CPR1000機(jī)組安全注入系統(tǒng)逆止閥密封性不嚴(yán) 處理方法研究與實(shí)踐

蔡浪飛

Research and Practice of the Treatment for the Non Tight Sealing of the Check Valve in the Safety Injection System of CPR1000 Unit

CAI Lang-fei

（ Daya Bay Nuclear Power Operations and Mangement CO. Ltd.， Shenzhen 518124， China）

【摘? 要】中國改進(jìn)型百萬千瓦級壓水堆（CPR1000）核電機(jī)組的安全注入系統(tǒng)（RIS）逆止閥試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)因閥瓣存在雜質(zhì)導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)的情況，如果對閥門進(jìn)行解體處理，需進(jìn)行機(jī)組狀態(tài)后撤到重新卸料并將一回路排空，給機(jī)組帶來額外的控制風(fēng)險(xiǎn)。論文經(jīng)過細(xì)致研究并在實(shí)際機(jī)組驗(yàn)證，可通過非解體的在線沖洗方案解決該問題，并對該類解決方法的原理進(jìn)行了分析和探討，以供同類問題出現(xiàn)時(shí)參考借鑒。

【Abstract】During the check valve test of the safety injection system （RIS） of China's improved million kilowatt pressurized water reactor

（CPR1000） nuclear power unit， the valve was not closed tightly due to impurities in the valve flap. If the valve is disassembled， we need to move the unit back to the state of unloading again and empty the primary circuit， which will bring additional control risks to the unit. After careful research and verification in the actual unit， this paper finds that we can solve this problem through the online flushing scheme of non disassembly. The principle of this solution is analyzed and discussed for reference when similar problems occur.

【關(guān)鍵詞】核電;CPR1000機(jī)組;一回路壓力邊界;逆止閥

【Keywords】 nuclear power; CPR1000 unit; the boundary of reactor primary loop; check valve

【中圖分類號】TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0192-03

1 引言

中國改進(jìn)型百萬千瓦級壓水堆（CPR1000）核電機(jī)組安全注入系統(tǒng)（RIS）逆止閥嚴(yán)密性直接關(guān)系著一回路壓力邊界的完整性，為確保機(jī)組正常運(yùn)行期間一回路壓力邊界的完整性，在機(jī)組上行期間要通過定期試驗(yàn)來確認(rèn)安注管線下游逆止閥的密封性[1]，但在CPR1000機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)因逆止閥閥瓣上存在雜質(zhì)導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)的情況，如果對閥門進(jìn)行解體檢查、閥瓣和閥座研磨，機(jī)組需后撤到重新卸料并將一回路排空，給機(jī)組控制帶來額外的控制風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)若閥門本身不存在機(jī)械異常，解體檢查時(shí)將無法發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題，增加了工作量、維修劑量和工作風(fēng)險(xiǎn)，且延緩大修工期，提高了機(jī)組發(fā)電成本，經(jīng)細(xì)致研究和歷史工作經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，可通過非解體的處理方法解決該問題，本文對該類解決方法進(jìn)行分析和探討，以便同類問題出現(xiàn)時(shí)，可進(jìn)行參考借鑒。

2 逆止閥密封性試驗(yàn)原理及步驟

2.1 試驗(yàn)原理

安注管線逆止閥的密封性試驗(yàn)原理、計(jì)算方法及驗(yàn)收準(zhǔn)則如下：

①試驗(yàn)壓差下“觀察到的泄漏”通過適當(dāng)?shù)挠?jì)算推算出運(yùn)行最大壓差下的泄漏率。

式中：Qf為在ΔPf下的泄漏率;Qt為在ΔPt下的泄漏率;ΔPf為運(yùn)行壓差，bar;ΔPt為試驗(yàn)壓差，bar;

②使用計(jì)算每次試驗(yàn)期間每組升壓的方法計(jì)算閥門泄漏率是否滿足允許的泄漏率。

基于水的可壓縮性，通過試驗(yàn)壓力表所記錄的壓力上升，在試驗(yàn)壓差下與允許的容積泄漏率相互關(guān)聯(lián);

