核電廠通風(fēng)系統(tǒng)防火閥應(yīng)用現(xiàn)狀及維修優(yōu)化分析

趙青 苑盼盼

摘? ? 要：防火閥是通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中重要的部件，核電站防火閥設(shè)計方法的正確與否直接關(guān)系到防火閥功能的正常發(fā)揮，從而影響核電的消防安全。為了提高核電廠防火閥的可靠性，對多個電廠防火閥的應(yīng)用現(xiàn)狀和故障歷史進(jìn)行了梳理，并采用故障模式及影響分析方法對不同防火閥故障機(jī)理和維修策略優(yōu)化進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：核電廠;通風(fēng)系統(tǒng);防火閥;維修

1? 引言

防火閥安裝于核電廠穿越防火分區(qū)的通風(fēng)管道中間或末端。正常運(yùn)行工況下處于開啟狀態(tài)，火災(zāi)時當(dāng)管道內(nèi)氣體溫度達(dá)到70℃或280℃時自動關(guān)閉，用于對2個防火分區(qū)之間的管道隔離。其作用是切斷火災(zāi)傳播途徑，防止煙氣從一個防火分區(qū)（或重要房間）蔓延到其他防火分區(qū)（或重要房間），防止火災(zāi)燒毀排煙風(fēng)機(jī)或其他設(shè)備。

2? 防火閥的分類

AP系列電站是在傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的先進(jìn)的非能動的壓水堆（Advanced Passive PWR）。按照HAD102/11《核電廠防火》的要求，為保證核電廠具有足夠的安全性，核電廠的防火設(shè)計也有嚴(yán)格的設(shè)計要求。通風(fēng)系統(tǒng)防火閥在通風(fēng)防火與防排煙設(shè)計中起著關(guān)鍵性的作用。

2.1? 按功能分類

按功能劃分，其類型主要分為防火閥、防煙閥、防火防煙閥。核島廠房通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)管穿越防火屏障時應(yīng)設(shè)置防火閥，制造和試驗要滿足UL555的要求，閥門性能應(yīng)滿足AMCA500和UL555，在空氣溫度達(dá)到70℃時，防火閥自熔關(guān)閉，限制火災(zāi)以及煙霧的蔓延。當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)穿越有煙氣隔離要求關(guān)鍵區(qū)域時應(yīng)安裝防煙閥，其制造和試驗應(yīng)滿足UL555S的要求，性能應(yīng)符合AMCA500和UL555S的規(guī)定。平時開啟，火災(zāi)時通過就地手動或遠(yuǎn)距離電動操作關(guān)閉閥門，火災(zāi)后可遠(yuǎn)距離自動復(fù)位。風(fēng)管穿越安全相關(guān)區(qū)域、煙霧敏感區(qū)域時應(yīng)設(shè)置防火防煙閥，其制造和試驗同樣應(yīng)滿足UL555和UL555S的要求，性能滿足AMCA500和UL555S的要求。防火防煙閥除了可自熔關(guān)閉，還可根據(jù)火災(zāi)探測及報警系統(tǒng)發(fā)出的信號聯(lián)動關(guān)閉。已設(shè)置防火防煙閥的地方不再設(shè)置防火閥。

2.2? 按結(jié)構(gòu)分類

目前在建的AP系列電站中，按防火閥的結(jié)構(gòu)劃分，可以分為單體閥和多體閥。當(dāng)防火閥外形大邊<38英寸（965mm）時，均為單體閥。當(dāng)高度或?qū)挾扔幸贿?38英寸（965mm）時，在高度或?qū)挾确较蛞环譃槎譃閮蓚€單體閥。當(dāng)高度和寬度都>38英寸（965mm）時，在高度和寬度方向均一分為二，成“田”字形，共分為四個單體閥。不連接風(fēng)管的防火閥只在防火閥內(nèi)安裝易熔片加彈簧，不設(shè)復(fù)位驅(qū)動器。連接風(fēng)管的防火閥，在防火閥套筒上就地安裝手動復(fù)位驅(qū)動器。防煙閥和防火防煙閥套筒上安裝電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

在結(jié)構(gòu)上，防火閥及防火防煙閥增加了鎖緊機(jī)構(gòu)，以加強(qiáng)防火閥關(guān)閉的可靠性。閥門內(nèi)設(shè)置易熔片，易熔片連接一個桿狀的“鎖門”，閥門外設(shè)置扇形鎖孔板，當(dāng)易熔片熔斷，易熔片所連接的鎖門在套筒外的長度伸長，與扇形鎖孔板上孔穿插在一起，達(dá)到鎖緊的效果。

3? 防火閥應(yīng)用現(xiàn)狀及故障

3.1? 防火閥應(yīng)用現(xiàn)狀介紹

通過對多個核電廠核島通風(fēng)系統(tǒng)防火閥的應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，防火閥存在故障率高、涉及系統(tǒng)廣、重發(fā)概率大等諸多缺陷，且處理缺陷時隔離難度大，窗口難協(xié)調(diào)，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的隱患。如，在機(jī)組正常運(yùn)行期間，防火閥誤關(guān)導(dǎo)致相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)不可用;排煙閥誤開導(dǎo)致相應(yīng)房間風(fēng)量失調(diào);在安全防火區(qū)域（SFZ）和電氣廠房排煙系統(tǒng)（DVF）防火部件試驗時，防火/排煙閥頻繁出現(xiàn)動作異常致使試驗不合格，導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生非預(yù)期事件等。

