核電站運行期間SAR612VA逆止閥內(nèi)漏的影響及解決方案的探討

陳 軍，陳 光

(中廣核工程有限公司，廣西 防城港 538003)

核電站運行期間SAR612VA逆止閥內(nèi)漏的影響及解決方案的探討

陳 軍，陳 光

(中廣核工程有限公司，廣西 防城港 538003)

本文介紹了核電站運行期間核島RX廠房內(nèi)的儀用壓縮空氣SAR003BA貯氣罐進口逆止閥SAR612VA密封不嚴出現(xiàn)內(nèi)漏時，對機組安全運行及安全殼泄漏監(jiān)測系統(tǒng)帶來的影響。并針對這一現(xiàn)象在不影響機組正常運行的情況下，尋求其解決方案。

核電站；儀用壓縮空氣；逆止閥內(nèi)漏

儀用壓縮空氣分配系統(tǒng)作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要動力源之一，其安全性高、調(diào)節(jié)性好、傳輸便利等優(yōu)點在國內(nèi)現(xiàn)有在建和運行核電站中得到了廣泛應(yīng)用。其主要用于提供機組氣動裝置所需要的壓縮空氣，它的安全性、可靠性直接關(guān)系著機組安全運行。在我國核電站實際運行過程中曾出現(xiàn)過反應(yīng)堆廠房儀用壓縮空氣逆止閥SAR612VA內(nèi)漏現(xiàn)象，關(guān)系到機組的安全運行，導致機組狀態(tài)被迫停滯或后撤，造成了一定的經(jīng)濟損失。因此本文針對這一現(xiàn)象，對逆止閥SAR612VA內(nèi)漏給機組狀態(tài)帶來的影響作了全面的闡述，并給出在不影響機組正常運行情況下的解決方案，對后續(xù)核電站的運行、維修具有重要的指導意義。

1 儀用壓縮空氣系統(tǒng)概況

核電站儀用壓縮空氣系統(tǒng)(SAR)分為常規(guī)島、BOP和核島三部分。由于核島大部分用氣裝置都與核安全有關(guān)，所以核島部分的供氣優(yōu)先于常規(guī)島、BOP部分。核島SAR系統(tǒng)分為RX廠房外及RX廠房內(nèi)兩部分，每一個反應(yīng)堆廠房入口各設(shè)置一臺流量計SAR001MD以監(jiān)測RX廠房用氣量。廠房內(nèi)各安裝一個安全級壓縮空氣貯氣罐SAR003BA，并在進氣管上各設(shè)置一個止回閥，其所儲存的氣體量足以滿足RCV系統(tǒng)的控制閥在冷停堆的過程中24h正常運行，使反應(yīng)堆達到冷停堆狀態(tài)。用氣裝置包括：RCV系統(tǒng)氣動卸壓閥、RCV-RRA系統(tǒng)連接閥、穩(wěn)壓器輔助噴淋閥。在全廠儀用壓縮空氣失去的工況下，SAR003BA貯氣罐進口逆止閥SAR612VA自動將貯氣罐與外圍管網(wǎng)隔離，以保證SAR003BA向RCV系統(tǒng)控制閥持續(xù)供氣至冷停堆。相關(guān)流程簡圖如圖1所示。

圖1 RX廠房SAR流程簡圖Fig.1 Simplifized flow of compressed air system in RX bulding

2 SAR612VA逆止閥內(nèi)漏的影響

2.1 對機組安全運行的影響

RX廠房儀用壓縮空氣分配系統(tǒng)是與核安全無關(guān)的系統(tǒng)，不執(zhí)行核安全功能。然而，某些安全相關(guān)系統(tǒng)的臨時運行需要壓縮空氣，為保證這些系統(tǒng)運行的各種工況，特別是在主蒸汽管道破裂后安全停堆并維持安全狀態(tài)。采用了安全3級貯氣罐SAR003BA向其提供儀用壓縮空氣，且與之相連的管道及相關(guān)閥門也都是安全3級，其中包括逆止閥SAR612VA。因此SAR612VA逆止閥的內(nèi)漏與機組安全運行直接相關(guān)。