依據(jù)試驗(yàn)狀態(tài)下逆止閥上游的管線容積V是固定的，根據(jù)第一步的公式繼續(xù)進(jìn)行推算，得到下面計(jì)算式：

式中：ΔPp /ΔT為試驗(yàn)前后單位時(shí)間內(nèi)的允許的壓力變化，用來表征閥門泄漏率，bar/h（1 bar=105 Pa）;Q為閥門允許的泄漏率，mL /h，Q=60D[D為試驗(yàn)閥門所在管道的公稱直徑，英寸（1英寸=2.54 cm）];Ev為水的彈性模量，一般取2 280MPa;V為逆止閥對應(yīng)的試驗(yàn)管線管道容積，m3。

基于以上原理，若密封性試驗(yàn)的最終壓力或單位時(shí)間內(nèi)壓力變化ΔP/ΔT高于根據(jù)容積泄漏率折算出的單位時(shí)間，內(nèi)管線壓力變化的允許值ΔPp/ΔT，則逆止閥的泄漏率超標(biāo)。

2.2 逆止閥試驗(yàn)步驟

以RIS040VP和RIS072VP密封性試驗(yàn)為例，試驗(yàn)流程見如圖1。

對安全注入系統(tǒng)管線的逆止閥密封性試驗(yàn)過程介紹如下：

①安裝儀表：關(guān)閉RIS401/420VP，打開RPE610/613VP，泄壓后安裝臨時(shí)儀表。

②下游升壓：通過開啟RIS091/101VP（圖1中RIS040/072VP右側(cè)黑色粗線所示管線）給逆止閥RIS040/072VP的下游升壓至26 bar。

③上游降壓：開啟RIS401/420VP后，關(guān)閉儀表排氣閥RPE610/613VP，給下游降壓。

④測量泄漏：以1個(gè)時(shí)間間隔（間隔為10 min）監(jiān)測壓力上升計(jì)算逆止閥的泄漏率。

⑤試驗(yàn)恢復(fù)：關(guān)閉RIS101VP，打開RIS122/124/125VP給逆止閥下游降壓后關(guān)閉，最后關(guān)閉RIS091VP。

⑥拆除儀表：打開RPE610/613VP，關(guān)閉RIS401/420VP，將臨時(shí)儀表拆除。

3 逆止閥密封不嚴(yán)的判斷及處理

3.1 密封性判斷

在本次機(jī)組大修中執(zhí)行RIS042VP泄漏率試驗(yàn)時(shí)，檢查逆止閥上下游壓力與試驗(yàn)程序的要求一致，但驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)，RIS401VP下游試驗(yàn)壓力表（圖1）在5 min內(nèi)上漲至5 bar，管線壓力的變化速率超過了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)ΔP/ΔT≤3.2 bar/h[2]，根據(jù)前述的逆止閥密封性試驗(yàn)原理分析判斷安注管線逆止閥RIS042VP密封性不合格。

3.2 處理方法

根據(jù)安注管線逆止閥的結(jié)構(gòu)（見圖2），進(jìn)行物理原理分析，確定安注管線密封性不合格時(shí)，按以下3種方法進(jìn)行單獨(dú)或聯(lián)合使用：

①閥門兩端壓力平衡時(shí)用木錘敲打

用木槌敲擊可以使得閥門的閥瓣振動(dòng)，使得閥瓣上的雜質(zhì)松動(dòng)掉落，閥門閥瓣回座，使閥門關(guān)閉嚴(yán)密。

②對逆止閥上游管線快速泄壓

對逆止閥上游管線快速泄壓可使得閥門上下游管線迅速建立壓差，在壓差的作用下閥門閥瓣快速回座，使逆止閥關(guān)閉嚴(yán)密。

③對逆止閥下游管線快速泄壓，并沖洗閥門閥瓣

對逆止閥下游管線快速泄壓使上游管線中的介質(zhì)流經(jīng)閥瓣進(jìn)行沖洗，將閥瓣上的雜質(zhì)沖掉，然后重新對逆止閥下游管線建立壓力，在壓差的作用下閥門閥瓣回座，使逆止閥關(guān)閉嚴(yán)密。

4 逆止閥密封不嚴(yán)的處理實(shí)踐

基于上述分析研究后確定的3種方法，對CPR1000機(jī)組大修中RCP320VP和RIS042VP出現(xiàn)的關(guān)閉不嚴(yán)的問題進(jìn)行了處理，具體實(shí)踐過程如下：

