PCS系統(tǒng)安全殼噴淋隔離閥維修可執(zhí)行性分析

花龍

摘 要：設(shè)備的定期維修提高了其可靠性，因此對(duì)工業(yè)應(yīng)用上的設(shè)備需要定期進(jìn)行檢修，避免出現(xiàn)非預(yù)期失效導(dǎo)致系統(tǒng)、設(shè)備功能喪失，但是由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置以及系統(tǒng)的運(yùn)行要求，會(huì)出現(xiàn)由于無(wú)法實(shí)施正常隔離從而使得檢修工作難以實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)AP1000電站PCS系統(tǒng)執(zhí)行安全相關(guān)功能設(shè)備的維修可行性進(jìn)行分析并提供一種檢修隔離方法。關(guān)鍵詞：冰塞；非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)；電站DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.1601 系統(tǒng)介紹

非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)（PCS）作為AP1000重要非能動(dòng)安全系統(tǒng)，提供設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故后安全殼冷卻功能以保持安全殼完整性避免放射性物質(zhì)外泄。系統(tǒng)主要設(shè)備包括非能動(dòng)安全殼冷卻水箱（PCCWST）、非能動(dòng)安全殼冷卻輔助水箱（PCCAWST）、PCS再循環(huán)泵、PCCWST出口隔離閥以及相應(yīng)的管道和儀表。根據(jù)最終安全分析報(bào)告（FSAR）要求，在模式1、2、3、4、5、6下PCCWST水裝量需要保持在2864m?以上，因此PCCWST出口第一道電動(dòng)隔離閥無(wú)法進(jìn)行常規(guī)隔離，不能進(jìn)行檢修工作。2 PCS系統(tǒng)閥門檢修需求2.1 電動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)及功能要求

PCCWST出口電動(dòng)閘閥正常運(yùn)行期間為常開(kāi)狀態(tài)，在進(jìn)行下游閥門檢修時(shí)提供隔離功能；根據(jù)ASME OM規(guī)范要求，需要每個(gè)季度進(jìn)行全行程試驗(yàn)，以證明閥門功能完好。2.2 電動(dòng)閥的失效模式及失效機(jī)理

根據(jù)EPRI統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)閥會(huì)發(fā)生如電機(jī)、傳動(dòng)部件、齒輪箱、閥桿、閥座、導(dǎo)向槽、填料等常見(jiàn)部件的失效，需要定期進(jìn)行診斷、解體檢查、更換等維修活動(dòng)以避免設(shè)備發(fā)生無(wú)法關(guān)閉、泄漏等問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)功能降級(jí)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，電動(dòng)兩位閥發(fā)生卡澀的概率較高。 2.3 電動(dòng)閥的檢修要求及隔離要求

根據(jù)廠家提供的維護(hù)手冊(cè)要求，閥門需要定期進(jìn)行閥桿齒輪潤(rùn)滑、閥桿清潔以及墊片更換等維護(hù)活動(dòng)，因此需要將閥門解體；另一方面，閥門每個(gè)季度需要執(zhí)行定期開(kāi)關(guān)試驗(yàn)，當(dāng)發(fā)生試驗(yàn)不合格（如無(wú)法打開(kāi)、卡澀）將造成系統(tǒng)不可運(yùn)行。3 可維修性分析3.1 冰塞背景介紹

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)備部分管道無(wú)法實(shí)施正常隔離或由于安全、經(jīng)濟(jì)的原因，介質(zhì)疏排難度大或難以滿足運(yùn)行要求的。這種情況下，采用冰塞對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行隔離是一種可行的辦法。對(duì)于PCS由于安全分析考慮必須要使得PCCWST處于滿水狀態(tài)這一情況，屬于安全原因無(wú)法實(shí)施正常隔離，可以考慮采用冰塞的方式進(jìn)行隔離以滿足檢修的需求。美國(guó)Vogtle Electric Generating Plant與Exelon Plant在冰塞的使用上比較成熟，并且制定了相應(yīng)的規(guī)程用于指導(dǎo)冰塞活動(dòng)的執(zhí)行。

