人員閘門在福清核電的應(yīng)用和問題分析

馬賢德 梁聰聰 廖亮

摘 要 安全殼是核電站防止放射性物質(zhì)外泄的重要屏障，也是最后一道屏障。人員閘門作為反應(yīng)堆安全殼鋼襯的一部分，其密封性和功能正常對(duì)安全殼意義重大。本文簡(jiǎn)介人員閘門在福清核電的應(yīng)用，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和提出解決建議。

關(guān)鍵詞 人員閘門；應(yīng)用；問題分析；優(yōu)化

中圖分類號(hào) TL4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）162-0187-02

核能的發(fā)展與和平利用是20世紀(jì)最杰出的科技成就之一。我國(guó)核電經(jīng)過20多年的發(fā)展，目前形成了浙江秦山、廣東大亞灣和江蘇田灣3個(gè)核電基地，核電占中國(guó)電力總產(chǎn)量的比例逐年攀升，核電站的安全性也越來越重要。安全殼是核電站防止放射性物質(zhì)外泄的最后一道屏障，發(fā)生事故時(shí)，它可以把大量放射性物質(zhì)隔離在安全殼內(nèi)，避免對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不可接受的影響。人員閘門作為反應(yīng)堆安全殼鋼襯的一部分，其密封性和功能正常對(duì)安全殼意義重大。人員閘門主要功能是在反應(yīng)堆正常運(yùn)行和停堆換料期間，供人員和小型設(shè)備在反應(yīng)堆運(yùn)行或熱停堆時(shí)通過，而不損壞安全殼的密封功能。特殊情況下還具備以下功能：

1）事故情況下，作為人員緊急撤離的出口；2）在冷停堆時(shí)，閘門解除聯(lián)鎖兩個(gè)門同時(shí)打開，作為人員和小型設(shè)備的進(jìn)出通道；3）在安全殼進(jìn)行密封和強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，作為增/減壓艙[ 1 ]。

1 人員閘門應(yīng)用簡(jiǎn)介

1.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

人員閘門包括8m正常閘門和0m應(yīng)急閘門，兩套裝置是一樣的。其由筒體、密封門及其傳動(dòng)、鎖緊、液壓裝置等3部分構(gòu)成，其中筒體直徑約為2 940mm。密封門有內(nèi)、外兩扇，都為內(nèi)壓式，由100mm厚的20HR鋼板制作，高2 200mm，寬1 700mm。門上設(shè)置窺視窗，孔徑為直徑φ200mm，采用雙道環(huán)形圈密封。人員閘門部分筒體埋入安全殼混凝土。人員閘門是安全殼貫穿件，屬于核安全2級(jí)（MC級(jí)設(shè)備）、抗震類別為I級(jí)的設(shè)備[2]。

1.2 操作簡(jiǎn)介

在反應(yīng)堆正常運(yùn)行工況及異常運(yùn)行工況期間，任何一扇門都應(yīng)能確保安全殼壓力邊界該部位的完整性和密封性，在事故工況時(shí)，應(yīng)能確保安全殼壓力邊界該部位的密封性。在正常情況下，通過操作，可實(shí)現(xiàn)密封門的開啟和關(guān)閉。為了保證安全殼的密封性和完整性，必須保證有一個(gè)密封門是關(guān)閉的[ 3 ]。

操作方式有手動(dòng)和電動(dòng)2種，正常情況為電動(dòng)操作，緊急情況下可使用手動(dòng)操作開關(guān)人員閘門。電動(dòng)操作臺(tái)共有3個(gè)，分別在安全殼外、艙內(nèi)和安全殼內(nèi)，每個(gè)操作臺(tái)均可操作內(nèi)部密封門和外部密封門。

在電動(dòng)機(jī)構(gòu)失效情況下，使用手動(dòng)操作，共有4個(gè)操作手輪，外密封門的內(nèi)外各有1個(gè)手輪操作外密封門，內(nèi)密封門同樣如此。

