shí)及時(shí)通知廠家，按廠家要求操作或等待廠家維修人員到現(xiàn)場解決。

總結(jié)：

先導(dǎo)閥是工藝管線上控制介質(zhì)流通的關(guān)鍵部件，華龍一號機(jī)組穩(wěn)壓器所采用的熱態(tài)先導(dǎo)式安全閥發(fā)生卡開的可能性更低，并且閥門在啟跳前密封更好，無前泄發(fā)生，啟跳準(zhǔn)確，回座迅速，閥門整體的可靠性有了很大的提高，保證了在事故工況下閥門能夠可靠地行使其設(shè)計(jì)功能。