在機組正常運行工況下，儀用壓縮空氣分配系統(tǒng)管網(wǎng)壓力會隨著空壓機的加卸載在設(shè)定值范圍內(nèi)不斷波動。當外圍管網(wǎng)壓力下降時，逆止閥SAR612VA因上下游存在壓差自動關(guān)閉，將SAR003BA與上游管道隔離。SAR003BA貯氣罐壓力基本維持在核電站整個壓縮空氣分配系統(tǒng)管網(wǎng)壓力的上限值左右[假設(shè)壓縮空氣管網(wǎng)壓力設(shè)定值在7.8～9.0bar(g)，則SAR003BA貯氣罐壓力為8.8bar(g)]，RCV系統(tǒng)的控制閥由SAR611VA管線直接供給儀用壓縮空氣。一旦全廠失去壓縮空氣或者LOCA事故下反應(yīng)堆安全殼隔離，RX廠房失去壓縮空氣，RCV系統(tǒng)的控制閥改由SAR003BA貯氣罐經(jīng)減壓閥SAR610VA[設(shè)定值為6.0bar(g)]供氣，直至機組冷停堆。此時若SAR612VA出現(xiàn)密封不嚴內(nèi)漏情況，SAR003BA貯氣罐通過該路管線反向給RX廠房其他系統(tǒng)控制閥供氣，導致壓力迅速下降，無法滿足RCV系統(tǒng)的控制閥在冷停堆的過程中24h正常運行，直接影響到機組的安全。

2.2 對安全殼泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的影響

安全殼作為核電站第三道屏障，必須要有足夠的密封性，以避免事故時過量的放射性物質(zhì)逸出安全殼。所以在反應(yīng)堆正常運行期間，必須在線監(jiān)測安全殼的泄漏量(QLD)，其計算公式如下：

式中的QSAR由每一個反應(yīng)堆廠房入口流量計SAR001MD測得，安全殼監(jiān)測系統(tǒng)每2s采集流量數(shù)據(jù)，以半小時平均值計算。因此流量測量誤差會對安全殼泄漏率計算帶來直接影響。QSAR測量值偏大，則QLD數(shù)值偏小，可能出現(xiàn)誤判安全殼泄漏的情形；QSAR測量值偏小，則QLD數(shù)值偏大，有可能掩蓋了安全殼泄漏較大的情況。所以QSAR流量值的正確性是分析判斷安全殼是否泄漏最基本保證。

機組正常運行工況下，由于RX廠房內(nèi)各系統(tǒng)控制閥不斷用氣，流經(jīng)SAR001MD的流量一般維持在5～10Nm3/h之間波動，其曲線如圖2所示。若SAR612VA出現(xiàn)內(nèi)漏，當外圍管網(wǎng)壓力下降時，空壓機處于卸載狀態(tài)，SAR003BA貯氣罐反向給RX廠房其他系統(tǒng)控制閥供氣。此時RX廠房內(nèi)管網(wǎng)壓力相比RX廠房外圍管網(wǎng)壓力下降慢、壓力高，導致SAR433VA逆止閥上下游存在壓差自動關(guān)閉，SAR001MD流量瞬時為0Nm3/h。當空壓機重新加載時管網(wǎng)壓力逐漸上升，高于RX廠房內(nèi)壓力SAR433VA逆止閥開啟，SAR001MD流量瞬時突增約40～60Nm3/h，曲線如圖3所示。此類流量數(shù)據(jù)并不能反映氣體進入RX廠房的真實流量，且大幅度波動超出SEXTEN2系統(tǒng)所需要的流量數(shù)據(jù)范圍，導致安全殼泄漏率在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)點QLD偏離原先的擬合曲線，此時監(jiān)測系統(tǒng)會出現(xiàn)“不可利用的日數(shù)據(jù)點(泄漏率有輕微的變化)”提示，安全殼泄漏監(jiān)測系統(tǒng)不可用。根據(jù)核電廠運行規(guī)程要求，機組狀態(tài)臨界后5日內(nèi)必須投運安全殼泄漏率在線監(jiān)測系統(tǒng)，若不能滿足要求，則機組后撤至冷停堆查找原因。更進一步影響機組安全、經(jīng)濟運行。