密封門開啟的操作程序包括如下動(dòng)作：1）壓力平衡機(jī)構(gòu)動(dòng)作，平衡閥板開啟，延時(shí)5s使壓力平衡；2）解除鎖緊，鎖緊栓從鎖緊支架中退出；3）連鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作，鎖閉另一側(cè)門；4）解除鎖緊動(dòng)作完成，頂升機(jī)構(gòu)動(dòng)作，門被頂起；5）升降門階在彈簧作用下上升；6）門旋轉(zhuǎn)開啟。在自動(dòng)操作狀態(tài)下，開門的時(shí)間約為34s，其中未包括壓力平衡時(shí)延遲的5s。

2 常見問題分析及處理方法

人員閘門承擔(dān)著安全殼密封和人員進(jìn)出的作用，人員閘門故障可能會(huì)導(dǎo)致安全殼密封性破壞，或者人員無法正常進(jìn)出安全殼，尤其是人員被困在安全殼或艙內(nèi)時(shí)，有過度輻射和窒息風(fēng)險(xiǎn)。在福清核電調(diào)試和運(yùn)行期間，人員閘門曾多次出現(xiàn)問題，有設(shè)計(jì)缺陷，有機(jī)械故障，也有操作不當(dāng)，對(duì)人員進(jìn)出造成了不良影響。下面對(duì)人員閘門操作時(shí)經(jīng)常遇到的幾個(gè)問題進(jìn)行分析并提出解決措施。

2.1 電動(dòng)操作時(shí)密封門無法關(guān)嚴(yán)

電動(dòng)操作關(guān)門時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)密封門關(guān)閉并執(zhí)行后續(xù)的下降和鎖緊動(dòng)作，但由于門體慣性較大，在關(guān)閉瞬間會(huì)反彈回來，導(dǎo)致后續(xù)自動(dòng)動(dòng)作無法進(jìn)行。閘門本身設(shè)置的卡緊裝置基本無效果。經(jīng)與廠家確認(rèn)此為設(shè)計(jì)問題，同行電廠人員閘門也存在此問題。

解決措施：人員閘門關(guān)門時(shí)，必須先用手把門關(guān)嚴(yán)，再按下關(guān)門按鈕進(jìn)行鎖緊。關(guān)門時(shí)應(yīng)盡量輕緩，以免造成密封門反彈。

建議優(yōu)化：優(yōu)化卡緊裝置，密封門和門框安裝電磁吸合器，利用強(qiáng)大的電磁吸合力保證密封關(guān)閉時(shí)不會(huì)反彈出去。吸合器的動(dòng)作時(shí)間由繼電器進(jìn)行控制，保證不影響密封門的其他動(dòng)作。

2.2 人員閘門有尖銳異音且手輪跟著轉(zhuǎn)

電動(dòng)操作時(shí)人員閘門有尖銳異音且手輪跟著轉(zhuǎn)，這是因?yàn)槭謩?dòng)離合器沒有完全脫開，主要原因是手動(dòng)離合器間隙偏小。

處理方法：出現(xiàn)這種狀況對(duì)設(shè)備損害較大，應(yīng)立即按下“停止”按鈕，并按“手動(dòng)”“自動(dòng)”按鈕切換幾次，讓離合器完全脫開后才可以繼續(xù)操作。后續(xù)應(yīng)提缺陷工單，由維修機(jī)械人員來調(diào)整手動(dòng)離合器間隙。

這種情況下手輪跟著轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速非?？?，存在傷人風(fēng)險(xiǎn)，所以在操作時(shí)人員應(yīng)遠(yuǎn)離手輪、傳動(dòng)軸、鏈條等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，以免受到傷害。

2.3 手自動(dòng)操作失靈

自動(dòng)操作沒有反應(yīng)，手動(dòng)操作也沒反應(yīng)，這種情況主要原因：操作不當(dāng)導(dǎo)致超力矩保護(hù)動(dòng)作，安全離合器脫開。

處理方法：切到手動(dòng)，反向或正向搖手輪多搖幾圈，聽到“咔”的一聲即安全離合器已經(jīng)復(fù)位，可以繼續(xù)正常操作了。若不行的話手自動(dòng)切換一下，手動(dòng)多搖幾圈。

