AP1000安全殼隔離閥無法開啟問題原因分析

余工喬

摘 要：安全殼是核電站防止放射性物質(zhì)泄漏的最后一道屏障，技術(shù)規(guī)格書要求核電站所有的安全殼隔離閥必須是可運(yùn)行的。三門核電一期工程安全殼凈化系統(tǒng)使用的安全殼隔離閥為十六英寸的氣動(dòng)蝶閥，在閥門動(dòng)作期間偶發(fā)性出現(xiàn)無法開啟的問題。本文針對(duì)閥門不能開啟的問題進(jìn)行原因分析，并提出相應(yīng)的處理措施，以期提升閥門可靠性保障閥門啟閉功能可用。

關(guān)鍵詞：安全殼隔離閥；先導(dǎo)式電磁閥；原因分析；處理措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.133

1 簡(jiǎn)介

安全殼是核電站的防止放射性物質(zhì)泄漏的最后一道屏障，而安全殼隔離閥是貫穿安全殼管道的重要隔離邊界，因此技術(shù)規(guī)格書要求電站所有的安全殼隔離閥必須是可運(yùn)行。

本文中所針對(duì)的安全殼隔離閥為安全殼空氣過濾系統(tǒng)中送風(fēng)管道及排風(fēng)管道的安全殼隔離閥，電站功率運(yùn)行期間需不定期啟動(dòng)安全殼空氣過濾系統(tǒng)對(duì)安全殼空氣進(jìn)行過濾降低放射性至可接受水平最后排放至大氣。該系統(tǒng)的安全殼隔離閥無法開啟將影響殼內(nèi)空氣凈化進(jìn)程，導(dǎo)致殼內(nèi)放射性累積，不利于人員進(jìn)入殼內(nèi)開展工作，尤其是電站大修期間。

2 設(shè)備故障描述

三門現(xiàn)場(chǎng)空氣過濾系統(tǒng)安全殼隔離閥門為氣動(dòng)蝶閥，閥門有失效關(guān)閉功能，失氣情況下閥門自動(dòng)關(guān)閉。該類型閥門共有四臺(tái)VFS-PL-V003/004/009/010，四臺(tái)氣動(dòng)閥期開啟間均偶發(fā)性出現(xiàn)無法開啟的現(xiàn)象，閥門解體對(duì)電磁閥進(jìn)行清灰處理后重新投運(yùn)閥門可正常動(dòng)作，但運(yùn)行一段時(shí)間以后閥門又無法開啟。

3 故障原因分析

相比較其他氣動(dòng)閥門，該四臺(tái)閥門最大的不同之處在于其電磁閥為一英寸大口徑先導(dǎo)式電磁閥。先導(dǎo)式電磁閥是電磁閥中常見的種類之一，通常用于口徑較大，壓力較高的管道中，有著功耗小、發(fā)熱少、線圈不易燒毀、可長(zhǎng)時(shí)間通電的優(yōu)點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜，可實(shí)現(xiàn)更高精確的控制。先導(dǎo)式電磁閥的開啟需要先導(dǎo)力，當(dāng)電磁閥線圈通電后，動(dòng)鐵芯被磁力吸合向上提升，上腔側(cè)通過先導(dǎo)孔向出口腔泄壓，使上腔處于低壓或無壓狀態(tài)，此時(shí)活塞通過介質(zhì)的壓力推動(dòng)，整個(gè)電磁閥被開啟為氣動(dòng)閥提供壓空動(dòng)力。因此，在先導(dǎo)式電磁閥的開啟需要依靠閥門上下腔的壓力差。

就閥門不能有效開啟問題進(jìn)行診斷，以VFS-PL-V004為例，現(xiàn)場(chǎng)閥門進(jìn)氣壓力上升緩慢，閥門動(dòng)作緩慢，閥門全行程時(shí)間約為15s，不滿足在役試驗(yàn)大綱中4-10s的時(shí)間要求。

閥門進(jìn)氣壓力上升緩慢是由于電磁閥動(dòng)作不到位，導(dǎo)致壓空進(jìn)入電動(dòng)頭氣腔受阻。電磁閥動(dòng)作不到位潛在原因分析如下：