RCP320VP處理過程如下：確認(rèn)RCP320VP上下游管線壓力已平衡，閥門的閥瓣處于非承壓的自由狀態(tài)，通過簡易處理方法①對RCP320VP進(jìn)行木槌敲擊，使閥門閥瓣上的雜質(zhì)松動(dòng);利用簡易處理方法②，快速開啟RPE565VP對RCP320VP上游管線進(jìn)行快速泄壓，使系統(tǒng)中的流體快速流經(jīng)閥門對閥瓣上的雜質(zhì)進(jìn)行反向沖刷，使逆止閥閥瓣快速回座。

經(jīng)上述兩步處理之后重新驗(yàn)證，確認(rèn)RCP320VP已關(guān)閉嚴(yán)密。

RIS042VP處理過程如下：按照前期RCP320VP的處理過程利用簡易處理方法①和簡易方法②處理后RIS042VP閥瓣上的雜質(zhì)未能掉落，進(jìn)行密封性試驗(yàn)檢查RIS042VP仍關(guān)閉不嚴(yán)，可確認(rèn)該閥門閥瓣上的雜質(zhì)較牢固，需繼續(xù)進(jìn)行沖洗。

通過簡易處理方法③，對逆止閥上下游管線恢復(fù)到試驗(yàn)前的初始壓力，確認(rèn)RIS042VP上下游壓力平衡，閥門處于自由狀態(tài)的情況下，對RIS042VP的下游管線進(jìn)行快速泄壓，使得管道中的流體快速對閥門進(jìn)行正向沖刷，將雜質(zhì)帶離閥瓣，使RIS042VP可關(guān)閉嚴(yán)密。

三步處理完畢之后，進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)RIS042VP的試驗(yàn)結(jié)果情況有改善，但仍未達(dá)到程序要求的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn);隨后經(jīng)3次反復(fù)對RIS042VP上下游管線充壓及快速泄壓，輔以壓力平衡狀態(tài)下進(jìn)行木槌敲擊擾動(dòng)方法，目的是對閥門閥瓣上的雜質(zhì)進(jìn)行正向和反向2個(gè)方向的反復(fù)沖刷，使雜質(zhì)松動(dòng)并被流動(dòng)的流體帶離閥瓣，閥門能夠關(guān)閉嚴(yán)密。

處理后通過密封性試驗(yàn)驗(yàn)證RIS042VP已關(guān)閉嚴(yán)密，密封性試驗(yàn)結(jié)果合格，驗(yàn)證了理論分析和實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果一致，方法有效。

5 結(jié)論

從本次機(jī)組上RCP320VP和RIS042VP密封性不嚴(yán)的實(shí)際處理過程看，文中對逆止閥密封性不嚴(yán)的處理方法是可行的，經(jīng)處理后2個(gè)閥門的密封性試驗(yàn)結(jié)果均合格，2個(gè)閥門處理過程共用時(shí)僅2h。若進(jìn)行閥門解體檢查，加上機(jī)組狀態(tài)轉(zhuǎn)換一共需耗時(shí)202h。對比發(fā)現(xiàn)簡易處理方法節(jié)省了大量時(shí)間，且方法簡單易行，風(fēng)險(xiǎn)極低，同時(shí)大大減少了維修處理過程中的輻射劑量，避免了機(jī)組狀態(tài)變化過程中引入的機(jī)組狀態(tài)控制風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)行逆止閥密封性不嚴(yán)的處理過程中可能需要幾個(gè)方法同時(shí)使用，并需要經(jīng)過幾次反復(fù)的充泄壓，以達(dá)到預(yù)期的處理效果。根據(jù)CPR1000機(jī)組的逆止閥門的密封性不合格的實(shí)際處理實(shí)踐過程，該方法切實(shí)可行，對于非閥門閥瓣損傷或卡死導(dǎo)致的閥門密封性不嚴(yán)導(dǎo)致閥門輕微泄漏處理，有良好的效果和收益，可復(fù)制和推廣。

【參考文獻(xiàn)】

【1】楊云斐，黃慧敏.核電廠一回路壓力邊界止回閥在線密封性能測試[J].中國核電，2013（6）：230-235.

【2】廣核運(yùn)〔2015〕52號.嶺澳核電廠3、4號機(jī)組安全相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備定期試驗(yàn)監(jiān)督大綱[Z].