主蒸汽隔離閥月度試驗閥門不動作問題分析及處理

謝祖妙 余 源 王志強

(福建福清核電有限公司，福建 福清 350318)

1 概述

主蒸汽隔離閥(以下簡稱MSIV)安裝在壓水堆核電廠二回路主蒸汽系統(tǒng)管道上，是一個能執(zhí)行5s內(nèi)快速關(guān)閉的核安全功能的重要關(guān)鍵閥門。某核電1&2號機組的MSIV為美國Flowserve生產(chǎn)的一個包括了液、氣、電系統(tǒng)的線性活塞式機構(gòu)。

該閥門的液壓缸上部是一個半球形的高壓氮氣罐，它的作用相當(dāng)于一個永不失效的彈簧。液壓系統(tǒng)設(shè)有氣動油泵，高壓的液壓油進(jìn)入液壓活塞下部，克服氮氣的壓力，驅(qū)動活塞上行，將閥門打開。閥門關(guān)閉則是通過將液壓回路泄油泄壓，被壓縮的高壓氮氣膨脹做功來完成的。

圖1 MSIV邏輯控制圖

2 主蒸汽隔離閥月度部分關(guān)閉試驗

MSIV的月度試驗為閥門部分行程(關(guān)閉10%的全行程)試驗。此試驗用于驗證泵側(cè)(B列)及非泵側(cè)(A列)的主排放電磁閥(2-89和3-89)和主排放閥(2-28和3-28)可用性。

在歷次主蒸汽隔離部分關(guān)閉試驗中，現(xiàn)場出現(xiàn)過閥門無法回到全開限位、無法切換至慢關(guān)回路、閥門無法脫開全開限位等多種問題。現(xiàn)筆者依據(jù)不同情況問題，結(jié)合閥門結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行探討并處理。

3 部分關(guān)閉試驗中閥門無法全開的問題

3.1 現(xiàn)場問題

某電廠在執(zhí)行VVP-T-002(主蒸汽隔離閥部分關(guān)閉試驗)時完成閥門部分關(guān)閉后進(jìn)行開閥動作，氣動泵工作一段時間后停止，此時閥門指示桿未觸及全開限位，即閥門處于半開位置，無法全開。

3.2 故障排查及處理

(1)進(jìn)油回路堵塞。由于閥門氣動泵工作一段時間，且開始階段閥門上行，表明液壓油可以正常進(jìn)入液壓回路中。且閥門系統(tǒng)中的油品均是化驗合格的，進(jìn)油管路中不存在小孔等裝置。故進(jìn)油回路堵塞的可能性較小。

(2)泵本身失效。由于氣動泵在前期均可正常動作，氣動泵的動作、聲音均順暢，無異常。該泵沒有在超工況下工作，泵本身失效可能性不大。但泵的氣動活塞是否卡澀需解體才能進(jìn)一步確認(rèn)。

(3)無氣源。由于此時壓空電磁閥117后的減壓閥閥后讀數(shù)一直存在，即表明壓空電磁閥處于開啟狀態(tài)，排除了無氣源的情況。

(4)泵動力不足。經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)，重新開閥氣動泵的供氣壓力保持在40～42psi。由于MSIV的氣動泵是一種氣動柱塞泵，該泵的工作原理是利用氣動回路和油回路的活塞面積比差(其面積比為60∶1)來實現(xiàn)泵油工作。

根據(jù)面積比計算氣動泵所能提供的油壓：

其中，Pair為進(jìn)氣壓力值：40～42psi；可知此時氣動柱塞泵能提供的油壓僅為2400～2520psi，而現(xiàn)場的氮氣壓力基本都在2200～2400psi。

所以閥門在進(jìn)行月度部分關(guān)閉試驗過程中，氣動泵提供的油壓壓力無法克服閥門氮氣壓力和閥門自身摩擦力以全開閥門。故在月度試驗中，重新調(diào)節(jié)減壓閥,將減壓閥閥后壓力提高至不低于50psi，閥門克服氮氣壓力正常開啟，觸發(fā)全開限位。

根據(jù)供氣管線走向，泵的動力不足原因在于壓空減壓閥調(diào)節(jié)性能較差，在后續(xù)對減壓閥進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)減壓閥的活塞存在嚴(yán)重磨損。

由于活塞和減壓閥為Al-Mg合金材質(zhì)。材質(zhì)相同，摩擦系數(shù)較大，容易粘著。在起泵過程中有高速的摩擦運動，活塞抗粘著能力低，其運動磨損過程中凸鋒材料剝落所產(chǎn)生的磨粒硬度較大，會在接觸面上劃出溝槽或者凹坑，使活塞磨損從而引起卡澀，無法發(fā)揮正常的調(diào)節(jié)作用。

MSIV減壓閥的磨損、卡澀問題在各個核電廠均存在。故其選型合適與否對MSIV月度部分關(guān)閉試驗是至關(guān)重要的?，F(xiàn)某電廠已使用了新型號的減壓閥，目前運行情況良好，該情況很值得在各個電廠進(jìn)行推廣。

4 閥門無法切換慢關(guān)