電磁閥沾污導(dǎo)致閥門卡澀動(dòng)作不到位：之前的氣動(dòng)閥無法動(dòng)作后均采取清灰的方式而后回裝可能是由于電磁閥上的灰塵導(dǎo)致動(dòng)作不暢。但AP1000的壓空系統(tǒng)設(shè)有濾網(wǎng)，正常情況下不會(huì)有過多灰塵，經(jīng)解體電磁閥檢查發(fā)現(xiàn)沾染的灰塵數(shù)量并不多，不足以影響閥門動(dòng)作。

上游壓空氣體流量不足：供氣量不足可能導(dǎo)致閥門在動(dòng)作過程中供氣壓力降低，導(dǎo)致閥門在開啟過程中出現(xiàn)開啟緩慢的情況，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致閥門開啟過程震顫、或處于半開狀態(tài)來回?cái)[動(dòng)。根據(jù)西屋公司提供的函件，閥門開啟過程中壓降超過10%就會(huì)導(dǎo)致閥門供氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障。根據(jù)西屋提供的閥門手冊(cè)，安全殼隔離閥的過濾減壓閥設(shè)定值為80psi，當(dāng)閥門開啟過程中，供氣壓力降低至26.4psi，壓降值高達(dá)67%。另，在西屋設(shè)計(jì)中閥門VFS-PL-V003/010共用一個(gè)DAS過濾減壓閥，而閥門VFS-PL-V004/009共用另一個(gè)DAS過濾減壓閥。經(jīng)過多次閥門開啟及關(guān)閉試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，閥門無法開啟的現(xiàn)象多出現(xiàn)在同一壓空管線上兩道閥門同時(shí)開啟的期間。

綜上，初步分析閥門無法開啟的原因?yàn)殚y門壓空供氣量不足。

4 糾正行動(dòng)及措施

鑒于閥門不能開啟的根本原因?yàn)楣饬坎蛔?，考慮如下糾正措施：

（1）更換先導(dǎo)式電磁閥供氣方式：現(xiàn)場(chǎng)使用的先導(dǎo)式電磁閥有兩種進(jìn)氣方式“內(nèi)先導(dǎo)”和“外先導(dǎo)”，電磁閥內(nèi)先導(dǎo)孔口徑為3/8英寸，而外先導(dǎo)孔口徑為1英寸，當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)使用的供氣方式為內(nèi)先導(dǎo)。將電磁閥供氣方式改為外先導(dǎo)后，可有效減少流阻增加壓空流量。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，供氣方式更改閥門開啟供氣壓力降低有所減緩，但不滿足壓降值10%的要求，僅變更供氣方式不能滿足閥門動(dòng)作需要。

（2）更改壓空供氣管道，原壓空供氣管道內(nèi)徑為0.5英寸，將壓空供氣管道改為1英寸可有效減少流阻增加壓空流量?，F(xiàn)場(chǎng)使用臨時(shí)管道為氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供壓空氣源并使用診斷裝置對(duì)閥門開啟狀態(tài)進(jìn)行診斷，同樣以VFS-PL-V004為例，獲取數(shù)據(jù)如下圖：閥門氣腔壓力上升趨勢(shì)增快，閥門全行程時(shí)間約為3.5s滿足在役試驗(yàn)大綱的要求。

5 結(jié)論及建議

本文通過計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)閥門動(dòng)作試驗(yàn)，分析得出安全殼隔離閥不能開啟的原因，提出閥門不能有效開啟的根本原因?yàn)橄葘?dǎo)式電磁閥供氣量不足并提出了相應(yīng)的解決方案。最終變更方案與西屋公司的解決方案一致，并在三門二號(hào)機(jī)組上試驗(yàn)獲得成功，為一號(hào)機(jī)組裝料進(jìn)程提供了有力保障。

建議：

（1）將壓空供氣管道擴(kuò)徑變更方案推廣至后續(xù)AP1000機(jī)組，且壓空管道變更工作量大，建議納入后續(xù)機(jī)組改進(jìn)項(xiàng)。

（2）后續(xù)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免一個(gè)電磁閥控制兩路氣源的設(shè)計(jì)；

（3）使用大口徑先導(dǎo)式電磁閥前，應(yīng)充分計(jì)算壓空流量，保證壓空流量可滿足閥門開啟。

參考文獻(xiàn)：

[1]ASME OM卷《核電廠運(yùn)行和維修規(guī)范》[S].

[2]ANSI/ANS-56.8-2002 Containment System Leakage Testing Requirmen.