冰塞——即在系統(tǒng)管道的某一段包裹上冷卻劑（液體二氧化碳、液氮等，現(xiàn)場(chǎng)多以液氮為主要冷卻劑），管道內(nèi)流體在冷卻劑的作用下凝結(jié)成固體并可以承受一定壓力，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、設(shè)備的隔離。3.2 冰塞隔離的限制條件與現(xiàn)場(chǎng)條件匹配性

按照商運(yùn)電站對(duì)冰塞活動(dòng)的使用經(jīng)驗(yàn)，冰塞的主要限制條件包括以下幾個(gè)方面：

（a）待冰塞管道表面溫度高于30℃；

（b）待冰塞管道內(nèi)有流動(dòng)介質(zhì)；

（c）待冰塞位置在管件（三通、彎頭、活接）和焊縫上；

（d）待冰塞管道為非金屬管道、有縫管道、冷拔管道、鑄銅管道、鑄鐵管道、襯膠管道；

（e）待冰塞管道出現(xiàn)異常減薄，減薄量為原壁厚的三分之一。

對(duì)于PCS系統(tǒng)：

（a）PCCWST為混凝土鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)組成環(huán)形箱體，溫度不高于環(huán)境溫度（不受陽(yáng)光照射影響），且沒(méi)有其他外在熱源；通過(guò)監(jiān)測(cè)水箱溫度，夏季最高溫度未超過(guò)30℃（最高達(dá)到29℃）；

（b）系統(tǒng)正常運(yùn)行期間處于備用狀態(tài)，管道內(nèi)沒(méi)有流體流動(dòng)，管道也不會(huì)發(fā)生振動(dòng)或沖擊；

（c） 隔離閥上游至水箱出口這段需要冰塞的管線無(wú)焊接段以及管件；該部分管道材質(zhì)為304L奧氏體不銹鋼（ASME SA-312 GR TP304L）；

（d）目前PCS系統(tǒng)管道未執(zhí)行過(guò)冰塞隔離，管道沒(méi)有經(jīng)受溫度瞬態(tài)變化，基本不可能發(fā)生壁厚減薄問(wèn)題；另外即使管道執(zhí)行過(guò)冰塞活動(dòng)，按照要求在執(zhí)行冰塞活動(dòng)前仍需要對(duì)管道進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)（PT、MT）以確定管道狀態(tài)可支持冰塞。

基于以上情況對(duì)比，該段管道滿足執(zhí)行冰塞活動(dòng)的限制條件。3.3 實(shí)施方案分析3.3.1 冰塞安裝要求

實(shí)施冰塞活動(dòng)所需要的設(shè)備主要包括冰塞夾套以及溫度計(jì)（測(cè)溫儀），前者用于包裹管道實(shí)施冰凍；后者用于測(cè)量冰塞的溫度，監(jiān)測(cè)冰塞狀態(tài)。

由于冰塞完成后需要承受一定的壓力，因此對(duì)于夾套長(zhǎng)度有最小的限值。

對(duì)于PCS系統(tǒng)4段4英寸目標(biāo)管道， 夾套長(zhǎng)度與管徑對(duì)應(yīng)關(guān)系如下（摘取自美國(guó)Vogtle Electric Generating Plant數(shù)據(jù)）：3.3.2 現(xiàn)場(chǎng)條件分析

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際查看確認(rèn)，孔板式流量變送器布置靠近變徑頭一側(cè)，該區(qū)域狹窄且支架較多。因此冰塞夾套裝置需安裝在儀表上游管線處（即靠近水箱側(cè)管線）。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量以及查看設(shè)計(jì)施工圖紙，四段管線均有超過(guò)1米的直線距離，四段管線直線長(zhǎng)度與管徑最小比為9.8，滿足冰塞夾套的安裝要求。3.3.3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)冰塞活動(dòng)的限制條件、冰塞裝置的安裝要求、以及現(xiàn)場(chǎng)管道布置進(jìn)行分析，確認(rèn)PCCWST出口電動(dòng)隔離閥是具備維修條件的，可以執(zhí)行定期維修活動(dòng)以保證可靠性，可以確保PCS系統(tǒng)事故后安全殼冷卻功能的可靠執(zhí)行。參考文件：[1]Passive Containment Cooling System-System Specification Document.2016.[2]Maintenance Manual for 3" and Larger Motor Operated Globe Valves，ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section III Class 1，2，and3.2011.