4.1 現(xiàn)場問題

在某次執(zhí)行閥門部分關(guān)閉試驗時，試驗電磁閥2-10得電后，沒有得到位置開關(guān)2-27A的反饋信號?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)試驗閥2-50并未切換至慢關(guān)回路。

4.2 故障分析

4.2.1 彈簧問題的分析

如果是彈簧力過大，則表示該閥門的彈簧選型錯誤，為了驗證確認(rèn)該原因，首先對閥門相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了研究：

由于試驗閥活塞桿與閥門襯套之間為O圈密封，尼龍支撐環(huán)導(dǎo)向，故此處不考慮摩擦力的作用。故將根據(jù)彈簧力來計算試驗閥切換至慢關(guān)回路所需的系統(tǒng)最小油壓力值。

當(dāng)試驗閥切換至限流慢關(guān)回路時，此時閥門的彈簧力為：

F彈簧=K×ΔX

上述公式中：

K表示：該彈簧的彈性模量，經(jīng)咨詢廠家，其值為14.79N/m；

ΔX表示：閥門處在限流位置的彈簧壓縮量，ΔX=30.23mm；

試驗閥的彈簧自由長度為63.5mm，根據(jù)試驗閥閥桿和閥門襯套的長度，可知閥門處于快關(guān)限位時試驗閥的彈簧長度為45.97mm，當(dāng)試驗閥切換至限流限位時，閥桿行程為0.5inch，即12.7mm。

故ΔX=63.5-45.97+12.7=30.23mm。

由于試驗電磁閥是先于主電磁閥得電的，故在主電磁閥得電前，試驗閥的上游是無壓力的，即切換試驗閥至限流回路時，先導(dǎo)油壓的作用面積:

由于該試驗閥活塞使用尼龍支撐環(huán)導(dǎo)向以避免閥門襯套和活塞之間發(fā)生直接接觸和摩擦，故筆者此處不計算摩擦力，代以乘一個經(jīng)驗系數(shù)1.5，故需要克服的彈簧力為：

P=0.072psi

由于該先導(dǎo)油壓的壓力與液壓缸內(nèi)的運行油壓力一致，即先導(dǎo)油壓為3000～3300psi。故系統(tǒng)壓力提供的先導(dǎo)油壓遠(yuǎn)大于動作試驗閥所需克服的彈簧力，不會存在彈簧力過大導(dǎo)致先導(dǎo)油壓無法克服而閥門不動的情況。

通過分析：彈簧因素導(dǎo)致的原因可排除。

4.2.2 試驗電磁閥問題的分析

在確認(rèn)非彈簧問題后，由于給試驗電磁閥送電后，使用鐵制材料測驗電磁閥線圈的磁性，此時鐵制材料可吸合至試驗電磁閥線圈處，此時，表明試驗電磁閥是具備吸合能力的，即試驗電磁閥得電且動作。但試驗電磁閥是否真實動作需要離線才能確認(rèn)。

4.2.3 試驗閥卡澀的分析

(1)彈簧側(cè)活塞卡澀：彈簧側(cè)活塞卡澀因液壓油雜質(zhì)卡澀，即分析MSIV使用的抗燃液壓油內(nèi)含有較大的顆粒/雜質(zhì)，在試驗閥動作過程中進(jìn)入襯套與活塞之間導(dǎo)致機械卡緊。對主蒸汽隔離閥系統(tǒng)的液壓油取樣分析，該液壓油的顆粒度經(jīng)化驗結(jié)果顯示滿足閥門運維手冊中對液壓油的顆粒度污染限制的要求。且結(jié)合多次閥門檢修中，舊液壓油透明良好，未發(fā)現(xiàn)明顯顆粒?？傻贸鲈囼為y因液壓油的雜質(zhì)導(dǎo)致卡澀的可能性較低。

(2)壓蓋側(cè)活塞卡澀：現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)試驗閥的壓蓋被刷漆，且刷漆的范圍覆蓋了試驗閥活塞桿。故在進(jìn)行試驗閥動作時，試驗閥回縮過程中由于少許油漆被帶入壓蓋，活塞桿摩擦力增大，導(dǎo)致活塞卡澀，閥門無法切換至限流慢關(guān)限位。

后經(jīng)過對試驗閥壓蓋側(cè)的活塞桿及其四周進(jìn)行除漆處理并清潔潤滑。再次進(jìn)行閥門部分關(guān)閉試驗，試驗閥動作正常，可切換至限流試驗限位。

由此得出一個共性的結(jié)論：閥門在執(zhí)行防腐防銹工作時，需識別出可活動部件。對于活動部件，特別是有精度要求的，如活塞桿、填料閥桿等位置需避免直接刷漆導(dǎo)致的閥門動作異常。

5 結(jié)束語

本文探討的主蒸汽隔離閥在月度試驗過程中遇到的相關(guān)問題為各個現(xiàn)場的共性問題。通過對氣動泵和試驗閥不動作的問題探究，分析原因所在，并制定恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對方案，對保證主蒸汽隔離閥在月度試驗中的有效執(zhí)行有著積極的意義。