自動(dòng)操作不了的情況還可能是因?yàn)闆]有運(yùn)行許可信號(hào)，應(yīng)聯(lián)系主控。

2.4 密封門無法推動(dòng)

故障現(xiàn)象是門體轉(zhuǎn)不動(dòng)，手動(dòng)電動(dòng)均無動(dòng)作，8m閘門內(nèi)門出現(xiàn)過這種狀況。廠家人員檢查后發(fā)現(xiàn)是傳動(dòng)法蘭卡死，拆開后發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)法蘭已損壞，拿備件加工更換后，閘門恢復(fù)正常。

處理方法：遇到這種情況，先檢查門前后有無障礙物阻擋，沒有的話可能就是傳動(dòng)軸卡死，提缺陷工單由維修機(jī)械人員處理。

2.5 密封門門體未到位動(dòng)作導(dǎo)致門被卡住

當(dāng)人員閘門聯(lián)鎖未投入，外密封門是開的，此時(shí)如果安全殼內(nèi)是負(fù)壓，在內(nèi)密封門門體兩側(cè)有較大壓差，平衡閘板打開不足以平衡壓差，門體受較大壓力，在門體提升起來但還未完全提到位時(shí)，在壓差力的作用下，提前旋轉(zhuǎn)打開，由于沒有完全提升起來，門體會(huì)被地板卡住，且此時(shí)門體插銷脫開，門體由提升模式轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)模式，門體無法提升，導(dǎo)致密封門卡在那里。8m閘門內(nèi)門出現(xiàn)過多次這種情況。防止這種情況發(fā)生的辦法是，在開啟內(nèi)門前，先把外門關(guān)嚴(yán)（用手頂住，只關(guān)嚴(yán)不鎖緊），這樣在開內(nèi)門的時(shí)候門體就不會(huì)受很大的力，可以正常開啟了。內(nèi)門關(guān)閉時(shí)會(huì)因?yàn)閴翰盍Φ淖饔脽o法自動(dòng)關(guān)閉。此為設(shè)計(jì)問題，未考慮特殊情況下安全殼負(fù)壓對(duì)密封門的作用力。

解決辦法有2個(gè)：

一是將門體中間部位的插銷頂進(jìn)去（或是將門關(guān)嚴(yán)使插銷頂進(jìn)去），使棘輪棘爪脫開（不然轉(zhuǎn)動(dòng)就傳不到提升裝置），然后切到手動(dòng)，往開的方向搖，使門完全提起來，就恢復(fù)正常了；二是用長(zhǎng)螺絲刀或鋼條，插入門后中間部位的萬向節(jié)傳動(dòng)軸上，向下扳使傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)提示裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，使門完全提起。

將插銷頂進(jìn)去，棘輪棘爪脫開，傳動(dòng)軸切換到提升裝置，使門體提升到位就可以正常開啟了。正常提升到位的話，綠框內(nèi)只有約3圈螺紋。

建議優(yōu)化：設(shè)計(jì)時(shí)考慮負(fù)壓對(duì)密封門的作用力及其對(duì)門體動(dòng)作的影響，進(jìn)行優(yōu)化。

3 結(jié)論

人員閘門在機(jī)組正常運(yùn)行和換料停堆期間都有著非常重要的作用，本文對(duì)人員閘門在福清的應(yīng)用和產(chǎn)生的問題進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)人員閘門在設(shè)計(jì)上存在門體反彈等問題，制造和調(diào)試也對(duì)閘門質(zhì)量影響很大。通過優(yōu)化操作方式可解決部分問題，但從設(shè)備可靠性和自動(dòng)化來講，還需從設(shè)計(jì)上解決根本問題。

參考文獻(xiàn)

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[2]錢浩.核電站安全殼人員閘門應(yīng)力分析[J].力學(xué)季刊，2009（4）：638-644.

[3]沈勇堅(jiān).核電廠人員閘門傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì).上海：機(jī)械工程師，2015（7）：244-246.