通過梳理某核電廠2015年度和2016年度SFZ試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，SFZ試驗一次滿意率較低，且2016年度較2015年情況惡化，滿意度只有69%，另一核電廠防火閥試驗自2011年到2016年，通風(fēng)系統(tǒng)防火閥定期試驗一次性合格率大約在70%，其中1號、2號機(jī)組DVL防火閥一次性合格率只有13%和25%，遠(yuǎn)低于平均值。

3.2? 防火閥故障歷史簡介

2017年某核電廠展開核島通風(fēng)系統(tǒng)防火/排煙閥專項檢查，共發(fā)現(xiàn)防火閥限位開關(guān)安裝異常、軸銷過短、閥板內(nèi)傾、防火閥熔斷片無固定螺母等70余項缺陷。通過進(jìn)一步梳理該集團(tuán)內(nèi)群廠防火閥故障案例，發(fā)現(xiàn)其主要故障原因涉及安裝、設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量、維修策略等多方面。

4? 防火閥FMEA

本文在深入了解核電廠各種防火閥基本結(jié)構(gòu)后，將防火閥分為7個功能部分，并對每個部分涉及的零部件展開了FMEA。全文共分析了45種故障模式及其影響，概述如下：（1）框體及法蘭部分存在框體變形開裂、法蘭變形、螺栓松動、銹蝕、積灰嚴(yán)重、密封件老化破損等故障模式。故障影響主要表現(xiàn)在閥門動作卡澀或密封不嚴(yán)，導(dǎo)致在火災(zāi)時無法隔離防火分區(qū)或阻斷火災(zāi)蔓延。（2）葉片及葉片軸部分存在葉片斷裂、葉片軸彎曲或開裂、葉片夾板斷裂、積灰嚴(yán)重、銅帶組件松脫或斷裂等故障模式。故障影響主要表現(xiàn)在閥門卡澀、密封不嚴(yán)、排煙閥開啟時難以固定、閥板脫落損壞下游設(shè)備。（3）軸承組件部分存在軸承或軸套磨損、潤滑油脂不足或老化、密封端蓋松動等故障模式。故障影響主要表現(xiàn)在軸承磨損嚴(yán)重導(dǎo)致閥門動作卡澀。（4）內(nèi)外溫感器、熔斷管及熔斷片部分存在溫感器組件松動、熔斷管銹蝕或斷裂、熔斷片銹蝕或脫焊、彈簧銹蝕或變形等故障模式。故障影響主要表現(xiàn)在火災(zāi)時熔斷元件熔斷后因彈簧失效無法關(guān)閉閥門，或熔斷元件異常斷開導(dǎo)致閥門誤關(guān)，影響系統(tǒng)通風(fēng)。（5）電動機(jī)構(gòu)部分存在電氣元件故障（如電源模塊損壞、繼電器、限位開關(guān)、電機(jī)損壞）、機(jī)械元件故障（如連桿、撥片、軸銷、齒輪、爪牙輪、彈簧等磨損、銹蝕）、手動拉環(huán)與外溫感器松脫、接線端子松動、積灰嚴(yán)重、緊固件松動等故障模式。故障影響主要表現(xiàn)在閥門無法動作、卡澀、反饋異常，導(dǎo)致火災(zāi)時無法隔離防火區(qū)域或操作員無法正確判斷閥門所處位置。（6）電磁機(jī)構(gòu)部分存在電磁鐵銹蝕、掛鉤組件銹蝕或磨損、彈簧銹蝕或變形、插銷組件磨損或銹蝕、限位開關(guān)損壞、手動撥片損壞、接線端子松動、積灰嚴(yán)重、緊固件松動等故障模式。故障影響主要表現(xiàn)在閥門卡澀、反饋異常，導(dǎo)致火災(zāi)時無法隔離防火區(qū)域或操作員無法正確判斷閥門所處位置。（7）手動機(jī)構(gòu)部分存在手柄松脫、機(jī)構(gòu)扭簧銹蝕或變形、擺板磨損或銹蝕、高溫開啟鋼絲繩銹蝕或松脫等故障模式。故障影響主要表現(xiàn)在閥門無法手動操作、高溫時開啟閥門操作困難或無法固定。

5? 防火閥維修策略優(yōu)化建議

本文在分析防火閥故障模式及影響時，參考“以可靠性為中心的維修”方法，按照狀態(tài)監(jiān)測（C）、定期翻新（R）、定期更換（D）、定期試驗（T）的順序，根據(jù)設(shè)備重要程度、使用頻度和運(yùn)行工況，結(jié)合防火閥運(yùn)行維修手冊、群廠經(jīng)驗反饋及故障歷史與技術(shù)特性分析，制定了相應(yīng)的維修策略。

從各核電廠防火閥實際使用情況出發(fā)，通過FMEA對防火閥的潛在失效模式與影響進(jìn)行了深入分析，對原有防火閥的預(yù)防性維修策略進(jìn)行了如下優(yōu)化，對于提高核電廠防火閥的設(shè)備可靠性具有一定的指導(dǎo)意義。（1）在年度外觀與動作檢查中增加：①拆下溫感器檢查內(nèi)部彈簧銹蝕斷裂情況和熔斷元件銹蝕斷裂情況;②打開軸承端蓋檢查潤滑情況。（2）新增定期更換熔斷元件，周期可根據(jù)現(xiàn)場使用情況調(diào)整。（3）新增定期更換電動機(jī)構(gòu)，周期可根據(jù)現(xiàn)場使用情況調(diào)整。

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