圖2 SAR001MD正常流量曲線Fig.2 Normal flow curve of SAR001MD

圖3 SAR001MD異常流量曲線Fig.3 Abnormal flow curve of SAR001MD

3 解決方案

基于SAR612VA逆止閥內(nèi)漏對機組安全、經(jīng)濟運行存在的影響，故必須第一時間消除該閥門內(nèi)漏缺陷。從流程簡圖中可以看出，由于正常維修SAR612VA需要隔離RX廠房進氣總閥，則RX廠房失去儀用壓縮空氣，機組需退至冷停堆狀態(tài)。對于處在運行狀態(tài)的核電站機組來說這無疑會造成一定的經(jīng)濟損失。因此為確保機組安全運行，且在保證機組狀態(tài)不后撤的情況下，研究制定相應(yīng)的臨時運行方案和特殊維修措施應(yīng)當為核電站的首選。本文從逆止閥SAR612VA故障產(chǎn)生原因、壓縮空氣工藝要求、缺陷消除及時性、現(xiàn)場實際環(huán)境等方面著手，重點介紹了三種解決方案。

3.1 采用降壓吹掃逆止閥及管線

考慮到造成逆止閥SAR612VA密封不嚴內(nèi)漏的原因可能來自于壓縮空氣系統(tǒng)管道內(nèi)帶入了鐵屑或其他細小異物等雜質(zhì)，阻擋了逆止閥閥芯自由升降，使閥芯回座不到位出現(xiàn)密封不嚴的現(xiàn)象。此種情況下可采用簡易的降壓吹掃逆止閥及相關(guān)管線的方案。根據(jù)流程簡圖1，關(guān)閉SAR003BA貯氣罐進口隔離閥SAR309VA，打開貯氣罐底部排污閥SAR310VA將貯氣罐壓力泄至0 bar(g)，待管網(wǎng)壓力升至最高點時，迅速開啟SAR309VA，對逆止閥SAR612VA進行反復吹掃，直至閥門能徹底密封關(guān)閉。其優(yōu)點為：無需隔離維修、工藝簡單、響應(yīng)及時、不會造成壓縮空氣管網(wǎng)失氣。但該方案僅適用于逆止閥閥芯因壓縮空氣系統(tǒng)帶入雜質(zhì)阻擋，回座不到位導致密封不嚴的故障。

3.2 增加臨時旁路管線

綜合考慮到儀用壓縮空氣品質(zhì)高、露點低、干燥等特點，在機組正常運行狀態(tài)下SAR003BA貯氣罐底部排污閥SAR310VA幾乎無需開啟定期排污，且不會因為檢修工作開啟排空SAR003BA罐內(nèi)氣體。故可在SAROO3BA貯氣罐底部排污閥SAR310VA與進氣主管道上的貫穿件試驗隔離閥SAR578VA之間增加一路帶有與SAR612VA同類型逆止閥的臨時旁路管線，臨時取代SAR612VA所在管線作為SAR003BA貯氣罐進氣主管線的功能，如圖4所示。投入運行時，將進氣隔離閥SAR309VA關(guān)閉，開啟臨時旁路管線上的隔離閥SAR310VA、SAR578VA，由臨時管線向SAR003BA供氣。待機組停運后正常維修處理SAR612VA內(nèi)漏缺陷，并將此臨時管線拆除，恢復SAR612VA所在管線進氣功能。經(jīng)過現(xiàn)場實地測量、管線布置空間、氣體流量要求、抗震等級要求等方面的計算，該方案可以解決逆止閥SAR612VA內(nèi)漏帶來的影響，保證機組臨時正常運行。

方案優(yōu)點：無需隔離進氣主閥，不會導致RX廠房失去儀用壓縮空氣，對機組正常運行幾乎無影響。

方案缺點：(1) 由于SAR003BA貯氣罐所在位置距離SAR578VA所在位置較遠，需要合理布置臨時管線的走向，備有足夠長的不銹鋼管道備件；(2) 需出版安裝等軸圖；(3) 工作量大、耗材多、工期較長、響應(yīng)時間較慢。

圖4 臨時旁路管線示意圖Fig.4 Schematic diagram of temporary bypass pipeline

3.3 增加臨時逆止閥

結(jié)合SAR612VA所在管線上閥門的抗震等級要求，經(jīng)過現(xiàn)場實際測量、比對進氣隔離閥SAR309VA與SAR003BA貯氣罐之間的前后管線距離、抗震分析計算等各項評估，可在進氣隔離閥SAR309VA與SAR003BA貯氣罐之間水平管道上增加一臺與SAR612VA同類型的臨時逆止閥。該方案只需關(guān)閉與SAR003BA貯氣罐相連的閥門SAR309VA、SAR720VA，將SAR003BA貯氣罐臨時隔離出來進行安裝施工，如圖5所示。待機組停運后正常維修處理SAR612VA內(nèi)漏，拆除臨時逆止閥，恢復系統(tǒng)原有設(shè)計流程。該方案已在防城港核電站1號機組實踐，并取得了良好的效果。

方案優(yōu)點：(1) 無需隔離進氣主閥，不會導致致RX廠房失去儀用壓縮空氣。僅SAR003BA貯氣罐短時間的失氣，對機組正常運行幾乎無影響；(2) 工藝簡單、工作量少、工期短、響應(yīng)及時。

方案缺點：(1) 需要足夠的閥門安裝空間；(2) 需要抗震分析計算；(3) SAR003BA貯氣罐短時間內(nèi)失氣不可用，失去其事故工況下的特有功能。

圖5 新增逆止閥示意圖Fig.5 Schematic diagram of added non-return valve

4 結(jié)束語

綜上所述，核電站RX廠房內(nèi)儀用壓縮空氣分配系統(tǒng)的逆止閥SAR612VA，在機組安全運行過程中有著至關(guān)重要的作用。若其運行期間出現(xiàn)內(nèi)漏將直接影響到：一是機組在RX廠房失去儀用壓縮空氣事故工況下不能安全后撤至冷停堆狀態(tài)。二是安全殼泄漏率監(jiān)測系統(tǒng)不可用，無法實時監(jiān)測安全殼的密封性。因此對其內(nèi)漏故障應(yīng)加以高度重視，必須第一時間作出相應(yīng)的消缺響應(yīng)。針對內(nèi)漏原因、現(xiàn)場環(huán)境不同，有以下幾種解決方案。

(1) 因雜質(zhì)影響導致逆止閥密封不嚴的故障，可采用降壓連續(xù)吹掃方案；

(2) 連續(xù)吹掃仍不能解決故障，可以判斷為閥芯密封O形環(huán)損壞或閥座出現(xiàn)凹痕。對于此類情況，可采用增加臨時旁路管線、增加臨時逆止閥的臨時運行方案，以保證機組正常運行。

針對核電站運行機組SAR612VA逆止閥曾出現(xiàn)過內(nèi)漏現(xiàn)象，在安裝、運行、維修等方面提出如下建議：

(1) 安裝該閥門前須對閥門做密封性試驗，安裝過程中須嚴格控制閥門清潔度；

(2) 機組大修期間進行SAR003BA保壓試驗；

(3) 該閥門經(jīng)維修后，須對SAR003BA貯氣罐重新進行保壓試驗；

(4) 綜合考慮SAR612VA逆止閥的維修、運行功能、抗震要求，后續(xù)設(shè)計可將SAR612VA放置于SAR309VA隔離閥后。

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DiscussiontheInfluenceofSAR612VANon-returnValve’sLeakageanditsSolutionDuringtheOperationPeriodofNPP

CHENJun，CHENGuang

(China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd. Fangchenggang of Guangxi Prov. 538003，China)

This paper introduces the influence of unit’s safty and containment leakage monitoring，if non-return valve SAR612VA which is inlet valve of instrument compressed air tank SAR003BA in RX bulding leaks. And to study its solution for this phenomenon during the operation of unit.

Nuclear power plant；Instrument compressed air；Non-return valve’s leakage

2017-01-05

陳 軍(1982—)，男，廣西桂林人，工程師，本科，現(xiàn)主要從事核電站常規(guī)島及BOP調(diào)試工作

TM623

A

0258-0918(2017)05-0783-06